《硬件綜合》課程設(shè)計報告-基于VHDL語言的電梯控制器設(shè)計

1、長沙理工大學硬件綜合課程設(shè)計報告 張巧玲 學 院 計通學院 專 業(yè) 計算機科學與技術(shù) 班 級 計08-01班 學 號 學生姓名 指導教師 課程成績 完成日期 2011年6月30日課程設(shè)計任務(wù)書計算機與通信工程學院 計算機科學與技術(shù)專業(yè)課程名稱硬件綜合課程設(shè)計時間20102011學年第二學期1819周學生姓名張巧玲指導老師蔡爍題 目基于VHDL語言的電梯控制器設(shè)計主要內(nèi)容：本課程設(shè)計要求設(shè)計一個電梯控制器。要求如下：（1）每層電梯入口處設(shè)有上下請求開關(guān)，電梯內(nèi)設(shè)有顧客到達層次的停站請求開關(guān)。（2）設(shè)有電梯入口處位置指示裝置及電梯運行模式(上升或下降)指示裝置。（3）電梯到達有停站請求的樓層，開門

2、指示燈亮，開門8秒后，電梯門關(guān)閉(開門指示燈滅)，電梯繼續(xù)進行，直至執(zhí)行完最后一個請求信號后停留在當前層。 （4）能記憶電梯內(nèi)外所有請求，并按照電梯運行規(guī)則按順序響應(yīng)，每個請求信號保留至執(zhí)行后消除。 （5）電梯初始狀態(tài)為一層開門狀態(tài)。要求：（1）要求能獨立地運用VHDL語言、EDA相關(guān)知識和Max Plus II仿真軟件，編制一個簡單的課程設(shè)計。（2）學生按要求編寫課程設(shè)計報告書，能正確闡述設(shè)計和實驗結(jié)果。（3）通過課程設(shè)計培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和團隊協(xié)作精神。（4）學生應(yīng)抱著嚴謹認真的態(tài)度積極投入到課程設(shè)計過程中，認真查閱相應(yīng)文獻以及實現(xiàn)，給出個人分析、設(shè)計以及實現(xiàn)。應(yīng)當提交的文件：（1）課

3、程設(shè)計報告。（2）課程設(shè)計附件（源程序、各類圖紙、實驗數(shù)據(jù)、仿真截圖等實證材料）。課程設(shè)計成績評定學 院 計通學院 專 業(yè) 計算機科學與技術(shù) 班 級 計08-01班 學 號 5 學生姓名 張巧玲 指導教師 蔡爍 完成日期 2011年6月30日 指導教師對學生在課程設(shè)計中的評價評分項目優(yōu)良中及格不及格課程設(shè)計中的創(chuàng)造性成果學生掌握課程內(nèi)容的程度課程設(shè)計完成情況課程設(shè)計動手能力文字表達學習態(tài)度規(guī)范要求課程設(shè)計論文的質(zhì)量指導教師對課程設(shè)計的評定意見綜合成績 指導教師簽字 年 月 日基于VHDL語言的電梯控制器設(shè)計學生姓名：張巧玲 指導老師：蔡爍 摘 要: 本設(shè)計就是基于電子設(shè)計自動化（Electro

4、nic Design Automation）技術(shù)中的甚高速集成電路硬件描述語言（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）語言所開發(fā)的三層電梯控制程序，實驗調(diào)試平臺是Altera 公司的MAX +plus軟件。本程序具有VHDL語言設(shè)計里最為常用的三個模塊：實體entity，對控制器的實體（輸入輸出）端口進行定義；結(jié)構(gòu)體architecture，對控制器內(nèi)部的信號端以及寄存器進行定義；進程執(zhí)行單元process，對控制器的所有輸入輸出端口、內(nèi)部信號端口以及寄存器進行功能、行為描述。通過程序調(diào)試及運行仿真，結(jié)

5、果表明，本程序可以完成：電梯運行所在樓層顯示、電梯運行方向指示、關(guān)門延時設(shè)置等。本設(shè)計對更高層的電梯控制設(shè)計具有一定的拓展性。 關(guān)鍵詞: 電梯控制；程序設(shè)計；EDA；VHDL；MAX +plusDesign of Lift Controller Based on VHDL Language Student: Zhang qiaoling Advisor:CaishuoAbstract: The lift ,as the modernized result ,are entered in our life in last century .This thesis designs the thre

6、e-floor lift control on the basis of the electron basic on the electronic design automation(EDA) technologys the very high-speed integrated circuit hardware describe language(VHDL) ,it is debugged in the Altera companys MAX +plus software as a platform in experiment .This procedure has commonly most

7、 used three pieces of module in language designs :the entity ,the architecture and the process .Through testing the connection of the EDA case ,realize the following main functions:The lifts floor shows , the lift operation direction shows ;closes prolonging ,etc. The design can make some evolution

8、for designing to on the senior level lift control. Key word: lift control; programmer; EDA; VHDL; MAX +plus目錄1 引 言11.1 問題的提出11.2 設(shè)計目的11.3 電梯控制的未來22 設(shè)計的基礎(chǔ)依據(jù)32.1 EDA技術(shù)介紹32.2 VHDL語言介紹32.2.1 VHDL的簡介32.2.2 VHDL語言的特點42.2.3 VHDL的設(shè)計流程43 程序設(shè)計及調(diào)試63.1 設(shè)計方案63.1.1 控制器的設(shè)計方案63.1.2 三層電梯控制器的設(shè)計思路63.2 三層電梯控制器的綜合設(shè)計63.2

9、.1 三層電梯控制器的實體設(shè)計63.2.2 三層電梯控制器的結(jié)構(gòu)體設(shè)計73.2.3 三層電梯控制器VHDL設(shè)計83.2.4三層電梯控制器的模塊93.3 程序調(diào)試94 程序仿真134.1 波形輸入建立134.2三層電梯控制器的仿真145 結(jié)束語17致謝18參考文獻19附錄201 引 言1.1 問題的提出當今世界，部分地區(qū)人口高度密集，人和土地資源短缺的矛盾日趨激化。這就注定了必須合理地利用土地去解決人和土地的矛盾。而興建高層建筑是其中的有效措施之一。因此，能使人們快速、便捷地到達目的樓層的電梯便應(yīng)運而生了。在一些發(fā)達國家和地區(qū)，人均電梯擁有數(shù)量一般在每萬人30臺以上，某些國家甚至達到每萬人120

10、臺以上，隨著城鎮(zhèn)化程度的加大，電梯市場會更加繁榮。中國的電梯市場增長也很樂觀，目前，每年增長率為15%18%。隨著電梯普及率的升溫，人們對電梯的要求也會越來越高。如何更安全、更快捷地到達目的樓層，也就成了人們對電梯最為根本的要求。而電梯系統(tǒng)里控制這方面技術(shù)參數(shù)的是電梯控制系統(tǒng)。因此，控制系統(tǒng)的設(shè)計就成了在電梯設(shè)計領(lǐng)域里最為核心的技術(shù)。在電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透到了社會的各個領(lǐng)域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品進一步提高 ，加速了電子設(shè)計激素的普及進程及技術(shù)革新。電子設(shè)計在日常生活和物質(zhì)產(chǎn)品生產(chǎn)都占到了舉足輕重的地位，這尤其體現(xiàn)在其對

11、電子產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計上。面對如此廣袤的電梯市場，所謂“科技就是第一生產(chǎn)力”，處于科技前沿的電子設(shè)計技術(shù)很自然地就與電梯控制設(shè)計一拍即合，給設(shè)計師們以巨大的設(shè)計空間。因此，本設(shè)計就是希望在以開發(fā)更安全、更快捷的三層電梯控制系統(tǒng)為前提下，結(jié)合電子設(shè)計技術(shù)，對電梯控制進行設(shè)計。1.2 設(shè)計目的三層電梯廣泛應(yīng)用在大型的貨運之中。其使用便捷，貨運周期短，效率高，成本低，對貨運事業(yè)具有普相當?shù)慕?jīng)濟價值。在客運上，三層電梯雖然涉及樓層不高，應(yīng)用范圍不大，但就特殊而言，可以為一些上下樓層不方便的人們提供相當?shù)膸椭疹櫫诉@些特殊群體的感情。因此，在某些層面上說，三層電梯的設(shè)計也具有一定的社會價值。本著“一理通

12、，百理明”的原則，本設(shè)計希望通過在簡單的三層電梯控制設(shè)計之中如何解決升、降請求信號因電梯所處狀態(tài)而產(chǎn)生的沖突等問題發(fā)散出去，由此及彼，對高層電梯控制的開發(fā)作一個技術(shù)的鋪墊，對高層電梯設(shè)計者提供一個基礎(chǔ)。針對目前中小型電梯所能實現(xiàn)的功能，本控制設(shè)計擬實現(xiàn)以下功能：（1）每層電梯入口處設(shè)有上下請求開關(guān)，電梯內(nèi)設(shè)有顧客到達層次的停站請求開關(guān)。（2）設(shè)有電梯入口處位置指示裝置及電梯運行模式(上升或下降)指示裝置。（3）電梯到達有停站請求的樓層，開門指示燈亮，開門8秒后，電梯門關(guān)閉(開門指示燈滅)，電梯繼續(xù)進行，直至執(zhí)行完最后一個請求信號后停留在當前層。 （4）能記憶電梯內(nèi)外所有請求，并按照電梯運行規(guī)則

13、按順序響應(yīng)，每個請求信號保留至執(zhí)行后消除。 （5）電梯運行規(guī)則一當電梯處于上升模式時，只響應(yīng)比電梯所在位置高的上樓請求信號，由下而上逐個執(zhí)行，直到最后一個上樓請求執(zhí)行完畢；如果高層有下樓請求，則直接升到由下樓請求的最高層，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。 （6）電梯初始狀態(tài)為一層開門狀態(tài)。1.3 電梯控制的未來電梯產(chǎn)業(yè)將走向信息化、網(wǎng)絡(luò)化的道路。電梯控制系統(tǒng)如何與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合將是未來電梯設(shè)計的主流趨勢。在21世紀的今天如何提供用戶滿意產(chǎn)品和服務(wù)已成為關(guān)系到各企業(yè)生死存亡問題。電梯上網(wǎng)能確保為客戶提供更優(yōu)質(zhì)全程的服務(wù)。在將來各大品牌廠家為了生存和發(fā)展都會在公共網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中

14、建立自己電梯網(wǎng)站（電梯專用平臺），這也是一條必由之路。電梯上網(wǎng)主要能實現(xiàn)以下功能：（1）用網(wǎng)絡(luò)把所有電梯監(jiān)管起來，保證電梯安全運行，確保乘客安全。（2）當電梯出現(xiàn)故障時，電梯通過網(wǎng)絡(luò)向客戶服務(wù)中心發(fā)出信號使維保人員能及時準確了解電梯出現(xiàn)故障的原因及相關(guān)信息，客戶的人身安全是否受到威脅，并在第一時間內(nèi)趕赴事故現(xiàn)場進行搶修，同時通過網(wǎng)絡(luò)對在電梯內(nèi)乘客安慰，把電梯出現(xiàn)故障的負面影響降到最低。 （3）也可以通過電梯網(wǎng)絡(luò)在規(guī)定時間內(nèi)自動掃描每臺電梯內(nèi)各部件以發(fā)現(xiàn)事故隱患做到事先維修，減少停梯時間，提高企業(yè)的服務(wù)質(zhì)量。2 設(shè)計的基礎(chǔ)依據(jù)現(xiàn)代電子設(shè)計技術(shù)的核心是EDA技術(shù)。基于EDA技術(shù)開發(fā)的實現(xiàn)三層電梯自

15、動控制與目前主流的利用可編程邏輯控制器實現(xiàn)電梯控制緊密相連。硬件描述語言是EDA技術(shù)的重要組成部分，VHDL是作為電子設(shè)計主流硬件的描述語言。使用VHDL語言進行程序的設(shè)計，在MAX +plus軟件上對程序進行編譯、仿真。在MAX +plus平臺上的開發(fā)具有編程軟件具有采自易學易懂的梯形圖語言、控制靈活方便、抗干擾能力強、運行穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。2.1 EDA技術(shù)介紹 20世紀90年代，國際上電子和計算機技術(shù)較先進的國家，一直在積極探索新的電子電路設(shè)計方法，并在設(shè)計方法、工具等方面進行了徹底的變革，取得了巨大成功。在電子技術(shù)設(shè)計領(lǐng)域，可編程邏輯器件（如CPLD、FPGA）的應(yīng)用，已得到廣泛的普及，

16、這些器件為數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計帶來了極大的靈活性。這些器件可以通過軟件編程而對其硬件結(jié)構(gòu)和工作方式進行重構(gòu)，從而使得硬件的設(shè)計可以如同軟件設(shè)計那樣方便快捷。這一切極大地改變了傳統(tǒng)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法、設(shè)計過程和設(shè)計觀念，促進了EDA技術(shù)的迅速發(fā)展。EDA是電子設(shè)計自動化（Electronic Design Automation）的縮寫，在20世紀90年代初從計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）、計算機輔助測試（CAT）和計算機輔助工程（CAE）的概念發(fā)展而來的。EDA技術(shù)就是以計算機為工具，設(shè)計者在EDA軟件平臺上，用硬件描述語言HDL完成設(shè)計文件，然后由計算機自動地完成邏輯編譯、化簡、

17、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至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。EDA技術(shù)的出現(xiàn)，極大地提高了電路設(shè)計的效率和可靠性，減輕了設(shè)計者的勞動強度。2.2 VHDL語言介紹2.2.1 VHDL的簡介VHDL(Very-High-Speed Integrated Circuit HardwareDescription Language)，翻譯成中文就是超高速集成電路硬件描述語言。因此它的應(yīng)用主要是應(yīng)用在數(shù)字電路的設(shè)計中。誕生于1982年。自IEEE公布了VHDL的標準版本，IEEE-1076（簡稱87版)之后，各EDA公司相繼推出了自己的VHDL設(shè)計環(huán)境，或宣布自己的設(shè)計

18、工具可以和VHDL接口。此后VHDL在電子設(shè)計領(lǐng)域得到了廣泛的接受，并逐步取代了原有的非標準的硬件描述語言。1993年，IEEE對VHDL進行了修訂，從更高的抽象層次和系統(tǒng)描述能力上擴展VHDL的內(nèi)容，公布了新版本的VHDL，即IEEE標準的1076-1993版本，（簡稱93版）?，F(xiàn)在，VHDL和Verilog作為IEEE的工業(yè)標準硬件描述語言，又得到眾多EDA公司的支持，在電子工程領(lǐng)域，已成為事實上的通用硬件描述語言。有專家認為，在新的世紀中，VHDL于Verilog語言將承擔起大部分的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)。2.2.2 VHDL語言的特點（1）與其他的硬件描述語言相比，VHDL具有更強的行為描述

19、能力，從而決定了他成為系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域最佳的硬件描述語言。強大的行為描述能力是避開具體的器件結(jié)構(gòu)，從邏輯行為上描述和設(shè)計大規(guī)模電子系統(tǒng)的重要保證。（2）VHDL豐富的仿真語句和庫函數(shù)，使得在任何大系統(tǒng)的設(shè)計早期就能查驗設(shè)計系統(tǒng)的功能可行性，隨時可對設(shè)計進行仿真模擬。（3）VHDL語句的行為描述能力和程序結(jié)構(gòu)決定了他具有支持大規(guī)模設(shè)計的分解和已有設(shè)計的再利用功能。符合市場需求的大規(guī)模系統(tǒng)高效，高速的完成必須有多人甚至多個代發(fā)組共同并行工作才能實現(xiàn)。（4）對于用VHDL完成的一個確定的設(shè)計，可以利用EDA工具進行邏輯綜合和優(yōu)化，并自動的把VHDL描述設(shè)計轉(zhuǎn)變成門級網(wǎng)表。（5）VHDL對設(shè)計的描述具有相

20、對獨立性，設(shè)計者可以不懂硬件的結(jié)構(gòu)，也不必管理最終設(shè)計實現(xiàn)的目標器件是什么，而進行獨立的設(shè)計。2.2.3 VHDL的設(shè)計流程（1）設(shè)計規(guī)范的定義明確設(shè)計的目的，進行設(shè)計的總體規(guī)劃。分析設(shè)計要求，以及自己要達到的設(shè)計目的和目標。（2）采用VHDL進行設(shè)計描述這部分包括設(shè)計規(guī)劃和程序的編寫。設(shè)計規(guī)劃主要包括設(shè)計方式的選擇及是否進行模塊劃分。設(shè)計方式一般包括直接設(shè)計，自頂向下和自底向下設(shè)計。（3）VHDL程序仿真對于某些人而言，仿真這一步似乎是可有可無的。但是對于一個可靠的設(shè)計而言，任何設(shè)計最好都進行仿真，以保證設(shè)計的可靠性。另外，對于作為一個獨立的設(shè)計項目而言，仿真文件的提供足可以證明你設(shè)計的完整

21、性。（4）綜合、優(yōu)化和布局布線綜合指的是將設(shè)計描述轉(zhuǎn)化成底層電路的表示形式，其結(jié)果是一個網(wǎng)表或者是一組邏輯方程；優(yōu)化，這個主要是為了提高程序的執(zhí)行效率及減少資源的利用；布局布線，指的是將邏輯關(guān)系轉(zhuǎn)化成電路連接的方式。（5）仿真這一步主要是為了確定你的設(shè)計在經(jīng)過布局布線之后，是不是還滿足你的設(shè)計要求。3 程序設(shè)計及調(diào)試3.1 設(shè)計方案3.1.1 控制器的設(shè)計方案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

22、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。圖1 電梯控制器原理圖3.1.2 三層電梯控制器的設(shè)計思路電梯控制器采用狀態(tài)機來實現(xiàn)，思路比較清晰?？梢詫㈦娞莸却拿棵腌娨约伴_門、關(guān)門都看成一個獨立的狀態(tài)。由于電梯又是每秒上升或下降一層，所以就可以通過一個統(tǒng)一的1秒為周期的時鐘來觸發(fā)狀態(tài)機。根據(jù)電梯的實際工作情況，可以把狀態(tài)機設(shè)置10個狀態(tài)，分別是“電梯停留在第1層”、“開門”、“關(guān)門”、“開門等待第1秒”、“開門等待第2秒”、“開門等待第3秒”、“開門等待第4秒”、“上升”、“下降”和“停止狀態(tài)”。各個

23、狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換條件可由上面的設(shè)計要求所決定。3.2 三層電梯控制器的綜合設(shè)計3.2.1 三層電梯控制器的實體設(shè)計首先考慮輸入端口，一個異步復位端口reset，用于在系統(tǒng)不正常時回到初始狀態(tài)；在電梯外部，必須有升降請求端口，一層是最低層，不需要有下降請求，三層是最高層，不需要有上升請求，二層則上升、下降請求端口都有；在電梯的內(nèi)部，應(yīng)該設(shè)有各層停留的請求端口：一個電梯時鐘輸入端口，該輸入時鐘以1秒為周期，用于驅(qū)動電梯的升降及開門關(guān)門等動作；另有一個按鍵時鐘輸入端口，時鐘頻率比電梯時鐘高。其次是輸出端口，有升降請求信號以后，就得有一個輸出端口來指示請求是否被響應(yīng)，有請求信號以后，該輸出端口輸出邏輯l

24、。被響應(yīng)以后則恢復邏輯O；同樣，在電梯內(nèi)部也應(yīng)該有這樣的輸出端口來顯示各層停留是否被響應(yīng)；在電梯外部，需要一個端口來指示電梯現(xiàn)在所處的位置；電梯開門關(guān)門的狀態(tài)也能用一個輸出端口來指示；為了觀察電梯的運行是否正確，可以設(shè)置一個輸出端口來指示電梯的升降狀態(tài)。 3.2.2 三層電梯控制器的結(jié)構(gòu)體設(shè)計 首先說明一下狀態(tài)。狀態(tài)機設(shè)置了lO個狀態(tài)，分別是電梯停留在l層(stoponl)、開門(dooropen)、關(guān)門(doorclose)、開門等待第1秒(waitl)、開門等待第2秒(wait2)、開門等待第3秒(wait3)、開門等待第4秒(wait4)、上升(up)、下降(down)和停止(stop)

25、。在實體說明定義完端口之后，在結(jié)構(gòu)體architecture和begin之間需要有如下的定義語句，來定義狀態(tài)機。 type state_typeis(stopon1,dooropen,doorclose,waitl,wait1,wait2,wait3,wait4,up,down,stop);signal state:state_type:=stopon1;signal clearup,cleardn,buttclk,fliclk:std_logic;signal q : std_logic_vector(3 downto 0); 在結(jié)構(gòu)體中，設(shè)計了倆個進程互相配合，一個是狀態(tài)機進程作為主要進程

26、，另外一個是信號燈控制進程作為輔助進程。狀態(tài)機進程中的很多判斷條件是以信號燈進程產(chǎn)生的信號燈信號為依據(jù)的，而信號燈進程中信號燈的熄滅又是由狀態(tài)機進程中傳出的clearup和cleardn信號來控制。在狀態(tài)機進程中，在電梯的上升狀態(tài)中，通過對信號燈的判斷，決定下一個狀態(tài)是繼續(xù)上升還是停止；在電梯下降狀態(tài)中，也是通過對信號燈的判斷，決定下一個狀態(tài)是繼續(xù)下降還是停止；在電梯停止狀態(tài)中，判斷是最復雜的，通過對信號的判斷，決定電梯是上升、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增大，但是時鐘頻率不能過高，否則容易使按鍵過于靈敏。按鍵后產(chǎn)生的點亮的信號燈(

27、邏輯值為1)用于作為狀態(tài)機進程中的判斷條件，而clearup和cleardn信號為邏輯l使得相應(yīng)的信號燈熄滅。3.2.3三層電梯控制器VHDL設(shè)計三層電梯控制器的VHDL描述模塊流程如圖2所示。三層電梯控制器的源代碼(見附錄)可知： 圖2 三層電梯控制器的VHDL描述(1)本程序設(shè)計調(diào)用了IEEE庫，IEEE庫是VHDL設(shè)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。 library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.

28、all; (2)以關(guān)鍵詞ENTITY引導，END ENTITY flift 結(jié)尾的語句部分，成為實體。VHDL的實體描述了電路器件的外部情況及各信號端口的基本性質(zhì)。本設(shè)計定義了關(guān)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、電梯的請求。端口模式主要就是IN、BUFFER、OUT端口。及定義了各端口信號的數(shù)據(jù)類型，主要是STD_LOGIC(標準邏輯位數(shù)據(jù)類型)、INTEGER(整數(shù)類型)、STD_LOGIC_VECTOR(標準邏輯矢量數(shù)據(jù)類型)。這些都滿足上面調(diào)用的IEEE庫中的程序包。entity flift isport(clk,reset,up1,up2,down2,down3

29、,stop1,stop2,stop3: in std_logic; uplight,downlight,stoplight: buffer std_logic_vector(3 downto 1); udsig:buffer std_logic; position:buffer integer range 1 to 3; doorlight:out std_logic);end flift; （3)以關(guān)鍵詞ARCHITECTURE引導，END ARCHITECTURE behav結(jié)尾的語句部分，稱為結(jié)構(gòu)體。結(jié)構(gòu)體負責描述電路器件的內(nèi)部邏輯功能或電路結(jié)構(gòu)。本設(shè)計定義了lO個狀態(tài)。描述了在三層電梯

30、中出現(xiàn)的各種可能的情況作為控制電梯的主要進程。信號燈控制作為輔助進程。(具體語句見附錄)3.2.4 三層電梯控制器的模塊 圖3 三層電梯控制器的模塊3.3 程序調(diào)試 （1）建立好工作庫目錄，以便設(shè)計工程項目的存儲，打開MAX +plus軟件，其初始界面如圖4所示。圖4 MAX +plus軟件初始界面（2）在工具欄中選擇“新建”按鈕。在選擇輸入路徑時，選擇“Text Editor File”以進行文本輸入，如圖5所示。圖5 輸入路徑選擇為文本輸入（3） 在文本輸入界面內(nèi)進行程序輸入，如圖6所示。圖6 程序輸入界面（4）輸入完畢后，需要對程序進行保存。文件名和實體定義的符號必須保持一致，即文件名為

31、flift。因為是使用VHDL語言，所以文件后綴名須改成vhd，詳見圖7所示。圖7 文本輸入保存界面 （5）保存以后，對程序進行編譯。在編譯前，需要把文件設(shè)置為頂層文件，或稱工程文件Project。選擇菜單“File”“Project”“Set Project to Current File”,當前的文件即被指定。詳見圖8所示。圖8 設(shè)置頂層文件 （6）在“MAX +plus”下拉按鈕里選擇“Compiler”，對程序進行編譯，此時，MAX +plus軟件會對程序進行糾錯等處理。當程序被確認無誤以后會出現(xiàn)如下界面，如圖9所示。第一次編譯時由于實體名和保存時的名字不相符，所以出現(xiàn)了一個錯誤，改正

32、后無誤。圖9 編譯完成圖（7）在編譯完成以后，打開程序頁面，選擇“File”“Edit Symbol”,出現(xiàn)引腳圖，如下圖10所示。圖10 引腳圖4 程序仿真4.1 波形輸入建立（1）編譯完全通過后，新建波形編輯器進行設(shè)計仿真。通過“新建”按鈕，選擇“Waveform Editor file”,詳見如圖11所示。圖11 新建波形編輯器（2）新建波形編輯器后，對文件進行保存。同樣是使用相同的文件名flift，后綴則改為scf。（3）在編輯器的Name 欄點擊鼠標右鍵，選擇“Enter Nodes from SNF”選擇添加需要觀察的節(jié)點信號，如圖12所示。圖12 添加節(jié)點信號 （4）通過編輯器左

33、側(cè)的一些快捷按鈕對所加節(jié)點中的輸入信號進行相關(guān)的賦值后，就可對程序進行仿真，觀察輸出信號，得出結(jié)論。如對時鐘信號clk符默認值，如圖13所示。圖13 對clk信號賦值圖（5）在進行仿真前，還需對仿真截止時間和最小單位時間進行一下調(diào)整。在“File”欄對截止時間“End Time”設(shè)置為“10.0us”，如圖14所示。圖14 截止時間設(shè)置圖（6）得出初始仿真圖，如圖15所示。圖15 初始仿真界面4.2 三層電梯控制器的仿真 （1）圖16所示仿真的是在第二層電梯外部有上升請求，也就是up2信號的一個脈沖，電梯原先停在第一層，這可由當電梯門打開時，position信號由0變?yōu)?可知，doorligh

34、t信號1表示開門，0表示關(guān)門。再看uplight信號燈，當二層有上升請求的時候，它的值由0變到2。電梯將執(zhí)行電梯控制器的命令由第一層上升到第二層，然后電梯門打開，乘客進入電梯以后，在電梯內(nèi)部要求上升到第三層，也就是stop3 產(chǎn)生一個脈沖，此時stoplight由0變?yōu)?，即在第三層有停的請求，電梯上升到第三層，停留在第三層。由于沒有下降請求信號，所以downlight信號燈的值一直都為0。圖16 有上升請求的波形 （2）圖17所示仿真的是在第三層電梯外部有下降請求，也就是down3信號的一個脈沖，電梯原先停在第一層，這可由當電梯門打開時，position信號由0變?yōu)?可知，doorlight

35、信號1表示開門，0表示關(guān)門。再看downlight信號燈當三層有下降請求的時候，它的值由0變到4。電梯將執(zhí)行電梯控制器的命令由第一層上升到第三層，然后電梯門打開，乘客進入電梯以后，在電梯內(nèi)部要求下降到第一層或者第二層。即按按鈕stop1或stop2。由于沒有上升請求信號和在哪個樓層停留的信號，所以downlight信號燈和stoplight信號燈的值一直都為0，電梯也停留在三層。圖17 有下降請求的波形 （3）圖18所示，電梯首先由第一層上升到第二層，開門，乘客進入，關(guān)門，電梯繼續(xù)上升到第三層，開門，乘客出去，關(guān)門，又有乘客要進來，開門，乘客進入，關(guān)門，下降到第二層，開門，乘客出去，再有乘客進

36、來，關(guān)門，繼續(xù)下降到第一層，開門乘客出去，再有乘客進來，關(guān)門，電梯上升到第三層，開門，乘客出去，關(guān)門，電梯停留在第三層，等待下一個命令。圖18 復雜波形5 結(jié)束語 兩周的課程設(shè)計結(jié)束了，在此次課程設(shè)計中，我收獲了許多，不僅在知識學習方面，而且在動手能力方面、團結(jié)合作能力等方面都有了一定的成就。 首先，在知識學習方面，雖然我們開始有在數(shù)字電子技術(shù)這一門課程中接觸過VHDL這一門語言，但是我們都還不是很了解，只知道它由實體、結(jié)構(gòu)體組成，其余的就不是很了解，但是在此次課程設(shè)計中，我有了比較詳細的了解，基本能夠?qū)懗鲆粋€比較完整的程序。這兩周的自學中，我也體會到了自學得快樂。 其次，在動手能力方面，很多

37、時候我都是知識不能夠結(jié)合實踐，所以很多時候我都不知道應(yīng)該怎么樣開始，不過此次由于有了老師的詳細講解，所以，我能夠很快知道接下來應(yīng)該做什么，有什么作用，得出什么結(jié)果。最后，在團結(jié)合作能力方面，雖然每個人有每個人的題目，但是我們還是充分發(fā)揮了我們的團結(jié)合作能力，找到程序的同學幫沒找到的同學找，有什么錯誤的大家一起討論，一起找資料解決，最后，實在不行還有我們堅強的后盾我們的指導老師，所以我們合作得很快樂。在這次設(shè)計過程中，體現(xiàn)出自己單獨設(shè)計的能力以及綜合運用知識的能力，體會了學以致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時學習的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補。同時，也再次體會到了團結(jié)合作的快樂。

38、致謝在本次課程設(shè)計中，首先，我要感謝老師，他們永遠在這里或那里為我們解答著各種各樣的問題，無論是什么問題老師都會認真對待，為我們想出處理方案，每個老師都嚴謹細致、一絲不茍，我們的課程設(shè)計就是因為有了你們的幫助才能夠如此順利的完成，我記得我有一個問題比較棘手，老師是犧牲了他的個人時間為我們整整講解了九十多分鐘，直到我們完全弄懂為止，所以我很感謝老師們，特別是這種精神在鼓舞著我，讓我努力著。我還要感謝幫助過我的同學，謝謝你們對我的幫助和支持，讓我感受同學的友情，同時，我也要感謝問我問題的同學，由于你們我學到了更多，也體會了更多快樂。 參考文獻1毛宗源等，微機控制電梯M，國防工業(yè)出版社出版，1996

39、2李鼎培，當前電梯研制開發(fā)技術(shù)動態(tài)J，中國電梯，19953梁延東主編。電梯控制技術(shù)M。中國建筑工業(yè)出版社，19974張漢杰，王錫鐘編著。現(xiàn)代電梯控制技術(shù)M。哈爾濱工業(yè)大學出版社，19965Kim C B，Kyoung Aseong，et a1A fuuzzy aproach to elevator group controlsystemIEEE Trans SystDMan，Cybern，1995，256SIEMENS公司編著，西門子(中國)有限公司譯Z。SIEMATIC S一7 300可編程序控制器硬件和安裝手冊。2001年5月7SIEMENS公司編著，西門子(中國)有限公司譯Z。SIEMT

40、IC STEP7 V50系統(tǒng)手冊。2001年5月8武自芳，虞鶴松著。微機控制系統(tǒng)及其應(yīng)用M。西安交通大學出版社，19989汪曉光，孫曉瑛等編著?？删幊炭刂破髟砑皯?yīng)用(上下冊)M。機械工業(yè)出版社，200110溫照方主編。SIMATIC S7300可編程序控制器教程M。北京理工大學出版社，2002 附錄程序名: flift.vhdlibrary ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity flift isport(clk,reset,up1

41、,up2,down2,down3,stop1,stop2,stop3: in std_logic; uplight,downlight,stoplight: buffer std_logic_vector(3 downto 1); udsig:buffer std_logic; position:buffer integer range 1 to 3; doorlight:out std_logic);end flift;architecture behav of flift istype state_type is(stopon1,dooropen,doorclose,waitl,wait1

42、,wait2,wait3,wait4,up,down,stop);signal state:state_type:=stopon1;signal clearup,cleardn,buttclk,fliclk:std_logic;signal q : std_logic_vector(3 downto 0);begin process(clk) begin if reset=1 then q=0000; elsif rising_edge(clk) then q=q+1; end if; buttclk=q(0); fliclk=q(3); end process; cont:process(r

43、eset,fliclk) variable pos:integer range 3 downto 1; begin if reset=1 then state=stopon1; clearup=0; cleardndoorlight=1; position=1; pos:=1; statestateclearup=0;cleardn=0;statestatestatedoorlight=0; if udsig=0 then -上升情況 if position=3 then -電梯在三樓 if stoplight=000and uplight=000and downlight=000 then udsig=1;state=doorclose; else udsig=1;state=down; end if; elsif position=2 then -電梯在二樓 if stoplight=000and uplight=000and downlight=000 then udsig=0;state=doorclose; elsif stoplight(3)=1 or downlight(3)=1 then udsig=0;state=up; else udsig=1;state=down; end if; elsif position=1 then -電梯在一