EDA課程設(shè)計(jì)——電梯控制器

1、電子設(shè)計(jì)E自D動(dòng)）A化技術(shù)（課程設(shè)計(jì)報(bào)題目 : 電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓 名： 院 系： 專 業(yè)： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師：完成時(shí)間 : 年 月 日目錄一、課程設(shè)計(jì)題目、內(nèi)容與要求 41.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容41.2 具體要求4二、系統(tǒng)設(shè)計(jì) 42.1 設(shè)計(jì)思路 42.2 系統(tǒng)原理（包含：框圖等闡述）與設(shè)計(jì)說明等內(nèi)容三、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 5 注：此部分闡述具體實(shí)現(xiàn)，包含主要邏輯單元、模塊、源代碼等 內(nèi)容四、系統(tǒng)仿真 12五、硬件驗(yàn)證（操作）說明 15六、總結(jié) 16七、參考書目 17設(shè)計(jì)題目電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求1. 電梯入口處設(shè)有上下請(qǐng)求開關(guān)各 1 個(gè)，電梯內(nèi)設(shè)有乘客到達(dá)層次的數(shù)字開關(guān)。電梯當(dāng) 前所在的樓層位置用一位數(shù)碼管

2、顯示，用一只發(fā)光二極管顯示開門 / 關(guān)門狀態(tài)，用發(fā)光二 極管顯示每層的上下請(qǐng)求狀態(tài)； 2. 顯示電梯當(dāng)前所處位置和電梯上行下行及開關(guān)門狀 態(tài)；3. 電梯到達(dá)有停靠站請(qǐng)求的樓層后，電梯門就會(huì)自動(dòng)打開門指示燈亮，開門3 秒鐘后，電梯門自動(dòng)關(guān)閉并繼續(xù)運(yùn)行； 4. 對(duì)電梯開門時(shí)間可以提前關(guān)門（按關(guān)門按鈕） ；5. 能記憶電梯內(nèi)外的所有請(qǐng)求信號(hào)，并按照電梯運(yùn)行的規(guī)則次第響應(yīng)，每個(gè)請(qǐng)求信號(hào)保留 至執(zhí)行后撤除，如到達(dá)某層后，上下方均無請(qǐng)求，則電梯停在該層，中止運(yùn)行。設(shè)計(jì)過程（包括：設(shè)計(jì)方案、上機(jī)設(shè)計(jì)與仿真結(jié)果、硬件實(shí)驗(yàn)方案及實(shí)驗(yàn)結(jié)果、收獲和體會(huì)）附后成績 評(píng)定指導(dǎo) 教師 評(píng)語課程 設(shè)計(jì) 等級(jí)、課程設(shè)計(jì)題目、

3、內(nèi)容與要求1.1 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容 - 電梯控制系統(tǒng)采用 EDA-VHDL語言建模電梯控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電梯的功能需求。在實(shí)驗(yàn)操作平臺(tái)MAXPLUISI和實(shí)驗(yàn)箱（主芯片 EPM7096LC68-7 ）上完成系統(tǒng)的仿真。1.2 電梯系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)要求（1）. 每層電梯入口處設(shè)有上下請(qǐng)求開關(guān)各1 個(gè)，電梯內(nèi)設(shè)有乘客到達(dá)層次的數(shù)字開關(guān)。電梯當(dāng)前所在的樓層位置用一位數(shù)碼管顯示，用一只發(fā)光二極管顯示開門 / 關(guān)門狀 態(tài)，用發(fā)光二極管顯示每層的上下請(qǐng)求狀態(tài)；（2）. 顯示電梯當(dāng)前所處位置和電梯上行下行及開門，關(guān)門狀態(tài)；（3）. 電梯到達(dá)有停靠站請(qǐng)求的樓層后，電梯門就會(huì)自動(dòng)打開門指示燈亮，開門3 秒鐘后；（4）. 電

4、梯門自動(dòng)關(guān)閉（開門指示燈滅）電梯繼續(xù)運(yùn)行；（5）. 對(duì)電梯開門時(shí)間可以提前關(guān)門（按關(guān)門按鈕）；（ 6） . 能記憶電梯內(nèi)外的所有請(qǐng)求信號(hào)，并按照電梯運(yùn)行的規(guī)則次第響應(yīng)，每個(gè)請(qǐng)求信號(hào)保留至執(zhí)行后撤除，如到達(dá)某層后，上下方均無請(qǐng)求，則電梯停在該層，中止運(yùn)行。二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)思路該設(shè)計(jì)采用方向優(yōu)先控制方式方案，方向優(yōu)先控制是指電梯運(yùn)行到某一樓層時(shí)先考 慮這一樓層是否有請(qǐng)求：有 ，則停止；無，則繼續(xù)前進(jìn)。停下來后再啟動(dòng)時(shí)的步驟： 考慮前方上方或下方是否有請(qǐng)求：有，則繼續(xù)前進(jìn)；無，則停止；檢測(cè)后方是否有 請(qǐng)求，有請(qǐng)求則轉(zhuǎn)向運(yùn)行，無請(qǐng)求則維持停止?fàn)顟B(tài)。2.2 系統(tǒng)原理（包含：框圖等闡述）與設(shè)計(jì)說明

5、等內(nèi)容電梯控制器系統(tǒng)由系統(tǒng)時(shí)鐘，樓層請(qǐng)求，故障清除，關(guān)門中斷，超載，提前關(guān)門，信號(hào) 存儲(chǔ)，狀態(tài)存儲(chǔ)，中央處理器，電梯升降停，門開關(guān)停，樓層顯示，請(qǐng)求信號(hào)顯示，超載故 障報(bào)警部分組成。如圖 1 和如圖 2 所示圖2 電梯控制系統(tǒng)電路圖三、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)(1) 外部數(shù)據(jù)高速采集模塊設(shè)計(jì)有效的對(duì)外部信號(hào)采集、處理要求電梯控制器對(duì)外部請(qǐng)求信號(hào)的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確采集準(zhǔn)確、 實(shí)時(shí)的捕捉樓層到達(dá)信號(hào)；有防止樓層到達(dá)信號(hào)、外部請(qǐng)求信號(hào)的誤判。(2) 信號(hào)存儲(chǔ)模塊電梯控制器的請(qǐng)求輸入信號(hào)有 18個(gè)(電梯外有 6 個(gè)上升請(qǐng)求和 6個(gè)下降請(qǐng)求的用戶輸入 端口，電梯內(nèi)有 6 個(gè)請(qǐng)求用戶輸入端口) ，由于系統(tǒng)對(duì)內(nèi)、外請(qǐng)求沒有設(shè)置優(yōu)

6、先級(jí)，各樓層 的內(nèi)、外請(qǐng)求信號(hào)被采集后可先進(jìn)行運(yùn)算，再存到存儲(chǔ)器內(nèi)。(3) 基于 FPGA的中央處理模塊中央數(shù)據(jù)處理模塊是系統(tǒng)的核心，通過對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)(含請(qǐng)求、到達(dá)樓層等信號(hào))進(jìn)行 比較、判斷以驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)的流轉(zhuǎn)。電梯工作過程中共有 9 種狀態(tài)：等待、上升、下降、開 門、關(guān)門、停止、休眠、超載報(bào)警以及故障報(bào)警狀態(tài)。一般情況下，電梯工作起始點(diǎn)是第一 層，起始狀態(tài)是等待狀態(tài)，啟動(dòng)條件是收到上升請(qǐng)求。系統(tǒng)的狀態(tài)流程圖如圖 3所示 :圖 3 系統(tǒng)狀態(tài)流程圖（4）源程序 library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigne

7、d.all;use ieee.std_logic_arith.all;entity dianti isport （ clk : in std_logic;時(shí)鐘信號(hào)(頻率為 2Hz)full,deng,quick,clr : in std_logic;-超載、關(guān)門中斷、提前關(guān)門清除報(bào)警信號(hào)c_u1,c_u2,c_u3,c_u4,c_u5: in std_logic;電梯外人的上升請(qǐng)求信號(hào)c_d2,c_d3,c_d4,c_d5,c_d6 : in std_logic;電梯外人的下降請(qǐng)求信號(hào)d1,d2,d3,d4,d5,d6 : in std_logic;電梯內(nèi)人的請(qǐng)求信號(hào)g1,g2,g3,g4,g

8、5,g6 : in std_logic;到達(dá)樓層信號(hào)door : out std_logic_vector(1 downto 0);電梯門控制信號(hào)led : out std_logic_vector(6 downto 0);電梯所在樓層顯示led_c_u:out std_logic_vector(5 downto 0);-電梯外人上升請(qǐng)求信號(hào)顯示led_c_d:out std_logic_vector(5 downto 0); -電梯外人下降請(qǐng)求信號(hào)顯示led_d : out std_logic_vector(5 downto 0);電梯內(nèi)請(qǐng)求信號(hào)顯示ud,alarmwahaha : out

9、std_logic;看門狗報(bào)警信號(hào): out std_logic;電梯運(yùn)動(dòng)方向顯示，超載警告信號(hào)up,down : out std_logic );電機(jī)控制信號(hào)和電梯運(yùn)動(dòng)end dianti;architecture behav of dianti issignal d11,d22,d33,d44,d55,d66:std_logic;電梯內(nèi)人請(qǐng)求信號(hào)寄存信號(hào)signal c_u11,c_u22,c_u33,c_u44,c_u55:std_logic; -電梯外人上升請(qǐng)求信號(hào)寄存信號(hào)signal c_d22,c_d33,c_d44,c_d55,c_d66:std_logic; -電梯外人下降請(qǐng)求

10、信號(hào)寄存信號(hào)signal q:integer range 0 to 1;分頻信號(hào)signal q1:integer range 0 to 6;關(guān)門延時(shí)計(jì)數(shù)器signal q2:integer range 0 to 9;看門狗計(jì)數(shù)器signal dd,cc_u,cc_d,dd_cc:std_logic_vector(5 downto0); - 電梯內(nèi)外請(qǐng)求信號(hào)寄存器signal opendoor:std_logic;開門使能信號(hào)signal updown:std_logic;電梯運(yùn)動(dòng)方向信號(hào)寄存器signal en_up,en_dw:std_logic;預(yù)備上升、預(yù)備下降預(yù)操作使能信號(hào)begin

11、process(clk)begin清除故障報(bào)警if clkevent and clk=1 thenif clr=1 then q1=0;q2=0;wahaha=0;elsif full=1 then alarm=1;q1=3 then door=10;else door=00;end if;elsif q=1 thenq=0;alarm=0;故障報(bào)警開門操作elsifen_up=1 then上升預(yù)操作if q2=3 then wahaha=1;elseif opendoor=1 then door=10;q1=0;q2=0;up=0;down=3 then door=01;q1=q1+1;電梯

12、進(jìn)入關(guān)門狀態(tài)else q1=q1+1;door=00;電梯進(jìn)入等待狀態(tài)elsif en_dw=1 thenend if;下降預(yù)操作if deng=1 then door=10;q1=0;q2=q2+1;elsif quick=1 then q1=3;elsif q1=6 then door=00;updown=0;down=1;if deng=1 then door=10;q1=0;q2=q2+1;elsif quick=1 then q1=3;elsif q1=6 then door=00 ;updown =1;up=3 then door=01;q1=q1+1;else q1=q1+1;d

13、oor=00;end if;end if;if g1=1 then led=1001111; - 電梯到達(dá) 1 樓，數(shù)碼管顯示 1if d11=1 or c_u11=1 then d11=0; c_u11=0;opendoor000001 then en_up=1; opendoor=0;- 有上升請(qǐng)求 ，則電梯進(jìn)入預(yù)備上升狀態(tài)elsif dd_cc=000000 then opendoor=0; - 無請(qǐng)求時(shí)，電梯停在 1 樓待機(jī)end if;elsif g2=1 then led=0010010;- 電梯到達(dá) 2 樓，數(shù)碼管顯示 2if updown=1 then - 電梯前一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)位上

14、升if d22=1 or c_u22=1 then d22=0; c_u22=0; opendoor000011 then en_up=1; opendoor=0;-有上升請(qǐng)求 ，則電梯進(jìn)入預(yù)備上升狀態(tài)elsif dd_cc000010 then en_dw=1; opendoor=0;- 有下降請(qǐng)求 ，則電梯進(jìn)入預(yù)備下降狀態(tài)end if; - 電梯前一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為下降elsif d22=1 or c_d22=1 then d22=0; c_d22=0;opendoor=1;- 有當(dāng)前層的請(qǐng)求 ，則電梯進(jìn)入開門狀態(tài)elsif dd_cc000010 then en_dw=1; opendoor0

15、00011 then en_up=1; opendoor=0;- 有上升請(qǐng)求 ，則電梯進(jìn)入預(yù)備上升狀態(tài) end if;elsif g3=1 then led=0000110; - 電梯到達(dá) 3 樓，數(shù)碼管顯示 3 if updown=1 thenif d33=1 or c_u33=1 then d33=0; c_u33=0;opendoor000111 then en_up=1; opendoor=0;elsif dd_cc000100 then en_dw=1; opendoor=0;end if;elsif d33=1 or c_d33=1 then d33=0; c_d33=0; ope

16、ndoor=1;elsif dd_cc000100 then en_dw=1; opendoor000111 then en_up=1; opendoor=0;end if;elsif g4=1 then led=1001100; - 電梯到達(dá) 4 樓，數(shù)碼管顯示 4 if updown=1 thenif d44=1 or c_u44=1 then d44=0; c_u44=0; opendoor001111 then en_up=1; opendoor=0;elsif dd_cc001000 then en_dw=1; opendoor=0;end if;elsif d44=1 or c_d

17、44=1 then d44=0; c_d44=0; opendoor=1;elsif dd_cc001000 then en_dw=1; opendoor001111 then en_up=1; opendoor=0;end if;elsif g5=1 then led=0100100; - 電梯到達(dá) 5 樓，數(shù)碼管顯示 5if updown=1 thenif d55=1 or c_u55=1 then d55=0; c_u55=0;opendoor011111 then en_up=1; opendoor=0;elsif dd_cc010000 then en_dw=1; opendoor=

18、0;end if;elsif d55=1 or c_d55=1 then d55=0; c_d55=0;opendoor=1;elsif dd_cc010000 then en_dw=1; opendoor011111 then en_up=1; opendoor=0;end if;elsif g6=1 then led=0100000;- 電梯到達(dá) 6 樓，數(shù)碼管顯示 6if d66=1 or c_d66=1 then d66=0; c_d66=0;opendoor=1;elsif dd_cc100000 then en_dw=1; opendoor=0;else en_up=0;en_dw

19、=0;電梯進(jìn)入上升或下降狀態(tài)end if;end if;end if;else q=1;alarm=0;if d1=1 then d11=d1;- 清除超載報(bào)警對(duì)電梯內(nèi)人請(qǐng)求信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和寄存elsif d2=1 then d22=d2;elsif d3=1 then d33=d3;elsif d4=1 then d44=d4;elsif d5=1 then d55=d5;elsif d6=1 then d66=d6;end if;if c_u1=1 then c_u11=c_u1; - 對(duì)電梯外人上升請(qǐng)求信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和寄存elsif c_u2=1 then c_u22=c_u2;elsif

20、c_u3=1 then c_u33=c_u3;elsif c_u4=1 then c_u44=c_u4;elsif c_u5=1 then c_u55=c_u5;end if;if c_d2=1 then c_d22=c_d2; - 對(duì)電梯外人下降請(qǐng)求信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和寄存elsif c_d3=1 then c_d33=c_d3;elsif c_d4=1 then c_d44=c_d4;elsif c_d5=1 then c_d55=c_d5;elsif c_d6=1 then c_d66=c_d6;end if;dd=d66&d55&d44&d33&d22&d11;cc_u=0&c_u55&c_

21、u44&c_u33&c_u22&c_u11; -cc_d=c_d66&c_d55&c_d44&c_d33&c_d22&0; -dd_cc=dd or cc_u or cc_d; -end if;ud=updown; -led_d=dd;-led_c_u=cc_u;-led_c_d=cc_d;-end if;end process;end behav;電梯內(nèi)人請(qǐng)求信號(hào)并置電梯外人上升請(qǐng)求信號(hào)并置 電梯外人下降請(qǐng)求信號(hào)并置 電梯內(nèi)、外人請(qǐng)求信號(hào)進(jìn)行綜合電梯運(yùn)動(dòng)狀態(tài)顯示電梯內(nèi)人請(qǐng)求信號(hào)顯示電梯外人上升請(qǐng)求信號(hào)顯示電梯外人下降請(qǐng)求信號(hào)顯示四、電梯 系統(tǒng)仿真 程序仿真注： 1. 電梯停在一樓時(shí)，接受到請(qǐng)求信號(hào) c_d3、 c_d2、 c_u4 和 d6，并把請(qǐng)求信號(hào)寫 入相應(yīng)的寄存器。 led 顯示電梯所在樓層； l ed_d、 led-c_u 和 led_c_d 顯示用戶的請(qǐng)求。2. 電梯經(jīng)過準(zhǔn)備上升狀態(tài)后，進(jìn)入上升狀態(tài)，到達(dá)2 樓， 3 樓時(shí)，不停繼續(xù)前進(jìn)。3. 電梯上升到 4 樓時(shí)，響應(yīng)請(qǐng)求（ c_u4 ），開門載客；進(jìn)入預(yù)備上升狀態(tài)。電梯控制程序仿真局部放大圖 -1注：1. 電梯上升到 6 樓時(shí)，響應(yīng)請(qǐng)求（ d_6）,開門卸客；進(jìn)入預(yù)備下降狀態(tài)。2. 電梯下降經(jīng)過 5 樓，4 樓都不停 ，到達(dá) 3 樓開門卸客