EDA電梯控制器設(shè)計

1、EDA 技術(shù)綜合課程設(shè) 計課 程： EDA 技術(shù)綜合課程設(shè)計題 目：電梯控制器所屬院系：電氣工程學院專業(yè)班級:自控1304班姓 名：王軍學號：1317014092扌旨導老師:張立眾完成地點：陜西理工學院目錄1. 設(shè)計任務(wù) 22. 可選器材 23. 設(shè)計框圖 24. 設(shè)計思路 45. 引腳分配 56程序清單 97.主控模塊仿真 168問題及改進 179.總結(jié)及感受 1810參考文獻 19一 .設(shè)計任務(wù) 1、設(shè)計一個三層的電梯控制器。2、用數(shù)碼管顯示電梯所在的樓層號，電梯初始化后狀態(tài)在第一層樓。3、每層電梯外都有上下樓請求開關(guān)， 電梯內(nèi)部有到各樓層的請求開關(guān)及緊急故 障開關(guān)；用數(shù)碼管顯示上行或下行

2、狀態(tài)， 用發(fā)光二極管顯示是否有緊急情況。4、電梯每秒升（降）一層，電梯到達有停站請求的樓層后，經(jīng) 1 秒電梯開門，開 門指示燈亮，開門 4 秒后指示燈滅，關(guān)門，電梯繼續(xù)運行。5、當電梯被鎖定或發(fā)生緊急情況后，電梯停止運行，直到解除鎖定或緊急故障 后才可以從停止時的狀態(tài)繼續(xù)運行。6、當電梯處于上升狀態(tài)時，只響應(yīng)比電梯所在位置高的上樓請求信號，直到最 后一個上樓請求執(zhí)行完畢，再進入下降模式；同理，電梯處于下降狀態(tài)時， 只響應(yīng)比電梯所在位置低的下樓請求信號， 直到最后一個下樓請求執(zhí)行完畢， 再進入上升模式。二 .可選器件 1. 計算機組成 /ISP 實驗箱一臺（含電源）2. 電源線一根FPGA/CP

3、LD 下載板一塊（或多塊，可選） （其中下載版選擇以下型號 CycloneEP1C6Q240C8）3. 并行口下載電纜一根4. 電壓表棒一付5. 實驗指導書一份6. 配套集成電路芯片若干三.設(shè)計框圖 系統(tǒng)主要分為:主控制模塊control,包含狀態(tài)機，控制電梯的運行及狀態(tài)轉(zhuǎn)換；消抖模塊unshake消除開關(guān)電路的抖動現(xiàn)象，確保邏輯的正確性; 顯示模塊display，內(nèi)含譯碼功能，配合控制器顯示電梯的工作狀態(tài) 模塊框圖見圖1，總體框圖詳見圖2。ahmi口詳卜戰(zhàn)oveli-s*itcickbg tP|i D|二三兩牡4【三：thmarrive-= versrrr&B，；£rtyk

4、«kL茹詬廠1L4圖1各模塊框圖|rtrout9.0Lhdk ictyoutI'irtst12r'I,lf“1E 1'I1啊 D.1!'SB!Tfrhlc,胃L-E:HInuSTjj- TJ護*iri才£r-a"n'-oE=1r c-a sr E 3 迥=t=i.劇 m-l.1JinKL 團惻？訂苛撲 -I'削mrLmLIIRill總！/2iGzjdt71JTi1 3芟1*7*gjl'ltrf1JA /1 I 1 I!IUnd.TU.III;JJ1$A圖2系統(tǒng)總體框圖r» 1.-.10善四 .設(shè)計思

5、路 1. 對于電梯控制邏輯的實現(xiàn)，主要是控制模塊 control ，故下面主要介紹控制模 塊 control 的設(shè)計思想?？刂颇Kcontrol有一個進程k1,其中又設(shè)置了一個計數(shù)變量ent，范圍為 12000000b計數(shù)變量ent其實是起到分頻器的作用，產(chǎn)生了一個1HZ勺時鐘， 在ent計數(shù)2000000次的時間內(nèi)(即1s),運行控制電梯升降、停留的程序，這 些部分相當于以1HZ的時鐘觸發(fā)；而系統(tǒng)主頻時鐘2MH作為觸發(fā)時鐘不斷檢測用戶是否有請求輸入， 或者電梯是 否有異常情況。對于一、二、三層信號，分別由flagl、flag2、flag3和elearl、 elear2 、 elear3 兩套

6、標志為來控制輸入請求是否有效， 是否應(yīng)該對標志位清零。2. 主要規(guī)則是：當一層(upone、one)、二層(uptwo、downtwo two)或三層(downthree、 three )的輸入信號有效時，相應(yīng)標志位 flag1 、 flag2 、 flag3 置1'，表明 該層有請求。當一層(upone、one)、二層(uptwo、downtwo two)或三層(downthree、 three )的輸入信號無效時，相應(yīng)標志位 elear1 、 elear2 、 elear3 置1'，表 明相應(yīng)得到達樓層請求已經(jīng)在上一個時鐘沿完成；同時對應(yīng)的標志位 flag1 、 flag2

7、 、 flag3 置1 '，表明相應(yīng)樓層無請求。updown 信號值為 1'時表明電梯處于上升狀態(tài)，為 0'時處于下降狀 態(tài)。程序有兩個信號表示電梯的狀態(tài)： 一是位置狀態(tài)，二是運行狀態(tài)。 position 表明電梯的位置狀態(tài)，是一個取值 13的整數(shù) ，分別表示電梯處于第一、二、 三層； state 表示電梯的運行狀態(tài)，使枚舉數(shù)據(jù)類型，共 10個值，分別是： -states 為電梯所處的各個狀態(tài) -up1 表示電梯正在從第 1層上升 -up2 表示電梯正在從第 2層上升 -down1 表示電梯正在向第 1層下降-down2表示電梯正在向第2層下降-stop 表示電梯停止在

8、某一層上 -dw1 表示電梯開門的第一秒 -dw2表示電梯開門的第二秒 -dw3表示電梯開門的第三秒 -dw4表示電梯開門的第四秒，判斷電梯的下一個狀態(tài) -dw5表示當電梯處于上升或下降狀態(tài)時，如果沒有相應(yīng)的上升或下降請求信 號，則轉(zhuǎn)入dw5 狀態(tài)，使其不再在上升或下降狀態(tài)停留，而響應(yīng)其它信號 程序利用case語句實現(xiàn)這10個狀態(tài)間的相互轉(zhuǎn)移。五 .引腳分配 詳見下圖狀態(tài)流程圖1、頂層流程圖解2、以下是較具體的狀態(tài)轉(zhuǎn)化圖二樓前一狀態(tài)為上升前一狀態(tài)為下降無繼續(xù)等待六程序清單消抖模塊（程序分兩欄排版）en tity un shake isport(clk :in std_logic; -時鐘，10

9、HZ; key :in std_logic;-開關(guān)信號；keyout :out std_logic);-消抖之后的 開關(guān)信號en d;architecture a of un shake issig nal cp :std_logic;sig nal jsp:i nteger range 0 to 3;beginprocess(clk)beginif(clk'event and clk='1')thenlibrary ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_ un sig ned.all;use ieee.

10、std_logic_arith.all;if key='1' the nif jsp=3 the n jsp<=jsp;elsejsp<=jsp+1; end if;if jsp=1 the ncp<='1' elsecp<='0' end if; else jsp<=0;end if;end if;keyout<=cp;end process;en d;顯示模塊（程序分兩欄排版）library ieee;use ieee.std _lo gic_1164.all;use ieee.std_logic_ un

11、sig ned.all;use ieee.std_logic_arith.all;en tity display isport(clk : in stdo gic;light: in integer range 1 to 3;serout : out std_logic_vector(6 downto 0);end;architecture a of display issignal disp : std_logic_vector(6 downto 0);beginprocess(clk)beginif(clk'event and clk='1')thenif ligh

12、t =1 then disp<="1001111"elsif light=2 then disp<="0010010"elsif light=3 then disp<="0000110"end if;end if;end process;serout<=disp;end;主控模塊library ieee;use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all;use ieee.std_logic_arith.all;*entity control

13、 is port(upone,uptwo,downtwo,downthree : in std_logic;- 電梯外乘客的請求信號 one,two,three : in std_logic;- 電梯內(nèi)乘客的請求上或下至幾層樓的信號 reset : in std_logic;- 復位初始化開關(guān)over,emergency,lock:in std_logic;- 超重、緊急停運和上鎖信號 clk : in std_logic;- 時鐘信 2MHzalarm,ovelight,locklight : out std_logic;- 故障、超重及鎖定提示燈 p : out integer range

14、 1 to 3; - 電梯當前位置 lightup,lightdown : out std_logic_vector(6 downto 0);-lightup顯示'u'則電梯在上升模式， -lightdown顯示'd'則電梯在下降模式;arrive: out std_logic); -arrive 為'1'時表明電梯到達樓層，并在開門狀態(tài)end;* architecture behave of control istype states is (up1,up2,down1,down2,stop,dw1,dw2,dw3,dw4,dw5);-stat

15、es為電梯所處的各個狀態(tài)-up1表示電梯正在從第1層上升 -up2表示電梯正在從第2層上升 -down1 表示電梯正在向第 1層下降 -dow n2表示電梯正在向第 2層下降 -stop表示電梯停止在某一層上-dw1表示電梯開門的第一秒-dw2表示電梯開門的第二秒-dw3表示電梯開門的第三秒-dw4表示電梯開門的第四秒，判斷電梯的下一個狀態(tài)-dw5表示當電梯處于上升或下降狀態(tài)時，如果沒有相應(yīng)的上升或下降請求信號，則轉(zhuǎn) 入-此dw5狀態(tài)，使其不再在上升或下降狀態(tài)停留，而響應(yīng)其它信號signal state: states;signal clear1,clear2,clear3,flag1,fla

16、g2,flag3,fl1,fl2,fl3: std_logic;-這些都是標志位，控制電梯的狀態(tài)轉(zhuǎn)換-flagl、flag2、flag3代表各層相應(yīng)的請求信號-clearl、clear2、clear3代表相應(yīng)層的請求已經(jīng)完成，可以接收新的任務(wù)signal position : integer range 1 to 3; - 電梯的當前停留位置signal lup,ldown: std_logic_vector(6 downto 0);- 與 lightup 禾口 lightdown 功能相同 sig nal arr: std_logic;-與 arrive 功能相同signal ala,ov,

17、loc : std_logic;-與alarm,ovlight,locklight 功能相同begink1:process(clk)-此變量表明電梯處于上升或下降狀態(tài)variable cnt: integer range 1 to 2000000; variable updown : std_logic;beginif(clk'event and clk ='1')thenif(upone='1' or one='1')thenflag1<='1'elsif clear1='1' thenflag1&

18、lt;='0'end if;if (uptwo='1' or downtwo = '1 flag2<='1'elsif clear2 = '1' thenflag2<='0' end if; if (downthree= '1' or three = '1')then -flag3<='1'elsif clear3 = '1' thenflag3<='0' end if;-一層有上樓請求-一層的請求已完成

19、-當沒有新請求信號則清零or two = '1') then - 二層有請求-二層的請求已完成-當沒有新請求信號則二層清零三層有請求-三層的請求已完成-當沒有新請求信號則三層清零if(emergency='1') thenala<='1'elsif(over='1') thenov<='1'elsif(lock='1') thenloc<='1'end if;if cnt<2000000 then-通過計數(shù)2000000獲得1s的時鐘信號 cnt:=cnt+1

20、;-計數(shù)信號小于 20000000則加 1elseif reset = '1' then -復位時，電梯初值設(shè)置在一層，狀態(tài)為 stopposition<=1;state<=stop;ovelight<='0'- 各狀態(tài)指示燈均滅 locklight<='0'alarm<='0'lup<="1111111" ldown<="1111111"else fl1<=flag1;fl2<=flag2;fl3<=flag3;clear-fl1

21、、fl2、fl3置'1'表示相應(yīng)樓層有請求信號，并把相應(yīng)的任務(wù)完成信號-置 '0',表示有新的任務(wù)等待完成if(fl1='1')then clear1<='0'end if;if(fl2='1')thenclear2<='0'end if;if(fl3='1')thenclear3<='0'end if;case state is -狀態(tài)機描述when up1 =>up1 ：正在從一層上升if fl2='0' then-若上升期

22、間二層期間無請求，則直接上三層clear1<='0'clear3<='0'state<=up2;position<=2;elsestate<=stop; position<=2;fl2<='0' - 完成了對二層請求的響應(yīng)； clear2<='1'end if;when up2 =>up2 ：正在從二層上升clear1<='0'clear2<='0'state<=stop;position<=3;if position =

23、2 then - 如果電梯在第二層 position<=3;- 那么下一個位置在第三層fl3<='0'-完成了對第三層請求的相應(yīng)clear3<='1'elsif position =1 then - 如果電梯在第一層 position<=2;- 那么下一個位置在第二層fl2<='0'-二層的請求已經(jīng)完成clear2<='1'end if;when down1 =>- 正在向第一層下降clear2<='0'clear3<='0'state<=

24、stop; -下一狀態(tài)是 stopif position=2 then - 如果電梯在第二層 position<=1;-那么下一個位置在第一層fl1<='0'- 一層的請求已經(jīng)完成clear1<='1'elsif position =3 then position<=2; fl2<='0' clear2<='1'end if;when down2 =>- 正在向第二層下降-如果在下降期間，二層沒有請求，就直接下到一層if fl2 ='0' thenclear1<=&#

25、39;0'clear3<='0'-下一狀態(tài)轉(zhuǎn)至 down1 ，電梯將會再下降一層 state<=down1;position<=2; - 電梯的下一個位置在第二層elsestate<=stop; -若下降期間二層有請求，則在二層停下position<=2; - 位置轉(zhuǎn)至二層fl2<='0' -完成了對二層請求的響應(yīng) clear2<='1'end if;when stop =>- 在停止狀態(tài)if(emergency='1' or over='1') then s

26、tate<=stop;elsestate<=dw1;-下一狀態(tài)轉(zhuǎn)至dw1，電梯會進入開門狀態(tài) arr<='1： -arr置 '1',表明電梯到達并開門 lup<="1111111"-上升指示燈滅ldown<="1111111"- 下降指示燈滅 end if;when dw1 =>-在 dw1 狀態(tài)時，等待 1sstate<=dw2;-下一狀態(tài)轉(zhuǎn)至 dw2when dw2 => state<=dw3;when dw3 => state<=dw4;when dw4 =&

27、gt; arr<='0' -開門燈滅 if position=1 then -如果電梯在第一層 updown :='1'-則進入上升模式fl1<='0'-一層的任務(wù)完成clear1<='1'if fl2='1' then - 如果二層有請求 state<=up1; -先響應(yīng)二層的請求，再響應(yīng)上升一層的請求 arr<='0'-維持燈熄滅狀態(tài)lup<="1000001" -上升燈亮，顯示字母 'U' elsif fl3='1

28、' then - 若三層有請求state <=up1;-響應(yīng)完二層請求信號后，再響應(yīng)第三層的請求 arr<='0'-開門燈維持熄滅狀態(tài)lup<="1000001"- 上升燈亮 , 顯示字母 'U' end if;elsif position=3 thenupdown :='0'- 進入下降狀態(tài)fl3<='0'-到達三層的任務(wù)已完成clear3<='1'if fl2='1' then - 若二層有請求 state<=down2;-先響應(yīng)二

29、層請求，再轉(zhuǎn)入下降一層的狀態(tài) arr<='0'ldown<="1000010"- 下降燈亮，顯示 'd'elsif fl1='1' thenstate<=down2;-響應(yīng)完二層請求信號后再響應(yīng)一層的請求arr<='0'ldown<="1000010"end if;elsif position =2 thenfl2<='0' - 到達二層的任務(wù)已經(jīng)完成clear2<='1'if updown ='1'

30、then-當電梯處于上升狀態(tài)，不響應(yīng)一層的請求if fl3='1' thenstate<=up2;arr<='0' lup<="1000001"elsestate<=dw5;-若三層無請求，就轉(zhuǎn)至 dw5 狀態(tài)end if;end if;if updown = '0' then-當處于下降狀態(tài)，不響應(yīng)三層的請求if fl1='1' thenstate<=down1;arr<='0' ldown<="1000010"- 下降燈亮，顯示

31、'd' elsestate<=dw5;-若一層無請求，就轉(zhuǎn)至 dw5 狀態(tài)end if;end if;end if;when dw5 =>-只要到了 dw5 的狀態(tài)，無論原來處于上升或下降狀態(tài)，對三層和一層的信號都可相響應(yīng)if fl3='1' then state<=up2; arr<='0' lup<="1000001"- 上升燈亮 , 顯示字母 'U ' elsif fl1='1' then state<=down1; arr<='0'

32、;ldown<="1000010"- 下降燈亮，顯示 'd' end if;end case;cnt:=1;-進程完成一次全部的狀態(tài)、條件判斷并執(zhí)行相應(yīng)操作后，計數(shù)信號重end if;alarm<=ala; ovelight<=ov; locklight<=loc;end if;end if;end process;p<=position;-給輸出信號賦值 lightup<=lup;lightdow n<=ldow n; arrive<=arr;en d;七主控模塊仿真1. 由于顯示和消抖模塊為通用模塊，在此不

33、再贅述仿真結(jié)果，主要給出主控模塊的仿真分析2. 為便于仿真，將主控模塊 control單列為一個工程，并把計數(shù)變量cnt的值由2000000改為2。Simuktion WaveformsMuttr 7ith B*r：Kantal aimarriveelkdjovnlkraedovntvoli ghldo-riLli ghtup lo>ck lo-ckLiitoneoverP reset thr鮭up oneup twoPoinltr.-15.51 ns801 0 nsI123.0 u160. 0 hi300.0 nsi32X0 tsiIT 0OLIT 1總令客丘信號就J 運U戟12712

34、7宀IT 1ir jV jV 0IT 3U'和 d'。由于是共陽極數(shù)Value17 7SujuuuuuuuiiwwinnmuiXD：緊骨皆配岸號無效剔電梯曰痔止前橄態(tài)魅巻運. 栄歷，車董T降到1層 層才開門等殼H.75 ni0 HU EE56iniwr說明：用數(shù)碼管顯示上升和下降狀態(tài)時分別顯示的是字母碼管，所以低電平亮。顯示 U '時，數(shù)碼管編碼為“1000001”即十進制65 ;顯示d '時，數(shù)碼管編碼為“ 1000010 ” 即十進制66 ;數(shù)碼管熄滅時，編碼為“1111111 ”，即十進制127 ；對照以上仿真圖形可以檢驗上行、下行狀態(tài)燈的正確運行。八.問

35、題及改進以下將討論一下本次實驗中遇到的一些問題，已經(jīng)改進的部分和尚未完善的部分。1、 開始設(shè)計時由于未經(jīng)老師指導，所以設(shè)置了過多的繁瑣狀態(tài)，共計10個，包括dw1、dw2和dw3這幾個空閑狀態(tài)，它們唯一的作用就是占用1秒鐘的時間來作為電梯到站開門的等待狀態(tài)。事實上，若用開門、上行、下行、停止等較精簡的幾個狀態(tài)也可以完成設(shè)計任務(wù)，而且對于以后擴展更多的樓層也是很有利的。而自己目前的設(shè)計只能用于三層電梯，一旦要求擴展層數(shù)，便會遇到很大困難。我會在之后的學習中自行學習思考如 何用老師所建議的狀態(tài)設(shè)置方法來實現(xiàn)4層電梯控制器。2、在老師幫助修改代碼的過程中，發(fā)現(xiàn)了一些不必要的冗余代碼，如：fl1<

36、;=flag1;fl2<=flag2;fl3<=flag3;事實上，這種重復賦值是由于后來改進方案而忘記處理之前的程序造成的。具體如下：開始設(shè)計時，我采用了分頻器，將主頻2MHz的時鐘進行2000000分頻分出一個1Hz的信號。兩個時鐘（主頻 2Mhz和伯z ）分別以其上升沿控制兩個進程k1和k2的運行。其中k1由2MHz時鐘觸發(fā)，控制各輸入請求信號和改變狀態(tài)機的信號，使電梯無論 什么時候都快速響應(yīng)各種操作。k2由1Hz時鐘出發(fā)，控制電梯的升降及停留。之后經(jīng)老師建議，我將分頻器模塊去掉，也就是說全部系統(tǒng)只有一個主頻時鐘 2MHz 來觸發(fā)。而內(nèi)部需要控制的升降、停留、開門等待的時間，

37、就由一個計數(shù)變量ent來控制，ent每計數(shù)2000000次，則時間經(jīng)過1s。這樣，原來的兩個進程就壓縮為一個，進程k2就被略去了，而原來的flag信號是在進程k1中被賦值，進程k2中分別又賦值給了相應(yīng)的fl信號，所以刪除進程k2后就多出了下面的這些語句，fl1<=flag1;fl2<=flag2; fl3<=flag3;雖然不妨礙程序的正確運行，但是給代碼的可讀性打了折扣，這是在以后的編程中應(yīng)當力圖避免的。3、 同樣是因為刪除了 k2進程，之后沒有再改變以前的代碼順序，使得reset，即復位功能被寫在了時序代碼的部分，和緊急故障及超重狀態(tài)的判斷變成了并行關(guān)系。也就是說rese

38、t 功能的優(yōu)先級降低了， reset 功能應(yīng)當是異步的，一旦有效，系統(tǒng)立刻停止運行，并所存當前狀態(tài)。而現(xiàn)在， reset 功能在沒有緊急故障（或故障消除）或無超重狀態(tài)時才會有效，而且為使系統(tǒng)能夠響應(yīng)，信號必須至少維持1s的時間。4、在開始的程序設(shè)計中犯了一個小錯誤，就是電梯如果從一層直接上升到三層（即二樓無 請求）時，到達二樓是不會停站開門的，而我忘記了這一點，設(shè)計成了每到一層都會有4s 的開門等待時間。 在之后的修改過程中及時發(fā)現(xiàn)了這個問題， 并把狀態(tài)機的轉(zhuǎn)換過程 進行了相應(yīng)的修改，順利修正了這個錯誤。5、從仿真波形來看，復位功能鍵是有效的，即復位之后電梯會停止在一層，但是在實際電路的運行中

39、，所有功能都可以很完善地實現(xiàn)，唯獨復位鍵無效。在更換了另一套實驗箱之后，發(fā)現(xiàn) reset 功能可以實現(xiàn)，但是復位之后系統(tǒng)便無法相應(yīng)其他的請求了，這都是和仿真結(jié)果相悖的。事實上，可能存在以下問題： 在代碼編譯的過程中，沒有報告錯誤，即Error ;但是會有很多警告，即Warning很多情況下， Warning 會給出類似這樣的指示W(wǎng)arning: Output pins are stuck at VCC or GNDWarning: Design contains 1 input pin（s） that do not drive logicWarning: Following 7 pins have nothin