EDA课设四层电梯控制器Word格式.docx
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1.4硬件描述语言(VHDL)
VHDL(Very-High-SpeedIntegratedCircuitHardwareDescriptionLanguage)主要用于描述数字系统的结构,行为,功能和接口。
除了含有许多具有硬件特征的语句外,VHDL的语言形式和描述风格与句法是十分类似于一般的计算机高级语言。
2、电梯控制器的设计要求与设计思路
2.1设计目的
通过设计应完成工作内容和具体的设计方法,通过设计也有出于复习,巩固以往的学习内容,达到灵活应用的目的。
在设计完成后,还要将设计的电路进行安装,调试及加强我们的动手能力。
在此过程中培养从事设计工作的整体观念。
本次设计的目的就是通过实践深入理解EDA技术并掌握VHDL硬件描述语言的设计方法和思想。
通过学习的VHDL语言结合电子电路的设计知识理论联系实际,掌握所学的课程知识和基本单元电路的综合设计应用。
通过对实用电梯控制系统的设计,巩固和综合运用所学知识,提高设计能力,提高分析、解决计算机技术实际问题的独立工作能力。
2.2设计要求
电梯控制器是控制电梯按顾客要求自动上下的装置。
采用VHDL语言来设计实用四层电梯控制器,而且遵循方向优先的原则,提前关电梯门和延迟关电梯门,对电梯的运行(上升和下降)、停止、等待状态进行控制。
同时,能显示电梯的运行情况、电梯所在楼层。
3、电梯控制器的综合设计
3.1电梯控制器功能
(1)、每层电梯的入口处设有上下请求开关,电梯内设有乘客到达层次的停站请求开关。
(2)、设有电梯所处位置指示装置及电梯运行模式(上升或下降)指示装置。
(3)、电梯每秒升降一层。
(4)、电梯到达有停站请求的楼层后,经过1s电梯打开,开门只是灯亮,开门4s后电梯门关闭(关门指示灯灭),电梯继续运行,直至执行完请求信号后停在当前楼层。
(5)、能记忆电梯内外的所以请求信号,并按照电梯运行规则依次响应,每个请求信号保留至执行后消除。
(6)、电梯运行规则:
当电梯处于上升模式时,只响应比电梯所在位置高的上楼信号,由下至上依次执行,直到最后一个上楼请求执行完毕,如更高层有下楼请求时,则直接升到有下降请求的最高楼接客,然后进入下降模式,但电梯处于下降模式时,则与上升模式相反。
(7)、电梯初始状态为一层门开。
3.2电梯控制器设计方案
如图所示,包括主控制器、分控制器、楼层选择器、状态显示器、译码器和楼层显示器。
乘客在电梯中选择所要到达的楼层,通过主控制器的处理,电梯开始运行,状态显示器显示电梯的运行状态,电梯所在楼层数通过译码器译码从而在楼层显示器中显示。
分控制器把有效的请求传给主控制器进行处理,同时显示电梯的运行状态和电梯所在楼层数。
由于分控制器相对简单很多,所以主控制器是核心部分。
电梯控制器采用状态机来实现。
可以将电梯等待的每秒钟以及开门、关门都看成一个独立的状态。
由于电梯又是每秒上升或下降一层,所以就可以通过一个统一的1秒为周期的时钟来触发状态机。
根据电梯的实际工作情况,可以把状态机设置10个状态,分别是“电梯停留在第1层”、“开门”、“关门”、“开门等待第1秒”、“开门等待第2秒”、“开门等待第3秒”、“开门等待第4秒”、“上升”、“下降”和“停止状态”。
各个状态之间的转换条件可由上面的设计要求所决定
3.3电梯控制器实体设计
首先考虑输入端口,一个异步复位端口reset,用于在系统不正常时回到初始状态;
在电梯外部,必须有升降请求端口,一层是最低层,不需要有下降请求,四层是最高层,不需要有上升请求,二层则上升、下降请求端口都有;
在电梯的内部,应该设有各层停留的请求端口:
一个电梯时钟输入端口,该输入时钟以1秒为周期,用于驱动电梯的升降及开门关门等动作;
另有一个按键时钟输入端口,时钟频率比电梯时钟高。
其次是输出端口,有升降请求信号以后,就得有一个输出端口来指示请求是否被响应,有请求信号以后,该输出端口输出逻辑‘l’。
被响应以后则恢复逻辑‘O’;
同样,在电梯内部也应该有这样的输出端口来显示各层停留是否被响应;
在电梯外部,需要一个端口来指示电梯现在所处的位置;
电梯开门关门的状态也能用一个输出端口来指示;
为了观察电梯的运行是否正确,可以设置一个输出端口来指示电梯的升降状态。
3.4各模块设计说明
3.4.1调用VHDL库
通过library语句,本程序应用了VHDL库中的“通用ieee库”和“标准std库”。
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;
3.4.2entity实体设计模块
entitydiantiis
port(……)
enddianti;
3.4.3由功能要求得到本程序设计的端口必须包括:
输入端口:
时钟(clk,频率为2Hz)、超载(full)、关门中断(deng)、提前关门(quick)、清除报警(clr)、电梯外人的上升请求信号(c_u1,c_u2,c_u3)、电梯外人的下降请求信号(c_d2,c_d3,c_d4)、电梯内人的请求信号(d1,d2,d3,d4)、到达楼层信号(g1,g2,g3,g4)。
输出端口:
电梯门控制信号(door)、电梯所在楼层显示(led)电梯外人上升请求信号显示(led_c_u)、电梯外人下降请求信号显示(led_c_d)、电梯内请求信号显示(led_d)、看门狗报警信号(wahaha)、电梯运动方向显示(ud)、超载警告信号(alarm)、电机控制信号(up,down)。
3.4.4程序要求的寄存器(中间信号)包括:
电梯内人请求信号寄存信号(d11,d22,d33,d44,d55,d66)、电梯外人上升请求信号寄存信号(c_u11,c_u22,c_u33,c_u44,c_u55)、电梯外人下降请求信号寄存信号(c_d22,c_d33,c_d44,c_d55,c_d66)、分频信号(q)、关门延时计数器(q1)、看门狗计数器(q2)、电梯内外请求信号寄存器(dd,cc_u,cc_d,dd_cc)、开门使能信号(opendoor)、电梯运动方向信号寄存器(updown)、预备上升、预备下降预操作使能信号(en_up,en_dw)。
3、5电梯控制器程序
useieee.std_logic_arith.all;
entitydiantiis
port(clk:
instd_logic;
full,deng,quick,clr:
c_u1,c_u2,c_u3:
c_d2,c_d3,c_d4:
d1,d2,d3,d4:
g1,g2,g3,g4:
door:
outstd_logic_vector(1downto0);
led:
outstd_logic_vector(6downto0);
led_c_u:
outstd_logic_vector(3downto0);
led_c_d:
led_d:
wahaha:
outstd_logic;
ud,alarm:
up,down:
outstd_logic);
architecturebehaveofdiantiis
signald11,d22,d33,d44:
std_logic;
signalc_u11,c_u22,c_u33:
signalc_d22,c_d33,c_d44:
signalq:
integerrange0to1;
signalq1:
integerrange0to6;
signalq2:
integerrange0to9;
signaldd,cc_u,cc_d,dd_cc:
std_logic_vector(3downto0);
signalopendoor:
signalupdown:
signalen_up,en_dw:
begin
com:
process(clk)
if(clk'
eventandclk='
1'
)then
if(clr='
)thenq1<
=0;
q2<
wahaha<
='
0'
;
elsiffull='
thenalarm<
q<
if(q1>
=3)thendoor<
="
10"
elsedoor<
00"
endif;
elsifq=1thenq<
alarm<
ifq2=3thenwahaha<
else
if(opendoor='
)thendoor<
q1<
up<
down<
elsifen_up='
then
if(deng='
q1<
=q2+1;
elsifquick='
thenq1<
=3;
elsifq1=6thendoor<
updown<
elsifq1>
=3thendoor<
01"
=q1+1;
elseq1<
door<
elsifen_dw='
if(g1='
)thenled<
1001111"
ifd11='
orc_u11='
thend11<
c_u11<
opendoor<
elsifdd_cc>
"
0001"
thenen_up<
elsifdd_cc="
0000"
thenopendoor<
elsifg2='
thenled<
0010010"
ifupdown='
ifd22='
orc_u22='
thend22<
c_u22<
0011"
elsifdd_cc<
0010"
thenen_dw<
elsifd22='
orc_d22='
c_d22<
elsifg3='
0000110"
ifd33='
orc_u33='
thend33<
c_u33<
0111"
0100"
elsifd33='
orc_d33='
c_d33<
elsifg4='
1001100"
ifd44='
orc_d44='
thend44<
c_d44<
1000"
elseen_up<
en_dw<
elseq<
=1;
if(d1='
)thend11<
=d1;
elsifd2='
=d2;
elsifd3='
=d3;
elsifd4='
=d4;
ifc_u1='
thenc_u11<
=c_u1;
elsifc_u2='
thenc_u22<
=c_u2;
elsifc_u3='
thenc_u33<
=c_u3;
ifc_d2='
thenc_d22<
=c_d2;
elsifc_d3='
thenc_d33<
=c_d3;
elsifc_d4='
thenc_d44<
=c_d4;
dd<
=d44&
d33&
d22&
d11;
cc_u<
&
c_u33&
c_u22&
c_u11;
cc_d<
=c_d44&
c_d33&
c_d22&
'
dd_cc<
=ddorcc_uorcc_d;
ud<
=updown;
led_d<
=dd;
led_c_u<
=cc_u;
led_c_d<
=cc_d;
endif;
endprocess;
endbehave;
3、6电梯控制器仿真图形
仿真1:
在一楼的电梯内部有一个去向三楼的申请,在二楼有一个电梯向上的外部的申请信号,在四楼有个电梯向下的外部申请信号。
电梯先响应二楼外部的申请信号,关门、向上,led显示1、2、3、4,到二楼时执行开门动作,二楼的申请清零,到达三楼时,执行开门动作,去向三楼的申请信号清零,并向四楼运行,到达四楼后,响应四楼向下的申请信号并把该信号清零。
仿真2:
在一楼的电梯内部有一个去向二楼和四楼的申请,在二楼有一个电梯向下的外部的申请信号,在三楼有个电梯向上的外部申请信号。
电梯先响应一楼内部的申请信号,关门、向上,led显示1、2、3、4,到二楼时执行开门动作,二楼的内部申请清零,到达三楼时,执行开门动作,三楼的外部申请信号清零,并向四楼运行,到达四楼后,电梯向下运行,到二楼时响应二楼向下的申请信号并把该信号清零。
4、总结
对程序进行调试,经计算机仿真分析,结果表明本电梯控制程序实现了以下功能:
(1)电梯到达楼层时,能发出指示信号;
(2)能指示电梯的运行状态;
(3)基本能正确响应各楼层的上行和下行请求(各楼层设置上行和下行选择按钮)。
通过这次课程设计,让我在学习EDA理论知识的基础上,增强了的实践动手能力。
在参考了许多相关资料后,充分理解了四层电梯的设计要求,基本上完成了设计的功能要求,但可能仍存在一些不能解决的实际问题,许多工程实际问题不能完全用理论知识去解决,需要不断吸取现场经验,寻找解决问题方法。
虽然能完成设计的基本功能,但仍有可拓展的空间,比如超载报警、多层电梯等,都是可以继续研究以满足更多的功能要求,但以我现在对EDA知识的了解,可能不太容易完成,希望以后有机会再深入地学习EDA,设计出更符合实际功能需求的代码。
参考文献
(1)潘松黄继业EDA技术实用教程科学出版社(第二版)
(2)朱正伟EDA技术及应用清华大学出版社
(3)刘载文电梯控制技术电子工业出版社
(4)张海藩软件工程导论清华大学出版社
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