EDA电梯控制器设计.docx

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EDA电梯控制器设计

EDA技术综合课程

设计

课程：

EDA技术综合课程设计

题目：

电梯控制器

所属院系：

电气工程学院专业班级：

自控1304班

姓名：

王军学号：

1317014092

指导老师：

张立众

完成地点：

陕西理工学院

1.设计任务…………………………………………………………………2

2.可选器材…………………………………………………………………2

3.设计框图…………………………………………………………………2

4.设计思路…………………………………………………………………4

5.引脚分配…………………………………………………………………5

6程序清单…………………………………………………………………9

7.主控模块仿真…………………………………………………………16

8.问题及改进……………………………………………………………17

9.总结及感受……………………………………………………………18

10.参考文献……………………………………………………………19

一.[设计任务]

1、设计一个三层的电梯控制器。

2、用数码管显示电梯所在的楼层号，电梯初始化后状态在第一层楼。

3、每层电梯外都有上下楼请求开关，电梯内部有到各楼层的请求开关及紧急故障开关；用数码管显示上行或下行状态，用发光二极管显示是否有紧急情况。

4、电梯每秒升（降）一层，电梯到达有停站请求的楼层后，经1秒电梯开门，开门指示灯亮，开门4秒后指示灯灭，关门，电梯继续运行。

5、当电梯被锁定或发生紧急情况后，电梯停止运行，直到解除锁定或紧急故障后才可以从停止时的状态继续运行。

6、当电梯处于上升状态时，只响应比电梯所在位置高的上楼请求信号，直到最后一个上楼请求执行完毕，再进入下降模式；同理，电梯处于下降状态时，只响应比电梯所在位置低的下楼请求信号，直到最后一个下楼请求执行完毕，再进入上升模式。

二.[可选器件]

1.计算机组成/ISP实验箱一台（含电源）

2.电源线一根

FPGA/CPLD下载板一块（或多块，可选）（其中下载版选择以下型号CycloneEP1C6Q240C8）

3.并行口下载电缆一根

4.电压表棒一付

5.实验指导书一份

6.配套集成电路芯片若干

三.[设计框图]

系统主要分为：

主控制模块control，包含状态机，控制电梯的运行及状态转换；

消抖模块unshake，消除开关电路的抖动现象，确保逻辑的正确性；

显示模块display，内含译码功能，配合控制器显示电梯的工作状态。

模块框图见图1，总体框图详见图2。

图1各模块框图

图2系统总体框图

四.[设计思路]

1.对于电梯控制逻辑的实现，主要是控制模块control，故下面主要介绍控制模块control的设计思想。

控制模块control有一个进程k1，其中又设置了一个计数变量cnt，范围为1~2000000。

计数变量cnt其实是起到分频器的作用，产生了一个1Hz的时钟，在cnt计数2000000次的时间内（即1s），运行控制电梯升降、停留的程序，这些部分相当于以1Hz的时钟触发；

而系统主频时钟2MHz作为触发时钟不断检测用户是否有请求输入，或者电梯是否有异常情况。

对于一、二、三层信号，分别由flag1、flag2、flag3和clear1、clear2、clear3两套标志为来控制输入请求是否有效，是否应该对标志位清零。

2.主要规则是：

当一层（upone、one）、二层（uptwo、downtwo、two）或三层（downthree、three）的输入信号有效时，相应标志位flag1、flag2、flag3置‘1’，表明该层有请求。

当一层（upone、one）、二层（uptwo、downtwo、two）或三层（downthree、three）的输入信号无效时，相应标志位clear1、clear2、clear3置‘1’，表明相应得到达楼层请求已经在上一个时钟沿完成；同时对应的标志位flag1、flag2、flag3置‘1’，表明相应楼层无请求。

updown信号值为‘1’时表明电梯处于上升状态，为‘0’时处于下降状态。

程序有两个信号表示电梯的状态：

一是位置状态，二是运行状态。

position表明电梯的位置状态，是一个取值1~3的整数，分别表示电梯处于第一、二、三层；state表示电梯的运行状态，使枚举数据类型，共10个值，分别是：

--states为电梯所处的各个状态

--up1表示电梯正在从第1层上升

--up2表示电梯正在从第2层上升

--down1表示电梯正在向第1层下降

--down2表示电梯正在向第2层下降

--stop表示电梯停止在某一层上

--dw1表示电梯开门的第一秒

--dw2表示电梯开门的第二秒

--dw3表示电梯开门的第三秒

--dw4表示电梯开门的第四秒，判断电梯的下一个状态

--dw5表示当电梯处于上升或下降状态时，如果没有相应的上升或下降请求信号，则转入

dw5状态，使其不再在上升或下降状态停留，而响应其它信号

程序利用case语句实现这10个状态间的相互转移。

五.[引脚分配]

详见下图

[状态流程图]

1、顶层流程图解

2、以下是较具体的状态转化图

六.[程序清单]

消抖模块（程序分两栏排版）

libraryieee;

useieee.std_logic_1164.all;

useieee.std_logic_unsigned.all;

useieee.std_logic_arith.all;

entityunshakeis

port（clk:

instd_logic;--时钟，10HZ；

key:

instd_logic;--开关信号；

keyout:

outstd_logic）;--消抖之后的开关信号

end;

architectureaofunshakeis

signalcp:

std_logic;

signaljsp:

integerrange0to3;

begin

process（clk）

begin

if（clk'eventandclk='1'）then

ifkey='1'then

ifjsp=3then

jsp<=jsp;

else

jsp<=jsp+1;

endif;

ifjsp=1then

cp<='1';

else

cp<='0';

endif;else

jsp<=0;

endif;

endif;

keyout<=cp;

endprocess;

end;

显示模块（程序分两栏排版）

libraryieee;

useieee.std_logic_1164.all;

useieee.std_logic_unsigned.all;

useieee.std_logic_arith.all;

entitydisplayis

port（clk:

instd_logic;

light:

inintegerrange1to3;

serout:

outstd_logic_vector（6downto0））;

end;

architectureaofdisplayis

signaldisp:

std_logic_vector（6downto0）;

begin

process（clk）

begin

if（clk'eventandclk='1'）then

iflight=1then

disp<="1001111";

elsiflight=2then

disp<="0010010";

elsiflight=3then

disp<="0000110";

endif;

endif;

endprocess;

serout<=disp;

end;

主控模块

libraryieee;

useieee.std_logic_1164.all;

useieee.std_logic_unsigned.all;

useieee.std_logic_arith.all;

--*****************************************************************************

entitycontrolis

port（upone,uptwo,downtwo,downthree:

instd_logic;--电梯外乘客的请求信号

one,two,three:

instd_logic;--电梯内乘客的请求上或下至几层楼的信号

reset:

instd_logic;--复位初始化开关

over,emergency,lock:

instd_logic;--超重、紧急停运和上锁信号

clk:

instd_logic;--时钟信2MHz

alarm,ovelight,locklight:

outstd_logic;--故障、超重及锁定提示灯

p:

outintegerrange1to3;--电梯当前位置

lightup,lightdown:

outstd_logic_vector（6downto0）;

--lightup显示'u'则电梯在上升模式，

--lightdown显示'd'则电梯在下降模式；

arrive:

outstd_logic）;--arrive为'1'时表明电梯到达楼层，并在开门状态

end;

--*****************************************************************************

architecturebehaveofcontrolis

typestatesis（up1,up2,down1,down2,stop,dw1,dw2,dw3,dw4,dw5）;

--states为电梯所处的各个状态

--up1表示电梯正在从第1层上升

--up2表示电梯正在从第2层上升

--down1表示电梯正在向第1层下降

--down2表示电梯正在向第2层下降

--stop表示电梯停止在某一层上

--dw1表示电梯开门的第一秒

--dw2表示电梯开门的第二秒

--dw3表示电梯开门的第三秒

--dw4表示电梯开门的第四秒，判断电梯的下一个状态

--dw5表示当电梯处于上升或下降状态时，如果没有相应的上升或下降请求信号，则转入

--此dw5状态，使其不再在上升或下降状态停留，而响应其它信号

signalstate:

states;

signalclear1,clear2,clear3,flag1,flag2,flag3,fl1,fl2,fl3:

std_logic;

--这些都是标志位，控制电梯的状态转换

--flag1、flag2、flag3代表各层相应的请求信号

--clear1、clear2、clear3代表相应层的请求已经完成，可以接收新的任务

signalposition:

integerrange1to3;--电梯的当前停留位置

signallup,ldown:

std_logic_vector（6downto0）;--与lightup和lightdown功能相同

signalarr:

std_logic;--与arrive功能相同

signalala,ov,loc:

std_logic;--与alarm,ovlight,locklight功能相同

begin

k1:

process（clk）

variablecnt:

integerrange1to2000000;

variableupdown:

std_logic;--此变量表明电梯处于上升或下降状态

begin

if（clk'eventandclk='1'）then

if（upone='1'orone='1'）then--一层有上楼请求

flag1<='1';

elsifclear1='1'then--一层的请求已完成

flag1<='0';--当没有新请求信号则清零

endif;

if（uptwo='1'ordowntwo='1'ortwo='1'）then--二层有请求

flag2<='1';

elsifclear2='1'then--二层的请求已完成

flag2<='0';--当没有新请求信号则二层清零

endif;

if（downthree='1'orthree='1'）then--三层有请求

flag3<='1';

elsifclear3='1'then--三层的请求已完成

flag3<='0';--当没有新请求信号则三层清零

endif;

if（emergency='1'）then

ala<='1';

elsif（over='1'）then

ov<='1';

elsif（lock='1'）then

loc<='1';

endif;

ifcnt<2000000then--通过计数2000000获得1s的时钟信号

cnt:

=cnt+1;--计数信号小于20000000则加1

else

ifreset='1'then--复位时，电梯初值设置在一层，状态为stop

position<=1;

state<=stop;

ovelight<='0';--各状态指示灯均灭

locklight<='0';

alarm<='0';

lup<="1111111";

ldown<="1111111";

else

fl1<=flag1;

fl2<=flag2;

fl3<=flag3;

--fl1、fl2、fl3置'1'表示相应楼层有请求信号，并把相应的任务完成信号clear

--置'0',表示有新的任务等待完成

if（fl1='1'）then

clear1<='0';

endif;

if（fl2='1'）then

clear2<='0';

endif;

if（fl3='1'）then

clear3<='0';

endif;

casestateis--状态机描述

whenup1=>-------------up1：

正在从一层上升

iffl2='0'then--若上升期间二层期间无请求，则直接上三层

clear1<='0';

clear3<='0';

state<=up2;

position<=2;

else

state<=stop;

position<=2;

fl2<='0';--完成了对二层请求的响应；

clear2<='1';

endif;

whenup2=>--------------up2：

正在从二层上升

clear1<='0';

clear2<='0';

state<=stop;

position<=3;

ifposition=2then--如果电梯在第二层

position<=3;--那么下一个位置在第三层

fl3<='0';--完成了对第三层请求的相应

clear3<='1';

elsifposition=1then--如果电梯在第一层

position<=2;--那么下一个位置在第二层

fl2<='0';--二层的请求已经完成

clear2<='1';

endif;

whendown1=>--正在向第一层下降

clear2<='0';

clear3<='0';

state<=stop;--下一状态是stop

ifposition=2then--如果电梯在第二层

position<=1;--那么下一个位置在第一层

fl1<='0';--一层的请求已经完成

clear1<='1';

elsifposition=3then

position<=2;

fl2<='0';

clear2<='1';

endif;

whendown2=>--正在向第二层下降

--如果在下降期间，二层没有请求，就直接下到一层

iffl2='0'then

clear1<='0';

clear3<='0';

--下一状态转至down1，电梯将会再下降一层

state<=down1;

position<=2;--电梯的下一个位置在第二层

else

state<=stop;--若下降期间二层有请求，则在二层停下

position<=2;--位置转至二层

fl2<='0';--完成了对二层请求的响应

clear2<='1';

endif;

whenstop=>--在停止状态

if（emergency='1'orover='1'）then

state<=stop;

else

state<=dw1;--下一状态转至dw1，电梯会进入开门状态

arr<='1';--arr置'1',表明电梯到达并开门

lup<="1111111";--上升指示灯灭

ldown<="1111111";--下降指示灯灭

endif;

whendw1=>--在dw1状态时，等待1s

state<=dw2;--下一状态转至dw2

whendw2=>

state<=dw3;

whendw3=>

state<=dw4;

whendw4=>

arr<='0';--开门灯灭

ifposition=1then--如果电梯在第一层

updown:

='1';--则进入上升模式

fl1<='0';--一层的任务完成

clear1<='1';

iffl2='1'then--如果二层有请求

state<=up1;--先响应二层的请求，再响应上升一层的请求

arr<='0';--维持灯熄灭状态

lup<="1000001";--上升灯亮，显示字母’U’

elsiffl3='1'then--若三层有请求

state<=up1;

--响应完二层请求信号后，再响应第三层的请求

arr<='0';--开门灯维持熄灭状态

lup<="1000001";--上升灯亮,显示字母’U’

endif;

elsifposition=3then

updown:

='0';--进入下降状态

fl3<='0';--到达三层的任务已完成

clear3<='1';

iffl2='1'then--若二层有请求

state<=down2;

--先响应二层请求，再转入下降一层的状态

arr<='0';

ldown<="1000010";--下降灯亮，显示’d’

elsiffl1='1'then

state<=down2;

--响应完二层请求信号后再响应一层的请求

arr<='0';

ldown<="1000010";

endif;

elsifposition=2then

fl2<='0';--到达二层的任务已经完成

clear2<='1';

ifupdown='1'then

--当电梯处于上升状态，不响应一层的请求

iffl3='1'then

state<=up2;

arr<='0';

lup<="1000001";

else

state<=dw5;

--若三层无请求，就转至dw5状态

endif;

endif;

ifupdown='0'then

--当处于下降状态，不响应三层的请求

iffl1='1'then

state<=down1;

arr<='0';

ldown<="1000010";--下降灯亮，显示’d’

else

state<=dw5;

--若一层无请求，就转至dw5状态

endif;

endif;

endif;

whendw5=>

--只要到了dw5的状态，无论原来处于上升或下降状态，对三层和一层的信号都可相响应

iffl3='1'then

state<=up2;

arr<='0';

lup<="1000001";--上升灯亮,显示字母’U’

elsiffl1='1'then

state<=down1;

arr<='0';

ldown<="1000010";--下降灯亮，显示’d’

endif;

endcase;

cnt:

=1;--进程完成一次全部的状态、条件判断并执行相应操作后，计数信号重置1

endif;

alarm<=ala;

oveli