畢業(yè)論文---EDA三層電梯控制設計

1、EDA三層電梯控制設計目 錄1課程設計的目的和要求-12 供料單元的硬件掌握- 12.1 供料單元的功能簡介-12.2供料單元的硬件結構-13 供料單元的控制流程-34 程序的編寫和調試-45 WINCC控制界面制作-46心得體會-5附件1-7附件2-121 前言由于高密度現(xiàn)場可編程邏輯器件和專用集成電路的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)設計技術已經(jīng)不合適大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路，以往分立的數(shù)字電路已經(jīng)可編程邏輯器件所取代。電子設計自動化EDA技術正是為了適應現(xiàn)代電子產(chǎn)品設計的要求，吸收多學科最新成果而形成的一門技術?，F(xiàn)代電子設計技術的核心是EDA技術。EDA技術就是依靠功能強大的電子計算機，在EDA工具軟件平

2、臺上，對以硬件描述語言HDL為系統(tǒng)邏輯描述手段完成的設計文件，自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化和仿真，直至下載到可編程邏輯器件CPLD/FPGA或專用集成電路ASIC芯片中，實現(xiàn)既定的電子電路設計功能。EDA技術極大地提高了電子電路設計效率，縮短了設計周期，節(jié)省了設計成本。EDA技術包括硬件描述語言HDL、EDA工具軟件、可編程邏輯器件和實驗開發(fā)系統(tǒng)等方面內容。目前，國際上流行的硬件描述語言主要有VHDL、Verilog HDL和AHDL。EDA工具在EDA技術應用中占據(jù)極其重要的位置，利用EDA技術進行電路設計的大部分工作是在EDA軟件工作平臺上進行的。EDA工具軟件主要包括設計輸

3、入編輯器、仿真器、HDL綜合器、適配器(或布局布線器)及下載器等5個模塊。今天，EDA技術已經(jīng)成為電子設計的重要工具，無論是設計芯片還是設計系統(tǒng)，如果沒有EDA工具的支持，都將是難以完成的。EDA工具已經(jīng)成為現(xiàn)代電路設計師的重要武器，正在發(fā)揮越來越重要的作用。 2 設計目的通過EDA課程設計，鞏固所學的理論知識，并加深我們對EDA知識的理解。通過使用QUARTUS2軟件進行程序編寫和調試，逐步掌握使用QUARTUS2軟件，并可以熟練的掌握編程和調試技巧。通過使用GW48系EDA實驗箱進行實物仿真驗證，使我們對FPGA實物有進一步的了解，并掌握QUARTUS2的下載技巧，還有GW48實驗箱的使用

4、方法。3 設計要求要求用FPGA設計實現(xiàn)一個3層電梯的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的要求如下：(1)電梯運行規(guī)則：當電梯處在上升模式時，只響應比電梯所在位置高的上樓請求，由下向上逐個執(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，直接升到有下樓請求的最高樓層，然后進入下降模式。電梯處在下降模式時，工作方式與上升模式相反。設電梯共有3層，每秒上升或下降一層。(2)電梯初始狀態(tài)為一層，處在開門狀態(tài)，開門指示燈亮。(3)每層電梯入口處均設有上下請求開關，電梯內部設有乘客到達樓層的停站請求開關及其顯示。(4)設置電梯所處位置的指示及電梯上升或下降的指示。(5)電梯到達有停站請求的樓層后，電梯門打開，開門指示

5、燈亮。開門4妙后，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在當前層。(6)電梯控制系統(tǒng)能記憶電梯內外的請求信號，并按照電梯運行規(guī)則工作，每個請求信號執(zhí)行完畢后清除。 附加功能：1.顯示開門時間 2.當電梯在5秒內無任何請求時電梯自動下降到一樓并停在一樓。根據(jù)電梯控制系統(tǒng)的設計要求，除了具備兩個時鐘信號CLK，一個是電梯時鐘信號，另一個是按鍵時鐘信號。以外，還應該定義輸入信號和輸出信號。輸入信號定義如下：系統(tǒng)復位信號：RESET，高電平有效；電梯入口處一層、二層的上樓請求開關：F1UPBUTTION、F2UPBUTTION；電梯入口處二層、三層的下樓請求開關：F2D

6、NBUTTION、F3DNBUTTION；電梯內部到達樓層的停站請求開關：STOPlBUTTION、STOP2BUTTION、STOP3BUTTION。所有輸入信號的規(guī)定為：輸入信號等于1，表示有請求，信號等于0，表示無請求。輸出信號定義如下：電梯外部上升和下降請求指示燈：UPLIGHT和DOWNLIGHT，這些信號與F1UPBUTTION、F2UPBUTTION、F2DNBUTTION、F3DNBUTTION信號相對應；電梯內部乘客到達樓層的停站請求燈：STOPLIGHT，該信號與STOPlBUTTION、STOP2BUTTION、STOP3BUTTION信號相對應；電梯運行模式指示：UDS

7、IG，1代表下降模式，0代表上升模式；電梯所在樓層指示：POSITION，表示電梯在對應樓層；電梯門狀態(tài)指示：DOORLIGHT，1表示開門，0表示關門。 4 程序設計4.1 三層電梯控制器的實體設計首先考慮輸入端口，一個復位端口RESET，用于系統(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，一層不需要有下降請求，三層不需要有上升請求，二層則上升下降請求端口都有；在電梯內部應該有各層的停止請求按鈕；一個電梯時鐘輸入端口，以1秒為周期，用于驅動電梯的上升，下降。開門以及關門動作；另外一個按鍵時鐘輸入端口，頻率要比電梯的高得多在這里要64HZ。其次是輸出端口，有升降請求信號以后，就得有一個

8、輸出端口指示是否被響應，同樣，在電梯內部也應該有輸出端口來顯示各層停留是否響應。在電梯外部需要一個端口來顯示電梯所在的位置，電梯開門，關門狀態(tài)也要用一個端口來顯示；為了觀察電梯的升降狀態(tài)，也要有一個端口來指示電梯的升降狀態(tài)。最后還要顯示開門時間，就要有一個端口來輸出。4.2 三層電梯的控制器設計首先說明一下狀態(tài)。狀態(tài)機設計了10個狀態(tài)，分別是電梯停留在一層（STOPON1），開門（DOOROPEN），關門（DOORCLOSE），開門等待1秒（DOORWAIT1），開門等待2秒（DOORWAIT2），開門等待3秒（DOORWAIT3），開門等待4秒（DOORWAIT4），上升（UP），下降（DO

9、WN），和停止（STOP）。在結構體中，設計兩個進程互相配合，一個是狀態(tài)機進程的主要進程，另一個是信號燈控制進程作為補助的進程。狀態(tài)機進程中的很多判斷條件是以信號燈進程產(chǎn)生的信號為依據(jù)的，而信號燈進程中信號的熄滅又是以狀態(tài)機進程中傳出的CLEARUP，CLEARDN 信號來控制的。在狀態(tài)機進程中，在電梯上升狀態(tài)中，通過對信號燈的判斷，決定下一個狀態(tài)是繼續(xù)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。在信號燈控制進程中，由于使用了專門的頻率比較高的按鍵時鐘，所以按鍵靈敏度增大，但是時鐘頻率不能太高，否則容易按鍵過于靈敏。按下按鍵后產(chǎn)生的點亮的信號燈用于作為

10、狀態(tài)機進程中判斷條件，而CLEARUP和CLEARDN信號為邏輯1時相應的信號燈熄滅。根據(jù)電梯的狀態(tài)變化畫出它的狀態(tài)流程圖如附件14.3 程序的編寫和調試通過4.1和4.2詳細分析，已經(jīng)清楚的弄清程序的基本結構，輸入輸出端口，還有最重要的狀態(tài)機變化。所以就可以編寫程序了，通過多次的排錯和糾正錯誤，調出最終的程序。詳細的源程序和相應的注釋在附件25 下載程序到GW48實驗箱驗證附件2：源程序LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;-輸

11、入輸出口定義ENTITY THREEFLIFT ISPORT(BUTTONCLK: IN STD_LOGIC;LIFTCLK: IN STD_LOGIC;QZSBUTTON: IN STD_LOGIC;RESET: IN STD_LOGIC;F1UPBUTTON:IN STD_LOGIC; -一樓上升請求F2UPBUTTON:IN STD_LOGIC; -二樓上升請求F2DNBUTTON:IN STD_LOGIC; -二樓下降請求F3DNBUTTON:IN STD_LOGIC; -三樓下降請求FUPLIGHT: BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 1); -上升指

12、示燈FDNLIGHT:BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 1); -下降指示燈STOP1BUTTON,STOP2BUTTON,STOP3BUTTON:IN STD_LOGIC;STOPLIGHT: BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 1);posITION: BUFFER INTEGER RANGE 1 TO 3;TIMELIGHT:BUFFER INTEGER RANGE 0 TO 4; -開門時間顯示燈DOORLIGHT:OUT STD_LOGIC;UDSIG: BUFFER STD_LOGIC); - 下降指示燈END THRE

13、EFLIFT;- -ARCHITECTURE ART OF THREEFLIFT ISTYPE LIFT_STATE IS -十個狀態(tài)的定義(STOPON1,DOOROPON,DOORCLOSE,DOORWAIT1,DOORWAIT2,DOORWAIT3,DOORWAIT4,UP,DOWN,STOP);SIGNAL MYLIFT: LIFT_STATE;SIGNAL CLEARUP: STD_LOGIC; -用于清除上升請求信號SIGNAL CLEARDN: STD_LOGIC; -用于清除下降請求信號SIGNAL STOP1: STD_LOGIC; - 用于電梯自動下到一樓BEGIN CTR

14、LIFT: PROCESS(RESET,LIFTCLK)VARIABLE pos: INTEGER RANGE 3 DOWNTO 1;VARIABLE TIM: INTEGER RANGE 5 DOWNTO 0; -用于檢測電梯5秒內無任何請求BEGINIF RESET='1' THEN -初始化時MYLIFT<=STOPON1;CLEARUP<='0'CLEARDN<='0'TIM:=0;ELSE -正常運行時IF LIFTCLK'EVENT AND LIFTCLK='1' THENCASE MYLIF

15、T ISWHEN STOPON1=>DOORLIGHT<='1'posITION<=1; pos:=1;mylift<=doorwait1;when doorwait1=>TIMELIGHT<=1;MYLIFT<=DOORWAIT2;WHEN DOORWAIT2=>CLEARUP<='0'CLEARDN<='0'TIMELIGHT<=2;MYLIFT<=DOORWAIT3;WHEN DOORWAIT3=>MYLIFT<=DOORWAIT4;TIMELIGHT<

16、;=3;WHEN DOORWAIT4=>MYLIFT<=DOORCLOSE;TIMELIGHT<=4;WHEN DOORCLOSE=>DOORLIGHT<='0'TIMELIGHT<=0;-電梯在關門狀態(tài)下執(zhí)行IF UDSIG='0' THEN IF posITION=3 THENIF STOPLIGHT="000" AND FDNLIGHT="000" AND FUPLIGHT="000"THENUDSIG<='1' MYLIFT<=DO

17、ORCLOSE;ELSE UDSIG<='1'TIM:=0;MYLIFT<=DOWN;END IF;ELSIF posITION=2 THENIF STOPLIGHT="000" AND FDNLIGHT="000" AND FUPLIGHT="000"THENUDSIG<='0'TIM:=TIM+1;MYLIFT<=DOORCLOSE;IF TIM=5 THEN STOP1<='1'TIM:=0; -若5秒內無任何請求電梯下到一樓ELSE STOP1<

18、;='0'END IF;ELSIFSTOPLIGHT(3)='1' OR (STOPLIGHT(3)='0' AND FDNLIGHT(3)='1')THENUDSIG<='0'MYLIFT<=UP;TIM:=0;ELSE UDSIG<='1'MYLIFT<=DOWN;TIM:=0;END IF;-ELSIF posITION=1 THEN TIM:=0;STOP1<='0'IF STOPLIGHT="000" AND FDNLIGH

19、T="000" AND FUPLIGHT="000"THEN UDSIG<='0'MYLIFT<=DOORCLOSE;ELSE UDSIG<='0'MYLIFT<=UP;END IF;END IF;-ELSIF UDSIG<='1' THEN IF posITION=1 THEN TIM:=0;STOP1<='0'IF STOPLIGHT="000" AND FUPLIGHT="000" AND FDNLIGHT=&

20、quot;000" THENUDSIG<='0'MYLIFT<=DOORCLOSE;ELSE UDSIG<='0'TIM:=0;MYLIFT<=UP;END IF;ELSIF POSITION=2 THENIFSTOPLIGHT="000" AND FUPLIGHT="000" AND FDNLIGHT="000" THENUDSIG<='1'TIM:=TIM+1;MYLIFT<=DOORCLOSE; IF TIM=5 THEN STOP1&

21、lt;='1' TIM:=0;ELSE STOP1<='0' -若5秒內無任何請求電梯下到一樓END IF;ELSIF STOPLIGHT(1)='1'OR(STOPLIGHT(1)='0' AND FUPLIGHT(1)='1') THENUDSIG<='1'MYLIFT<=DOWN;TIM:=0;ELSE UDSIG<='0'MYLIFT<=UP;TIM:=0;END IF;ELSIF posITION=3 THEN IF STOPLIGHT=&qu

22、ot;000" AND FUPLIGHT="000" AND FDNLIGHT="000" THEN UDSIG<='1'TIM:=TIM+1;MYLIFT<=DOORCLOSE;IF TIM=5 THEN STOP1<='1'TIM:=0; -若5秒內無任何請求電梯下到一樓ELSE STOP1<='0'END IF;ELSE UDSIG<='1'TIM:=0;MYLIFT<=DOWN;END IF;END IF;IF STOPLIGHT=&qu

23、ot;000" AND FUPLIGHT="000" AND FDNLIGHT="000" THENTIM:=TIM+1;ELSE TIM:=0;IF TIM=2 THEN IF POSITION=1 THENTIM:=0;ELSE TIM:=0;STOP1<='1'END IF;END IF;END IF;END IF;-當電梯在上升狀態(tài)時執(zhí)行WHEN UP=>posITION<=posITION+1;pos:=pos+1;IF pos<3 AND(STOPLIGHT(pos)='1'

24、OR FUPLIGHT(pos)='1')THEN MYLIFT<=STOP;ELSIF POS>1 AND(STOPLIGHT(POS)='1'OR FDNLIGHT(POS)='1')THEN MYLIFT<=STOP;ELSE MYLIFT<=DOORCLOSE;END IF;-當電梯在下降狀態(tài)時執(zhí)行WHEN DOWN=>posITION<=posITION-1;pos:=pos-1;IF pos>1 AND(STOPLIGHT(pos)='1' OR FDNLIGHT(pos)=&

25、#39;1')THEN MYLIFT<=STOP;ELSIF POS=1 AND(STOPLIGHT(POS)='1'OR FUPLIGHT(POS)='1')THEN MYLIFT<=STOP;ELSE MYLIFT<=DOORCLOSE;END IF;-當電梯在停止狀態(tài)下執(zhí)行WHEN STOP=>MYLIFT<=DOOROPON;WHEN DOOROPON=>DOORLIGHT<='1'IF UDSIG='0' THENIF posITION<=2 AND (STOPLI

26、GHT(posITION)='1' OR FUPLIGHT(posITION)='1') THENCLEARUP<='1'ELSE CLEARUP<='1' CLEARDN<='1'END IF;ELSIF UDSIG='1'THEN IF posITION>=2 AND (STOPLIGHT(posITION)='1' OR FDNLIGHT(posITION)='1') THENCLEARDN<='1'ELSE CLEARUP<='1'CLEARDN<='1'END IF;END IF;MYLIFT<=DOORWAIT1;END CASE;END IF;END IF;END PROCESS CTRLIFT;-CTRLIGHT: PROCESS(RESET,BUTTONCLK)BEGINIF RESET='1'THEN -正常運行時復位按下STO