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1、摘 要電梯作為垂直方向的交通工具，在高層建筑和公共場所已成為不可或缺的設備。中國是全球最大的電梯市場，也具有最強的電梯生產(chǎn)能力，但由于缺乏自主知識產(chǎn)權和核心技術，自主品牌占市場的份額很少。隨著社會需求的變化，電梯朝著節(jié)能、環(huán)保及智能化方向發(fā)展。EDA技術打破了軟件和硬件間的壁壘，使計算機的軟件技術與硬件實現(xiàn)、設計效率與產(chǎn)品性能合二為一，它代表了電子設計技術和應用技術的發(fā)展方向。VHDL主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的接口，結構和功能，它的語法簡單易懂，移植性好。本設計采用VHDL，源程序經(jīng)A1tera公司的MAX+plus II軟件仿真。運用有限狀態(tài)機的設計方法，設計了兩個進程相互配合，狀態(tài)機進程作為主

2、要進程，信號燈控制進程作為輔助進程。在電梯時鐘的觸發(fā)下，通過當前狀態(tài)和信號燈信號來判定下一狀態(tài)。信號燈控制進程中，信號燈信號存儲按鍵請求情況，它的熄滅是由狀態(tài)機進程中傳出的信號來控制?！娟P鍵詞】電梯控制器 EDA技術及其優(yōu)點，電梯控制器的基本設計原理目 錄前 言第一章 概述第一節(jié) 中國電梯的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 一 、中國電梯市場的現(xiàn)狀二 、電梯的發(fā)展方向第二節(jié) EDA技術及VHDL簡述一 、EDA技術及其發(fā)展二 、硬件描述語言VHDL第二章 五層電梯控制器的基本設計原理第一節(jié) 電梯控制器的功能模塊第二節(jié) 電梯控制器的流程圖第三節(jié) 有限狀態(tài)機一 、建立狀態(tài)機的基本原理和基本方法 二 、狀態(tài)機的優(yōu)越性

3、三 、一般狀態(tài)機的VHDL設計第三章 五層電梯控制器的具體設計第一節(jié) 五層電梯控制器實現(xiàn)的功能及運行規(guī)則第二節(jié) 五層電梯控制器的綜合設計一 、五層電梯控制器的設計思路二 、實體設計三 、結構體設計四 、VHDL源代碼語法的簡單說明 五 、VHDL源代碼參考文獻前 言隨著EDA技術的發(fā)展和應用領域的擴大和深入，EDA技術在電子信息、通信、自動控制及計算機領域的重要性日益突出。隨著技術市場與人才市場對EDA的需求不斷提高，產(chǎn)品的市場需求和技術市場的要求也必然會反映到教學和科研領域中來。用VHDL硬件描述語言的形式來進行數(shù)字系統(tǒng)的設計方便靈活，利用EDA軟件進行編譯優(yōu)化仿真極大地減少了電路設計時間和

4、可能發(fā)生的錯誤，降低了開發(fā)成本，這種設計方法必將在未來的數(shù)字系統(tǒng)設計中發(fā)揮越來越重要的作用。CPLD作為新一代工業(yè)控制器，以其高可靠性和技術先進性，在電梯控制中得到廣泛應用，從而使電梯由傳統(tǒng)的繼電器控制方式發(fā)展為計算機控制的一個重要方向，成為當前電梯控制和技術改造的熱點之一。另外CPLD是一種專門從事邏輯控制的微型計算機系統(tǒng)。由于CPLD具有性能穩(wěn)定、抗干擾能力強、設計配置靈活等特點，配合VHDL語言的突出的優(yōu)點，因此在工業(yè)控制方面得到了廣泛應用。相信以后必將受到世界范圍內(nèi)電子工程設汁人員的廣泛關注和普遍歡迎。EDA是目前世界電子設計的最新技術方向和潮流,是一種全新的實驗手段,能有效地提高現(xiàn)代

5、化電子設計能力。為了跟上時代的步伐，提高自己的電子設計能力，我選擇了做本課題來學習EDA技術的基本內(nèi)容。第一章 概述第一節(jié) 中國電梯的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢一、中國電梯市場的現(xiàn)狀近年來，隨著中國房地產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，與之配套的電梯生產(chǎn)制造業(yè)也經(jīng)歷了迅猛發(fā)展的階段，電梯產(chǎn)量保持了每年20以上的增長速度。我國電梯的出口年均增長率將保持在35%以上，電梯行業(yè)逐步成為國內(nèi)比較重要的行業(yè)。 隨著我國經(jīng)濟持續(xù)增長、城鎮(zhèn)化建設的加速和房地產(chǎn)行業(yè)的進一步發(fā)展，對電梯的需求越來越大。估計未來50年中國新增住房面積將達到200億平方米。國家規(guī)定20米以上高樓就應安裝電梯，因此未來電梯最大的市場就是住宅市場。此外，機場、商場

6、、地鐵等大型公共設施建設對自動扶梯、觀光電梯等電梯的需求量也十分可觀。目前，中國不但是全球最大的電梯市場，而且形成了全球最強的電梯生產(chǎn)能力，但由于缺乏自主的知識產(chǎn)權和核心技術，產(chǎn)品的附加價值不高，利潤非常低。目前，全國注冊電梯企業(yè)約400家，但美國奧的斯、瑞士迅達、芬蘭通力、德國蒂森、日本三菱、日立、富士達、東芝等13家大型外企占據(jù)中國電梯市場75%左右的份額，而自主品牌只占25%左右的市場份額。電梯作為終端消費品，品牌在市場競爭中的作用非常明顯。品牌往往成為人們在選擇電梯產(chǎn)品時的重要考慮因素，電梯生產(chǎn)要想建立良好的品牌并獲得市場的認可，也必須經(jīng)過市場一定時間的不斷考驗。面對外資巨頭的貼身進逼

7、，我 國電梯品牌在服務和營銷上難以匹敵，其生存狀況不容樂觀。二、電梯的發(fā)展方向電梯作為垂直方向的交通工具，在高層建筑和公共場所已經(jīng)成為重要的建筑設備而不可或缺。電梯產(chǎn)業(yè)的前景和走勢隨著社會的需求而悄然發(fā)生著改變，除了考慮安全、舒適、豪華裝修等要求外，市場對新一代的綠色電梯、節(jié)能電梯和智能電梯的需求越來越旺盛。國內(nèi)外電梯企業(yè)順應市場需要，加大研發(fā)投入，都準備在未來新概念電梯產(chǎn)業(yè)發(fā)展中占得先機。1、電梯的節(jié)能和環(huán)保“綠色”已成為21世紀的主流色調(diào)，一個全球性的綠色市場為企業(yè)的發(fā)展提供了廣闊的空間，當今社會誰先推出綠色產(chǎn)品，搶占綠色營銷市場，誰就能掌握競爭的主動權。有關人士預言，綠色環(huán)保電梯將成為今

8、后電梯市場的主導性產(chǎn)品，誰擁有了它的核心技術，誰就在競爭中獲得了優(yōu)勢。老式電梯噪音、占用空間、耗能等形成的危害積累起來是相當大的，因此，在城市環(huán)保社區(qū)建設中，如何盡量減少電梯對環(huán)境的危害是相當重要的課題之一。目前，我國市場每年銷售各種類型的電梯達4.5萬部，如果這些電梯全部實現(xiàn)環(huán)?；洵h(huán)境效益是難以估量的。電梯現(xiàn)在越來越多，在對賓館、寫字樓等的用電情況調(diào)查統(tǒng)計中，電梯用電量占總用電量的17%-25%以上，僅次于空調(diào)用電量，高于照明、供水等的用電量。負責任的開發(fā)商，都會為業(yè)主的長遠利益著想，購買節(jié)能型的電梯。近年來，節(jié)能型電梯的市場越來越好，電梯制造商也越來越注重電梯的“節(jié)能”性能。在上世紀9

9、0年代，在電梯驅(qū)動上開始應用變頻調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)，能耗大幅度地降低。近幾年，又出現(xiàn)了永磁同步電機驅(qū)動的電梯，能耗又有大幅度的下降，有的電梯還能利用太陽能對機房的電能進行補充。2、電梯的智能化隨著城市化的高速發(fā)展，越來越多的摩天大樓拔地而起。就摩天大樓的高度而言，不僅受建筑技術上的制約，而且還有電梯升高方面的困惑，因而，在摩天大樓日益完備智能化的趨勢中，電梯的智能化也不容忽視。它不僅是人們上上下下的代步工具，同時，也是摩天大樓智能化的一個重要標志。盡管電梯在摩天大樓中只是個細節(jié)，但電梯智能化程度的高低卻決定著它服務質(zhì)量的優(yōu)劣。因而，電梯的智能化在一定程度上反映出智能大廈的智能程度。計算機技術，通訊技

10、術與控制技術的發(fā)展使大廈的智能化成為現(xiàn)實，而電梯是智能建筑中的重要交通工具，其技術發(fā)展及智能化程度也倍受世人關注。智能化的電梯要與智能大廈中所有自動化系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，如與樓宇控制系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、保安監(jiān)控系統(tǒng)等交互聯(lián)系，使電梯成為高效優(yōu)質(zhì)、安全舒適的服務工具。第二節(jié) EDA技術及VHDL簡述一、EDA技術現(xiàn)代EDA技術就是以讓算機為工具，在EDA軟件平臺上，根據(jù)硬件描述語言HDL完成的設計文件，能自動地完成用軟件方式描述的電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合及優(yōu)化、布局布線、邏輯仿真，直至完成對于特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。設計者的工作僅限于利用軟件的方式來

11、完成對系統(tǒng)硬件功能的描述，在EDA工具的幫助下和應用相應的FPGA/CPLD器件，就可以得到最后的設計結果。盡管目標系統(tǒng)是硬件，但整個設計和修改過程如同完成軟件設計一樣方便和高效。可見，利用EDA技術進行電子系統(tǒng)的設計，具有以下幾個特點：用軟件的方式設計硬件；用軟件方式設計的系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換是由有關的開發(fā)軟件自動完成的；從以前的“組合設計”轉(zhuǎn)向真正的“自由設計”；設計過程中可用有關軟件進行各種仿真；系統(tǒng)可現(xiàn)場編程，在線升級；設計的移植性好，效率高；非常適合分工設計，團隊協(xié)作；整個系統(tǒng)可集成在一個芯片上，體積小、功耗低、可靠性高。因此，EDA是當今電子設計的發(fā)展趨勢。二、硬件描述語言VHDL

12、VHDL主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結構，行為，功能和接口，它是從抽象到具體的水平來描述硬件的一個行業(yè)標準的語言。VHDL的程序結構特點是將一項工程設計分成外部和內(nèi)部，外部即端口，內(nèi)部則涉及實體的功能和算法。在對一個設計實體定義了外部端口并完成內(nèi)部開發(fā)后，其他的設計就可以直接調(diào)用這個實體。自1987年被IEEE批準后，VHDL語言已經(jīng)在電子設計生產(chǎn)中處于核心地位。它有以下優(yōu)點：VHDL語言功能強大,設計方式多樣。VHDL語言具有強大的硬件描述能力。VHDL語言具有很好移植性。VHDL語言的設計描述與器件無關。VHDL語言程序易于共享和復用。由于VHDL語言是一種描述、模擬、綜合、優(yōu)化和布線的標準硬件

13、描述語言，因此它可以使設計成果在設計人員之間方便地進行交流和共享,從而減小硬件電路設計的工作量,縮短開發(fā)周期。三，EDA設計技術的基本特征一般來說，EDA設計技術就是指以計算機為工作平臺，以eda軟件工具未開發(fā)環(huán)境，以硬件描述語言為設計語言，以可編程邏輯器件為載體，以asic和soc芯片為設計的基本目標，以電子系統(tǒng)設計為應用方向的電子產(chǎn)品自動化設計過程。通常，eda技術的基本特征主要包括以下幾個方面：（1）自頂向下的設計方法。（2）硬件描述語言。（3）邏輯綜合與優(yōu)化功能。（4）開放性與標準化。 第二章 三層電梯控制器的基本設計原理第一節(jié) 電梯控制器的功能模塊電梯控制器的功能模塊如圖2.1所示，

14、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。乘客在電梯中選擇所要到達的樓層，通過主控制器的處理，電梯開始運行，狀態(tài)顯示器顯示電梯的運行狀態(tài)，電梯所在樓層數(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制器進行處理，同時顯示電梯的運行狀態(tài)和電梯所在樓層數(shù)。由于分控制器相對簡單很多，所以主控制器是核心部分。狀態(tài)顯示器主控制器樓層選擇器分控制器譯碼器樓層顯示器 圖2.1 電梯控制器原理圖第二節(jié) 電梯控制器的流程圖外部按鍵請求信號寄存器狀態(tài)寄存器內(nèi)部軟件執(zhí)行機構外部硬件執(zhí)行機構圖2.2 總流程圖初始化判定電梯運行方向是否有請求？等待電梯運行樓層檢測否電梯停止

15、目標層與本層是否同層？是是否目標層？開門延時關門是否停止運行？是否是否是否停止圖2.3 電梯控制主流程圖第三節(jié) 有限狀態(tài)機 有限狀態(tài)機（finite state machine）又稱有限狀態(tài)自動機或簡稱狀態(tài)機，是表示有限個狀態(tài)以及這些狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移和動作等行為的數(shù)學模型，它是由一組狀態(tài)、一個初始狀態(tài)、輸入和根據(jù)輸入及現(xiàn)有狀態(tài)轉(zhuǎn)換為下一個狀態(tài)的轉(zhuǎn)換函數(shù)組成。有限狀態(tài)機是一種基本的、簡單的、重要的形式化技術，在軟件設計中常常采用。它是描述一個由有限個獨立狀態(tài)組成的過程，這些狀態(tài)可以互相遷移，直到最終離開這個過程。采用有限狀態(tài)機可以使設計過程直觀簡單易于理解，隨著硬件設計軟件化趨勢的加劇，在運用VH

16、DL硬件描述語言設計數(shù)字系統(tǒng)時，利用有限狀態(tài)機成為了可靠方便的途徑?？刂破髯鳛殡娮酉到y(tǒng)設計的核心部分，在EDA軟件平臺上，借助有限狀態(tài)機表示方法符合人的邏輯思維的特征，將控制功能用有限狀態(tài)機來建模實現(xiàn)，有許多優(yōu)越之處，以使FSM成為大型控制電路設計的有力工具。一、建立狀態(tài)機的基本原理和基本方法1、狀態(tài)機的基本原理除了輸人信號、輸出信號外，狀態(tài)機還包含一組寄存器記憶內(nèi)部狀態(tài)。狀態(tài)機寄存器的下一個狀態(tài)及輸出，不僅同輸入信號有關，而且還與寄存器的當前狀態(tài)有關，狀態(tài)機有兩個主要部分：即組合邏輯和寄存器部分。組合邏輯部分又可分為狀態(tài)譯碼器和輸出譯碼器，狀態(tài)譯碼器確定狀態(tài)機的下一個狀態(tài)，即確定狀態(tài)機的激勵

17、方程，輸出譯碼器確定狀態(tài)機的輸出，即確定狀態(tài)機的輸出方程。在實際的應用中，根據(jù)有限狀態(tài)機是否使用輸入信號，設計人員經(jīng)常將其分為摩爾（moore）型狀態(tài)機和米立（mealy）型狀態(tài)機兩種類型。摩爾狀態(tài)機的輸出只是當前狀態(tài)的函數(shù)，而米立狀態(tài)機的輸出一般是當前狀態(tài)和輸入信號的函數(shù)。大多數(shù)實用的狀態(tài)機都是同步的時序電路，由時鐘信號觸發(fā)進行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。時鐘信號同所有的邊沿觸發(fā)的狀態(tài)寄存器和輸出寄存器相連，使狀態(tài)的改變發(fā)生在時鐘的上升或下降沿。在數(shù)字系統(tǒng)中，那些輸出取決于過去的輸入和當前的輸入的部分都可以作為有限狀態(tài)機。有限狀態(tài)機的全部“歷史”都反映在當前狀態(tài)上。當給FSM一個新的輸入時，在時鐘的觸發(fā)下，

18、狀態(tài)就會發(fā)生轉(zhuǎn)移。2、建立狀態(tài)機的方法數(shù)字系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的狀態(tài)機建立方法主要有狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和狀態(tài)轉(zhuǎn)移表兩種。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖：如圖2.4所示，圖中每個橢圓表示狀態(tài)機的一個狀態(tài)，而箭頭表示狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移方向，引起狀態(tài)轉(zhuǎn)換的輸入信號及當前輸出表示在箭頭上。狀態(tài)A狀態(tài)B狀態(tài)C狀態(tài)D輸入/出輸入/出輸入/出輸入/出圖2.4 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖狀態(tài)轉(zhuǎn)移表：如表2.1所示，表中的行列出了全部可能的輸入信號和內(nèi)部狀態(tài)以組合及相應的次狀態(tài)和輸出，因此狀態(tài)表表現(xiàn)了狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)和輸出函數(shù)。然而，狀態(tài)表不適合具有大量輸入的系統(tǒng)，因為隨著輸入的增加其狀態(tài)數(shù)和系統(tǒng)的復雜性會顯著增加。表2.1 狀態(tài)轉(zhuǎn)移表現(xiàn)態(tài)輸入次態(tài)輸出A-DI0-ImA

19、-DO0-On如果能夠畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)移表，就可以列出狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程和輸出方程，畫出設計電路圖。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)移表這兩種狀態(tài)機的建立方法是等價的，都可以描述同一硬件的結構，它們可以相互轉(zhuǎn)換，但各有優(yōu)缺點，分別適合于不同場合，并且這種傳統(tǒng)的設計方法十分復雜。 利用VHDL設計狀態(tài)機，不必進行繁雜的狀態(tài)分配，狀態(tài)表繪制和化簡，更不必畫出設計電路和搭試硬件電路測試邏輯功能，這些工作可以全由EDA工具完成。用VHDL語言設計狀態(tài)機，是通過簡便地定義狀態(tài)變量，將狀態(tài)描述成進程，每個狀態(tài)均可表達為case-when語句結構中的一條case語句，狀態(tài)的轉(zhuǎn)移通過if-then-else語句實現(xiàn)，并輸出

20、信號以控制其他進程，從而實現(xiàn)所需功能。二、狀態(tài)機的優(yōu)越性 狀態(tài)機的工作方式是根據(jù)控制信號按照預先設定的狀態(tài)進行順序運行的，它是純硬件數(shù)字系統(tǒng)中的順序控制電路，狀態(tài)機克服了純硬件數(shù)字系統(tǒng)順序方式控制不靈活的缺點。 由于狀態(tài)機的結構模式相對簡單，設計方案相對固定，特別是可以定義符號化枚舉類型的狀態(tài)，這一切都是VHDL綜合器盡可能發(fā)揮其強大的優(yōu)化功能提供了有利條件。狀態(tài)機容易構成性能良好的同步時序邏輯模塊，在大規(guī)模邏輯電路設計可以抑制冒險現(xiàn)象。狀態(tài)機的VHDL表述豐富多樣，程序?qū)哟畏置?，結構清晰，簡單易懂，便于于排錯、修改和模塊移植。由于在VHDL中，一個狀態(tài)機可以有多個進程，一個結構體中可以有多個

21、狀態(tài)機，而一個單獨的狀態(tài)機（多個并行運行的狀態(tài)機）以順序方式所能完成的運算與控制方面的工作與一個CPU的功能類似，所以在高速運算和控制方面，狀態(tài)機更有其巨大的優(yōu)勢。由于狀態(tài)機是由純硬件電路構成，它的運行不依賴軟件指令的逐條執(zhí)行，在設計中能使用各種完整的容錯技術，并且當狀態(tài)機進入非法狀態(tài)時會從中跳出，此過程耗時很少，所以就可靠性而言，狀態(tài)機的優(yōu)勢也是十分明顯的。三、一般狀態(tài)機的VHDL設計用VHDL設計的狀態(tài)機有多種形式，但最一般和最常用的狀態(tài)機通常包含說明部分，主控時序進程，主控組合進程和輔助進程幾個部分。1、說明部分說明部分中使用type語句定義新的數(shù)據(jù)類型，此數(shù)據(jù)類型為枚舉型，其元素通常都

22、用狀態(tài)機的狀態(tài)名來定義。狀態(tài)變量定義為信號，便于信息傳遞，并將狀態(tài)變量的數(shù)據(jù)類型定義為含有既定狀態(tài)元素的新定義的數(shù)據(jù)類型。說明部分一般放在結構體的architecture和begin之間。2、主控時序進程主控時序進程是指負責狀態(tài)機運轉(zhuǎn)和在時鐘驅(qū)動下負責狀態(tài)轉(zhuǎn)換的進程。狀態(tài)機隨外部時鐘信號以同步時序方式工作，因此，狀態(tài)機中必須包含一個對工作時鐘信號敏感的進程，作為狀態(tài)機的“驅(qū)動泵”，當時鐘發(fā)生跳變時，狀態(tài)機的狀態(tài)才會發(fā)生改變。當時鐘的有效跳變到來時，時序進程將代表次態(tài)的信號next_state中的內(nèi)容送入現(xiàn)態(tài)信號current_state中，而next_state中的內(nèi)容完全由其他進程根據(jù)實際情

23、況而定，此進程中往往也包括一些清零或置位的控制信號。3、主控組合進程主控組合進程的任務是根據(jù)外部輸入的控制信號（包括來自狀態(tài)機外部的信號和來自狀態(tài)機內(nèi)部其他非主控的組合或時序進程的信號）和當前狀態(tài)值確定下一狀態(tài)next_state的取向，以及確定對外輸出或?qū)?nèi)其他進程輸出控制信號的內(nèi)容。4、輔助進程輔助進程是用于配合狀態(tài)機工作的組合或時序進程。在一般狀態(tài)機的設計過程中，為了能獲得可綜合的，高效的VHDL狀態(tài)機描述，建議使用枚舉數(shù)據(jù)類型來定義狀態(tài)機的狀態(tài)，并使用多進程方式來描述狀態(tài)機的內(nèi)部邏輯。例如可使用兩個進程來描述，個進程描述時序邏輯，包括狀態(tài)寄存器的工作和寄存器狀態(tài)的輸出，另一個進程描述組

24、合邏輯，包括進程間狀態(tài)值的傳遞邏輯以及狀態(tài)轉(zhuǎn)換值的輸出。必要時還可以引入第三個進程完成其它的邏輯功能。第三章 五層電梯控制器的設計原理本設計嘗試用硬件描述語言VHDL來實現(xiàn)對三層電梯的控制，源程序經(jīng)A1tera公司的MAX+plus II軟件仿真，保證了設計的正確性。使用VHDL進行電梯控制器的設計，主要就是對電梯軟件部分的設計，使用VHDL中的邏輯關系建立電梯的升降模式，開門，關門達到動作，而外部器件的硬件設備基本上保持不變。使用VHDL硬件描述語言設計電梯控制器可以為電梯實現(xiàn)智能控制奠定基礎。第一節(jié) 五層電梯控制器實現(xiàn)的功能及運行規(guī)則電梯一層入口處設有上升請求開關，二，三，四層入口處設有上

25、、下請求開關，五層入口處設有下降請求開關，電梯內(nèi)部設有顧客到達樓層的停站請求開關。每層電梯入口處設有位置指示裝置及電梯運行模式 (上升或下降)指示裝置。電梯初始狀態(tài)為一層開門狀態(tài)。電梯每秒上升(下降)一層樓。電梯到達需要停止的樓層，經(jīng)過1秒電梯門打開，開門指示燈亮，開門4秒后，電梯門關閉(開門指示燈滅)，電梯繼續(xù)運行，直至執(zhí)行完最后一個請求信號后停留在當前層。電梯需要寄存器來記憶電梯內(nèi)外所有請求，并按照電梯運行規(guī)則按順序響應，每個請求信號保留至執(zhí)行后消除。電梯的運行規(guī)則：當電梯處于上升模式時，只響應比電梯所在位置高的上樓請求信號和停站請求信號，由下而上逐個執(zhí)行，直到最后一個上樓請求執(zhí)行完畢；如

26、果高層有下樓請求，則直接上升到有下樓請求的最高層，然后進入下降模式。當電梯處于下降模式時則與上升模式相反。第二節(jié) 五層電梯控制器的綜合設計一、五層電梯控制器的設計思路電梯控制器設計兩個進程相互配合，狀態(tài)機進程作為主要進程，信號燈控制進程作為輔助進程。根據(jù)電梯的實際工作情況，可以為狀態(tài)機設置十個狀態(tài)，它們分別是“電梯停在一層”“開門”“關門”“開門等待第一秒”“開門等待第二秒”“開門等待第三秒”“開門等待第四秒”“上升”“下降”和“停止”。由于電梯每秒上升或下降一層，則可以用周期為1s的信號來作為電梯狀態(tài)轉(zhuǎn)換的觸發(fā)時鐘。狀態(tài)機進程中的很多判斷條件是以信號燈控制進程產(chǎn)生的信號燈信號為依據(jù)，而信號燈

27、控制進程中信號燈的熄滅又是由狀態(tài)機進程中傳出的信號來控制。五層電梯控制器的設計主要是對實體和結構體的設計，它的VHDL描述模塊流程如圖3.1所示：元件庫的說明定義實體結構體端口狀態(tài)機進程信號燈控制進程結束按鍵信號燈圖3.1 五層電梯控制器的VHDL描述模塊流程二、實體設計實體設計即是對端口名、端口模式及數(shù)據(jù)類型的說明。首先考慮輸入端口，一個異步復位端口“reset”，用于當電梯出現(xiàn)非正常情況時回到初始狀態(tài)；在電梯外部，一層入口處設有上升請求端，二，三，四層入口處設有上升和下降請求端，五層入口處設有下降請求端；在電梯內(nèi)部，應設有各層停站請求端口；一個電梯時鐘輸入端口，它提供周期為1s的時鐘信號，

28、用作電梯狀態(tài)轉(zhuǎn)換的觸發(fā)時鐘；還有一個頻率很高的按鍵時鐘輸入端口。其次考慮輸出端口，當有各層上升或下降請求時，各層入口處應該有端口顯示請求是否被響應，有請求時端口輸出邏輯1，被執(zhí)行后則恢復成邏輯0；同樣的，電梯內(nèi)部也應有各層停站請求是否被響應的指示端口；一個開關門指示端口，當門開著時，它為邏輯1，門關著時，則為邏輯0；還需要端口來顯示電梯所處的位置和模式（上升或下降）。三、結構體設計在結構體中，首先說明了狀態(tài)機設置的十個狀態(tài)，分別是：電梯停在1層(stopon1)、開門(dooropen)、關門(doorclose)、開門等待第1秒(doorwait1)、開門等待第2秒(doorwait2)、開

29、門等待第3秒(doorwait3)、開門等待第4秒(doorwait4)、上升(up)、下降(down)和停止(stop)。在結構體最前端用如下的定義語句，來定義狀態(tài)機。type lift_state is(stopon1,dooropen,doorclose,doorwait1,doorwait2,doorwait3,doorwait4,up,down,stop);接著描述電梯內(nèi)部功能實現(xiàn)，在結構體中設計了兩個進程，一個狀態(tài)機進程（ctrlift），它是以reset和liftclk作為敏感信號，控制電梯的狀態(tài)轉(zhuǎn)移；另外一個是信號燈控制進程（ctrlight），它是以reset和buttonc

30、lk作為敏感信號，控制寄存信號的邏輯值。在狀態(tài)機進程中，電梯關門后根據(jù)信號燈的情況，來決定下一個狀態(tài)是上升、下降還是停止；在信號燈控制進程中，由于使用了專門的頻率較高的按鍵時鐘，所以使得按鍵的靈敏度大，但是時鐘頻率不能過高，否則容易使按鍵過于靈敏，而信號燈的熄滅是由狀態(tài)機進程中傳出clearup和cleardn信號來控制。四、VHDL源代碼語法的簡單說明本程序設計調(diào)用了ieee庫，ieee庫是VHDL設計中最為常用的庫，它包含有ieee標準的程序包和其他一些支持工業(yè)標準的程序包。本設計采用std-logic-1164、std-logic-unsigned、std-logic-arith程序包。

31、以關鍵詞entity引導，end entity threelift結尾的部分是程序的實體部分。VHDL的實體描述了電路器件的外部情況，本設計定義了關于三層電梯控制器用到的各類時鐘、異步復位按鍵、信號燈指示端口、電梯的請求端口。它描述了端口模式主要有in、buffer、out，以及各端口信號的數(shù)據(jù)類型主要有std-logic、std-logic-vector、integer。（3）以關鍵詞architecture引導，end architecture one結尾的語句部分是結構體部分，結構體描述電路器件的內(nèi)部邏輯功能。五、VHDL源代碼library ieee; -庫的說明use ieee.st

32、d_logic_1164.all; -程序包的說明use ieee.std_logic_unsigned.all;use ieee.std_logic_arith.all;entity threelift is -實體 port(buttonclk:in std_logic; -按鍵時鐘信號 liftclk:in std_logic; -電梯時鐘信號 reset:in std_logic; -異步復位端口 f1upbutton:in std_logic; -一層上升請求端口 f2upbutton:in std_logic; -二層上升請求端口 f2dnbutton:in std_logic;

33、-二層下降請求端口 f3dnbutton:in std_logic; -三層下降請求端口 stop1button:in std_logic; -一層停站請求端口 stop2button:in std_logic; -二層停站請求端口 stop3button:in std_logic; -三層停站請求端口 position:buffer integer range 1 to 3; -電梯位置信號 udsig:buffer std_logic; -電梯模式（上升或下降）信號 fuplight,fdnlight,stoplight:buffer std_logic_vector(3 downto 1

34、); -上升、下降、停站請求寄存信號doorlight:out std_logic; -開關門信號 dout1:out std_logic_vector(3 downto 0); end entity threelift;architecture one of threelift is -結構體type lift_state is -定義十個狀態(tài)(stopon1,dooropen,doorclose,doorwait1,doorwait2,doorwait3,doorwait4,up,down,stop);signal mylift:lift_state;signal clearup:std_

35、logic; -上升和停站請求清除信號signal cleardn:std_logic; -下降和停站請求清除信號beginctrlift:process(reset,liftclk) -狀態(tài)機進程variable pos:integer range 3 downto 1;beginif reset=1 then -異步復位，電梯的初始狀態(tài)為一層開門狀態(tài) mylift=stopon1; clearup=0; cleardn doorlight=1; position=1; pos:=1; mylift mylift clearup=0; cleardn=0; mylift mylift myl

36、ift -關門，判定電梯下一個運行方式 doorlight=0; if udsig=1 then -電梯處在上升模式 if position=3 then if fuplight=000 and fdnlight=000 and stoplight=000 then -沒有請求信號時，電梯停在當前層 udsig=0; mylift=doorclose; elsif fdnlight(3)=1 or stoplight(3)=1 then -本層有請求信號是，電梯開門 udsig=0; mylift=dooropen; else -否則下降 udsig=0; mylift=down; end i

37、f; elsif position=2 then if fuplight=000 and fdnlight=000 and stoplight=000 then udsig=1; mylift=doorclose;elsif fuplight(2)=1 or stoplight(2)=1 then -本層有上升或停站請求時時，電梯開門 udsig=1; mylift=dooropen; elsif fuplight=000 and stoplight=000 and fdnlight=010 then -只有二層有下降請求時，電梯開門 udsig=0; mylift=dooropen; els

38、if stoplight(3)=1 or fdnlight(3)=1 then -三層有停站請求或下降請求，則上升 udsig=1; mylift=up; else udsig=0; mylift=down; end if; elsif position=1 then if fuplight=000 and fdnlight=000 and stoplight=000 then udsig=1; mylift=doorclose; elsif stoplight(1)=1 or fuplight(1)=1 then udsig=1; mylift=dooropen; else udsig=1;

39、 mylift=up; end if; end if; elsif udsig=0 then -電梯處在下降模式 if position=3 then if fuplight=000 and fdnlight=000 and stoplight=000 then udsig=0; mylift=doorclose; elsif fdnlight(3)=1 or stoplight(3)=1 then udsig=0; mylift=dooropen; else udsig=0; mylift=down; end if; elsif position=2 then if fuplight=000

40、 and fdnlight=000 and stoplight=000 then udsig=0; mylift=doorclose; elsif fdnlight(2)=1 or stoplight(2)=1 then udsig=0; mylift=dooropen; elsif fdnlight=000 and stoplight=000 and fuplight=010 then udsig=1; mylift=dooropen; elsif fuplight(1)=1 or stoplight(1)=1 then -一層有停站請求或上升請求，則下降 udsig=0; mylift=d

41、own; else udsig=1; mylift=up; end if; elsif position=1 then if fuplight=000 and fdnlight=000 and stoplight=000 then udsig=1; mylift=doorclose; elsif stoplight(1)=1 or fuplight(1)=1 then udsig=1; mylift=dooropen; else udsig=1; mylift -電梯處于上升狀態(tài) position=position+1; -電梯樓層數(shù)加一 pos:=pos+1; if pos3 and (st

42、oplight(pos)=1 or fuplight(pos)=1) then mylift=stop; -電梯在一層或二層，本層有停站或上升請求時，則停止 elsif pos=3 and (stoplight(pos)=1 or fdnlight(pos)=1) then mylift=stop;-電梯處在三層，并且有三層停站或下降請求，則停止 else mylift -電梯處在下降狀態(tài) position1 and (stoplight(pos)=1 and fdnlight(pos)=1) then mylift=stop; elsif pos=1 and (stoplight(pos)=

43、1 or fuplight(pos)=1) then mylift=stop; else mylift mylift doorlight=1; if udsig=1 then if position3 and (fuplight(pos)=1 or stoplight(pos)=1) then clearup=1; -清除當前層上升和停站請求 else clearup=1; cleardn1 and (fdnlight(pos)=1 or stoplight(pos)=1) then cleardn=1; -清除當前層下降和停站請求 else clearup=1; cleardn=1; end

44、 if; end if; mylift=doorwait1; end case; end if;end if;end process ctrlift;ctrlight:process(reset,buttonclk) -信號燈控制進程beginif reset=1 then -復位，寄存信號清零 fuplight=000; fdnlight=000; stoplight=000;else if buttonclkevent and buttonclk=1 then if clearup=1 then -上升和停站請求清零 fuplight(position)=0; stoplight(posi

45、tion)=0; else if f1upbutton=1 then -記憶各層上升請求 fuplight(1)=1; elsif f2upbutton=1 then fuplight(2)=1; end if; end if; if cleardn=1 then -下降和停站請求清零 fdnlight(position)=0; stoplight(position)=0; else if f2dnbutton=1 then -記憶各層下降請求 fdnlight(2)=1; elsif f3dnbutton=1 then fdnlight(3)=1; end if; end if; if st

46、op1button=1 then -記憶各層停站請求 stoplight(1)=1; elsif stop2button=1 then stoplight(2)=1; elsif stop3button=1 then stoplight(3)=1; end if; end if;end if;end process ctrlight;process(position) -樓層顯示進程beginif position=1 then dout1=0001;elsif position=2 then dout1=0010;elsif position=3 then dout1=0011;end if;end process;end architecture one;第三節(jié) 本章小結本設計運用有限狀