基于VHDL語言的實(shí)用電梯控制器的設(shè)計(jì)

1、基于VHDL語言的實(shí)用電梯控制器的設(shè)計(jì)摘要：介紹了基于VHDL語言設(shè)計(jì)的電梯控制器，并進(jìn)行了電路綜合和仿真。該控制器遵循方向優(yōu)先的原則，提供16個(gè)樓層多用戶的載客服務(wù)并指示電梯的運(yùn)行情況。 關(guān)鍵詞：VHDL；控制器；EDA；電梯 現(xiàn)代硬件設(shè)計(jì)運(yùn)用EDA（Electronic DesignAutomation）技術(shù)采用并行工程和“自頂向下”的設(shè)計(jì)方法，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)入手，在頂層進(jìn)行層次劃分和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在功能模塊一級進(jìn)行仿真、糾錯(cuò)，并用VHDL，VerilogHDL等硬件描述語言對高層次的系統(tǒng)行為進(jìn)行描述，在系統(tǒng)一級進(jìn)行驗(yàn)證，最后用邏輯綜合優(yōu)化工具生成門級邏輯電路的網(wǎng)表，其對應(yīng)的物理實(shí)現(xiàn)可以是印刷電路

2、板或?qū)Ｓ眉呻娐?。VHDL（Very High Speed Integrated CircuitHardware Description Language）即超高速集成電路硬件描述語言，主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的行為、結(jié)構(gòu)、功能和接口。本文采用VHDL語言來設(shè)計(jì)實(shí)用電梯控制器，其代碼具有良好的可讀性和易理解性，源程序經(jīng)Xilinx公司的Foundation軟件仿真，目標(biāo)器件選用FPGA器件。1電梯控制器的功能本電梯控制器分為主控制器和分控制器。主控制器是電梯內(nèi)部的控制器，每個(gè)樓層有一個(gè)分控制器。主控制器的功能：（1）完成16個(gè)樓層多用戶的載客服務(wù)控制。（2）電梯運(yùn)行時(shí)顯示電梯的運(yùn)行方向和所在的樓層

3、。（3）當(dāng)電梯到達(dá)選擇的樓層時(shí)，電梯自動(dòng)開門。（4）具有提前關(guān)電梯門和延時(shí)關(guān)電梯門的功能。（5）響應(yīng)分控制器的有效請求，如果到達(dá)有請求的樓層，電梯自動(dòng)開門。 分控制器的功能：（1）顯示電梯的運(yùn)行狀態(tài)和所在的樓層。（2）顯示乘客的上升和下降請求。 分控制器的有效請求原則：（1）電梯處于等待狀態(tài)時(shí)，上升和下降請求都響應(yīng)。（2）電梯處于上升狀態(tài)時(shí)，有上升請求的分控制器所在樓層數(shù)大于電梯所在的樓層數(shù)。（3）電梯處于下降狀態(tài)時(shí)，有下降請求的分控制器所在樓層數(shù)小于電梯所在的樓層數(shù)。2控制器的設(shè)計(jì)控制器的功能模塊如圖1所示，包括主控制器、分控制器、樓層選擇器、狀態(tài)顯示器、譯碼器和樓層顯示器。乘客在電梯中選擇

4、所要到達(dá)的樓層，通過主控制器的處理，電梯開始運(yùn)行，狀態(tài)顯示器顯示電梯的運(yùn)行狀態(tài)，電梯所在的樓層數(shù)通過譯碼器譯碼從而在樓層顯示器中顯示。分控制器把有效的請求傳給主控的樓層數(shù)。由于分控制器相對簡單很多，所以主控制器是核心部分。主控制器系統(tǒng)由VHDL語言實(shí)現(xiàn)，其輸入輸出端口定義如下： 結(jié)構(gòu)體分為3個(gè)進(jìn)程，分別完成寄存器的置位復(fù)位、電梯運(yùn)行狀態(tài)判斷、時(shí)序電路及電梯運(yùn)行樓層變化和響應(yīng)提前延時(shí)請求。程序中定義了以下幾個(gè)信號：urr（16 b上升寄存器），drr（16 b的下降寄存器），ur（上升寄存器各位相或），dr（下降寄存器各位相或），let（判斷狀態(tài)的使能信號），輸出端口qout，lamp的內(nèi)部信號

5、lift，ladd，時(shí)序內(nèi)部信號time。樓層請求寄存器的復(fù)位和置位如果乘客進(jìn)入電梯后所選的樓層大于所在的樓層，而且電梯處于上升或者是ladd為“01”的等待狀態(tài)，則給上升請求寄存器urr相應(yīng)的位置位。當(dāng)電梯運(yùn)行到所在的樓層，在time等于“110”時(shí)給該位復(fù)位。如果有多個(gè)請求則urr相應(yīng)的位都置位。下降請求寄存器drr原理相似。寄存器urr和drr的各位相或后得到的ur和dr信號作為狀態(tài)變化的條件信號。電梯運(yùn)行狀態(tài)的判斷分為3個(gè)狀態(tài)：waitt，upper，down。狀態(tài)圖如圖2所示。當(dāng)電梯開關(guān)switch為“0”時(shí)，為等待狀態(tài)，狀態(tài)指示信號ladd為“00”，switch為“1”時(shí)，tim

6、e為“101”而且使能信號let有效時(shí)，進(jìn)行狀態(tài)確定。沒有上升下降請求時(shí)也為等待狀態(tài)，狀態(tài)信號ladd為 “01”；上升狀態(tài)時(shí)狀態(tài)信號ladd為“11”；下降狀態(tài)時(shí)狀態(tài)信號為“10”。時(shí)序電路及電梯運(yùn)行時(shí)樓層變化和提前延時(shí)關(guān)門功能：根據(jù)ladd狀態(tài)對所到達(dá)的樓層數(shù)信號lift做相應(yīng)的增減。電梯在time信號跳變到“110”時(shí)關(guān)門，此時(shí)設(shè)置使能信號let為“1”，當(dāng)time信號跳變到“010”時(shí)，如果電梯狀態(tài)信號ladd為“11”而且使能信號let有效時(shí)，電梯層數(shù)指示器就增加，如果電梯達(dá)到了所選擇的樓層，則使能信號復(fù)位，電梯門打開。下降原理類似。當(dāng)電梯處于上升狀態(tài)時(shí)，如果有上升請求的分控制器所在

7、的樓層數(shù)大于電梯所在的樓層數(shù)，當(dāng)電梯運(yùn)行到相應(yīng)的樓層數(shù)時(shí)，電梯開門，讓有請求的乘客進(jìn)入電梯。分控制器下降請求的原理類似。如果提前開門有效，則等待時(shí)間縮短，如果延時(shí)信號有效，則等待時(shí)間加長。3仿真結(jié)果該控制器由VHDL語言實(shí)現(xiàn)，在Foundation中進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖3所示。電梯在1樓（dir“0000”）時(shí)處于等待狀態(tài)，有2個(gè)乘客進(jìn)入電梯，一個(gè)到2樓（dir“0001”），一個(gè)到4樓（dir“0011”），則urr的第2位和第4位置位，urr為“000A”，lamp變成“11”，電梯轉(zhuǎn)為上升狀態(tài)。當(dāng)電梯到達(dá)2樓時(shí)，urr的第2位復(fù)位變成“0008”，電梯門自動(dòng)打開，后有提前關(guān)門的請求，電梯關(guān)門開始運(yùn)行。電梯到達(dá)4樓后urr第4位復(fù)位為“0000”，電梯開門讓乘客出去。從圖3可見實(shí)現(xiàn)了電梯控制器的設(shè)計(jì)。4結(jié)語用VHDL硬件描述語言的形式來進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方便靈活，利用EDA軟件進(jìn)行編譯優(yōu)化仿真極大地減少了電路設(shè)計(jì)時(shí)間和可能發(fā)生的