六層電梯設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上VHDL數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)與測(cè)試 學(xué) 院 通信工程學(xué)院 學(xué) 號(hào) 題 目 六層電梯設(shè)計(jì) 姓 名 一、設(shè)計(jì)要求與功能 1.設(shè)計(jì)要求（1）完成6個(gè)樓層多用戶(hù)的載客服務(wù)控制。 （2）對(duì)于載客請(qǐng)求，遵循同向優(yōu)先的原則。   （3）能夠響應(yīng)提前關(guān)電梯門(mén)和延時(shí)關(guān)電梯門(mén)的請(qǐng)求。   （4）顯示電梯的運(yùn)行情況，樓層運(yùn)行方向。2.設(shè)計(jì)功能本文涉及了一個(gè)六層電梯控制系統(tǒng)，基本功能如下：(1)每層電梯入口處設(shè)有上下請(qǐng)求開(kāi)關(guān)，電梯內(nèi)設(shè)有顧客到達(dá)層次的停站請(qǐng)求開(kāi)關(guān)。(2)設(shè)有電梯入口處位置指示裝置及電梯運(yùn)行模式(上升或下降

2、)指示裝置。(3)電梯每秒升(降)一層樓。(4)電梯到達(dá)有停站請(qǐng)求的樓層，經(jīng)過(guò)1秒電梯門(mén)打開(kāi)，開(kāi)門(mén)指示燈亮，開(kāi)門(mén)4秒后，電梯門(mén)關(guān)閉(開(kāi)門(mén)指示燈滅)，電梯繼續(xù)進(jìn)行，直至執(zhí)行完最后一個(gè)請(qǐng)求信號(hào)后停留在當(dāng)前層。(5)能記憶電梯內(nèi)外所有請(qǐng)求，并按照電梯運(yùn)行規(guī)則按順序響應(yīng)，每個(gè)請(qǐng)求信號(hào)保留至執(zhí)行后消除。(6)電梯運(yùn)行規(guī)則：當(dāng)電梯處于上升模式時(shí)，只響應(yīng)比電梯所在位置高的上樓請(qǐng)求信號(hào)，由下而上逐個(gè)執(zhí)行，直到最后一個(gè)上樓請(qǐng)求執(zhí)行完畢；如果高層有下樓請(qǐng)求，則直接升到由下樓請(qǐng)求的最高層，然后進(jìn)入下降模式。當(dāng)電梯處于下降模式時(shí)則與上升模式相反。（8）人數(shù)超載或超重用一按鈕代替，高電平有效，超載時(shí)電梯不能運(yùn)行，并有相

3、應(yīng)指示。 （9）事故報(bào)警按鈕高電平有效，事故報(bào)警不能運(yùn)行，并有指示燈，信號(hào)保留至事故消除(10)電梯初始狀態(tài)為一層開(kāi)門(mén)狀態(tài)。二、總體設(shè)計(jì)方案控制器的功能模塊如圖1所示，包括主控制器、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(dá)的樓層，通過(guò)主控制器的處理，電梯開(kāi)始運(yùn)行，狀態(tài)顯示器顯示電梯的運(yùn)行狀態(tài)，電梯所在樓層數(shù)通過(guò)譯碼器譯碼從而在樓層顯示器中顯示。由于其他模塊相對(duì)簡(jiǎn)單很多，所以主控制器是核心部分。 圖1 總體設(shè)計(jì)方案三、設(shè)計(jì)思路電梯控制器運(yùn)用狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)方法，思路比較清晰?？梢詫㈦娞莸却拿棵腌娨约伴_(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)都看成一個(gè)獨(dú)立的狀態(tài)。由于電梯又是每秒上升或下降一層

4、，所以就可以通過(guò)一個(gè)統(tǒng)一的1秒為周期的時(shí)鐘來(lái)觸發(fā)狀態(tài)機(jī)。根據(jù)電梯的實(shí)際工作情況，可以把狀態(tài)機(jī)設(shè)置7個(gè)狀態(tài)，分別是“電梯停留在第1層”、“開(kāi)門(mén)”、“關(guān)門(mén)”、“開(kāi)門(mén)等待4秒”、“上升”、“下降”和“停止?fàn)顟B(tài)”。各個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換條件可由上面的設(shè)計(jì)要求所決定。各狀態(tài)機(jī)之間轉(zhuǎn)換圖如圖2： 圖2狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)換圖四、原理圖說(shuō)明電梯控制器為其中的核心部件，控制其電梯的運(yùn)行情況，而其控制則由按鈕來(lái)決定，通過(guò)按鈕指示燈判斷電梯的工作狀態(tài)及顯示其運(yùn)行情況。當(dāng)按鈕為高電平時(shí)，電梯開(kāi)始工作，并通過(guò)按鈕信號(hào)燈決定電梯的運(yùn)行。電梯所處位置顯示通過(guò)譯碼器，再通過(guò)數(shù)據(jù)選擇器顯示到數(shù)碼管上。udsig和doorlight顯示電梯門(mén)

5、和電梯的狀態(tài)。stoplight6.1 fuplight6.1 fdnlight6.1 顯示按鈕指示。Reset按鈕使電梯恢復(fù)到初始位置。樓層position變化相應(yīng)的數(shù)碼管也跟著變。其頂層原理圖如圖3：圖3頂層原理圖各功能模塊如下：1） 電梯主控制模塊電梯控制器為其中的核心部件，控制其電梯的運(yùn)行情況，而其控制則由按鈕來(lái)決定，通過(guò)按鈕指示燈判斷電梯的工作狀態(tài)及顯示其運(yùn)行情況。 圖4 電梯主控制模塊電梯主控制模塊端口說(shuō)明：buttonclk 按鈕時(shí)鐘信號(hào) liftclk 電梯時(shí)鐘信號(hào) reset 復(fù)位鍵 f1upbutton 一樓上樓按鈕 f2upbutton 二樓上樓按鈕 f3upbutton

6、 三樓上樓按鈕f4upbutton 四樓上樓按鈕 f5upbutton 五樓上樓按鈕f2dnbutton 二樓下樓按鈕 f3dnbutton 三樓下樓按鈕f4dnbutton 四樓下樓按鈕 f5dnbutton 五樓下樓按鈕 f6dnbutton 六樓下樓按鈕 stop1button 電梯內(nèi)部一樓按鈕stop2button 電梯內(nèi)部二樓按鈕 stop3button 電梯內(nèi)部三樓按鈕stop4button 電梯內(nèi)部四樓按鈕 stop5button 電梯內(nèi)部五樓按鈕stop6button 電梯內(nèi)部六樓按鈕 fuplight6.1 每樓層上升指示燈fdnlight6.1 每樓層下降指示燈 stopl

7、ight6.1 電梯內(nèi)部樓層指燈 position2.0 樓層位置顯示 doorlight 電梯門(mén)狀態(tài)顯示 udsig 電梯上升下降顯示2）分頻器模塊通過(guò)分頻器將高頻轉(zhuǎn)換為低頻，即buttonclk，通過(guò)此時(shí)鐘信號(hào)控制電梯信號(hào)燈。當(dāng)按鈕為高電平時(shí)，電梯開(kāi)始工作，并通過(guò)按鈕信號(hào)燈決定電梯的運(yùn)行。 圖5 分頻器模塊模塊端口說(shuō)明：clk_in 電源輸入端 div_out 分頻后時(shí)鐘輸出端3） 譯碼器模塊 圖6譯碼器模塊aaa2.0 樓層位置輸出端 bbb3.0 譯碼輸出端4）數(shù)據(jù)選擇器模塊 圖 7 數(shù)據(jù)選擇器模塊數(shù)據(jù)選擇器將譯碼器輸出顯示到數(shù)碼管上，來(lái)表示電梯所處層數(shù)數(shù)據(jù)選擇器模塊端口說(shuō)明：inpu

8、t3.0 譯碼器輸入端 output6.0 數(shù)據(jù)選擇器輸出端五、源代碼電梯程序：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;use ieee.std_logic_arith.all;entity sixlift isport( buttonclk:in std_logic; -按鈕時(shí)鐘信號(hào) liftclk: in std_logic; -電梯時(shí)鐘信號(hào) reset:in std_logic; -復(fù)位鍵 f1upbutton:in std_logic; -一樓上升按鈕 f2upbutton:in

9、std_logic; -二樓上升按鈕 f3upbutton:in std_logic; -三樓上升按鈕 f4upbutton:in std_logic; -四樓上升按鈕 f5upbutton:in std_logic; f2dnbutton:in std_logic; -二樓下降按鈕 f3dnbutton:in std_logic; -三樓下降按鈕 f4dnbutton:in std_logic; -四樓下降按鈕 f5dnbutton:in std_logic; -五樓下降按鈕 f6dnbutton:in std_logic; -六樓下降按鈕 fuplight:buffer std_logic

10、_vector(6 downto 1); -上升指示燈 fdnlight:buffer std_logic_vector(6 downto 1); -下降指示燈 stop1button,stop2button,stop3button, stop4button, stop5button, stop6button:in std_logic; -電梯內(nèi)部按鈕 stoplight:buffer std_logic_vector(6 downto 1); -內(nèi)部停止指示燈 position:buffer integer range 1 to 6; -樓層位置顯示 doorlight:out std_lo

11、gic; -電梯門(mén)指示燈 1 開(kāi) 0關(guān) udsig:buffer std_logic ); -0處于上升模式，1處于下降模式 end sixlift;architecture art of sixlift is type lift_state is (stopon1,dooropen,doorclose,doorwait4,up,down,stop); -電梯所處的7個(gè)狀態(tài)signal mylift:lift_state; -內(nèi)部電梯狀態(tài)信號(hào)signal clearup:std_logic; -上升清除信號(hào) signal cleardn:std_logic; -下降清除信號(hào) begincont

12、rollift:process(reset,liftclk) variable pos:integer range 1 to 6; -樓層位置變量 beginif reset='1' then mylift<=stopon1; -起始狀態(tài) clearup<='0' -上樓信號(hào)清除 cleardn<='0' -下樓信號(hào)清除 pos:=1; -處于一樓 position<=1; -處于一樓else if liftclk'event and liftclk='1' then -四秒后門(mén)關(guān) case myl

13、ift is when stopon1 => doorlight<='1' -電梯門(mén)開(kāi) position<=1; -電梯處于一樓 pos:=1; mylift<=doorwait4; when doorwait4 => mylift<=doorclose; when doorclose => doorlight<='0' -電梯門(mén)關(guān) if udsig='0' then -電梯處于上升模式 if position=6 then if stoplight="" and fupligh

14、t="" and fdnlight="" then udsig<='1'mylift<=doorclose; else udsig<='1'mylift<=down; end if; elsif position=5 then if stoplight="" and fuplight="" and fdnlight="" then udsig<='0'mylift<=doorclose; elsif stopli

15、ght(6)='1' or fdnlight(6)='1' then udsig<='0'mylift<=up; else udsig<='1'mylift<=down; end if; elsif position=4 then if stoplight="" and fuplight="" and fdnlight="" then udsig<='0'mylift<=doorclose; elsif stopligh

16、t(5)='1' or stoplight(6)= '1' or fdnlight(6)='1' or fdnlight(5)='1' then udsig<='0'mylift<=up; else udsig<='1'mylift<=down; end if; elsif position=3 then if stoplight="" and fuplight="" and fdnlight="" then uds

17、ig<='0'mylift<=doorclose; elsif stoplight(4)='1' or stoplight(5)='1' or stoplight(6)= '1' or fdnlight(6)='1' or fdnlight(5)='1' or fdnlight(4)='1' then udsig<='0'mylift<=up; else udsig<='1'mylift<=down; end if;

18、 elsif position=2 then if stoplight="" and fuplight="" and fdnlight="" then udsig<='0'mylift<=doorclose; elsif stoplight(3)='1' or stoplight(4)='1' or stoplight(5)='1' or stoplight(6)= '1' or fdnlight(6)='1' or fdnli

19、ght(5)='1' or fdnlight(4)='1' or fdnlight(3)='1' then udsig<='0'mylift<=up; else udsig<='1'mylift<=down; end if; elsif position=1 then if stoplight="" and fuplight="" and fdnlight="" then udsig<='0'mylift<

20、;=doorclose; else udsig<='0'mylift<=up; end if; end if; elsif udsig='1' then if position=1 then if stoplight="" and fuplight="" and fdnlight="" then udsig<='0'mylift<=doorclose; else udsig<='0' mylift<=up; end if; elsif

21、position=2 then if stoplight="" and fuplight="" and fdnlight="" then udsig<='1'mylift<=doorclose; elsif stoplight(1)='1' or fuplight(1)='1' then udsig<='1'mylift<=down; else udsig<='0' mylift<=up; end if; elsif p

22、osition=3 then if stoplight="" and fuplight="" and fdnlight="" then udsig<='1'mylift<=doorclose; elsif stoplight(1)='1' or stoplight(2)='1' or fuplight(1)='1' or fuplight(2)='1' then udsig<='1'mylift<=down; els

23、e udsig<='0' mylift<=up; end if; elsif position=4 then if stoplight="" and fuplight="" and fdnlight="" then udsig<='1'mylift<=doorclose; elsif stoplight(1)='1' or stoplight(2)='1' or stoplight(3)='1' or fuplight(1)=

24、9;1' or fuplight(2)='1' or fuplight(3)='1' then udsig<='1'mylift<=down; else udsig<='0' mylift<=up; end if; elsif position=5 then if stoplight="" and fuplight="" and fdnlight="" then udsig<='1'mylift<=doorclo

25、se; elsif stoplight(1)='1' or stoplight(2)='1' or stoplight(3)='1' or stoplight(4)='1' or fuplight(1)='1' or fuplight(2)='1' or fuplight(3)='1' or fuplight(4)='1' then udsig<='1'mylift<=down; else udsig<='0' myl

26、ift<=up; end if; elsif position=6 then if stoplight="" and fuplight="" and fdnlight="" then udsig<='1'mylift<=doorclose; else udsig<='1' mylift<=down; end if; end if; end if; when up => position<=position+1;pos:=pos+1; if position &l

27、t;6 and( stoplight(pos)='1' or fuplight(pos)='1') then mylift<=stop; elsif pos=6 and (stoplight(pos)='1' or fdnlight(pos)='1') then mylift<=stop; else mylift<=doorclose; end if; when down => position<=position-1; pos:=pos-1; if position>1 and (stopli

28、ght(pos)='1' or fdnlight(pos)='1') then mylift<=stop; elsif pos=1 and (stoplight(pos)='1' or fuplight(pos)='1') then mylift<=stop; else mylift<=doorclose;end if; when stop => mylift<=dooropen; when dooropen => doorlight<='1'if udsig='0

29、' thenif position<6 and (stoplight(position)='1' or fuplight(position)='1') then clearup<='1'else clearup<='1'cleardn<='1'end if; elsif udsig='1' thenif position>1 and (stoplight(position)= '1' or fdnlight(position)='1

30、9;) then cleardn<='1'else clearup<='1'cleardn<='1' end if;end if;mylift<=doorwait1; end case; end if; end if;end process controllift;controllight:process(reset,buttonclk) begin if reset='1' then stoplight<="" fuplight<=""fdnlight&

31、lt;="" elsif buttonclk'event and buttonclk='1' then if clearup='1' then stoplight(position)<='0'fuplight(position)<='0' elsif f1upbutton='1' then fuplight(1)<='1' elsif f2upbutton='1' then fuplight(2)<='1' elsi

32、f f3upbutton='1' then fuplight(3)<='1' elsif f4upbutton='1' then fuplight(4)<='1' elsif f5upbutton='1' then fuplight(5)<='1' end if; if cleardn='1' then stoplight(position)<='0' fdnlight(position)<='0' elsif f2dnb

33、utton='1' then fdnlight(2)<='1' elsif f3dnbutton='1' then fdnlight(3)<='1' elsif f4dnbutton='1' then fdnlight(4)<='1' elsif f5dnbutton='1' then fdnlight(5)<='1' elsif f6dnbutton='1' then fdnlight(6)<='1' e

34、nd if; if stop1button='1' then stoplight(1)<='1' elsif stop2button='1' then stoplight(2)<='1' elsif stop3button='1' then stoplight(3)<='1' elsif stop4button='1' then stoplight(4)<='1' elsif stop5button='1' then stopl

35、ight(5)<='1' elsif stop6button='1' then stoplight(6)<='1' end if; end if;end process controllight;end art;分頻器程序：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity div is port( clk_in:in std_logic; div_out:out std_logic);end;architecture a of

36、 div is signal fre_N:integer range 0 to 10;signal clk_tmp:std_logic;begin div_out<=clk_tmp;process(clk_in)begin if falling_edge(clk_in) then if fre_N>10 then fre_N<=0; clk_tmp<=not clk_tmp; else fre_N<=fre_N+1; end if; end if; end process;end a;譯碼器程序：library ieee;use ieee.std_logic_11

37、64.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity yima isport( aaa:integer range 1 to 6; bbb:out std_logic_vector(3 downto 0);end;architecture a of yima isbeginprocess(aaa)begin if aaa=1 then bbb<="0001" elsif aaa=2 then bbb<="0010" elsif aaa=3 then bbb<="0011" els

38、if aaa=4 then bbb<="0100" elsif aaa=5 then bbb<="0101" elsif aaa=6 then bbb<="0110"end if;end process;end a;數(shù)據(jù)選擇器程序：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity led is port( input:in std_logic_vector(3 downto 0); output:out std_logic_vector(6 downto 0);end;a

39、rchitecture a of led is begin output<="" when input="0001" else "" when input="0010" else "" when input="0011" else "" when input="0100" else "" when input="0101" else "" when input="

40、;0110" else ""end a;五、仿真結(jié)果與說(shuō)明1.各模塊仿真分析（1） 電梯控制模塊a. 電梯報(bào)警的情形電梯在超載的時(shí)候發(fā)出警報(bào)信號(hào)同時(shí)不進(jìn)行關(guān)門(mén)動(dòng)作直至報(bào)警解除，同時(shí)從波形圖可以看到延時(shí)關(guān)門(mén)和提前關(guān)門(mén)信號(hào)的作用圖8 情況ab.當(dāng)電梯停在初始狀態(tài)時(shí)，高層有上升的請(qǐng)求圖9所示仿真的是在第2層電梯外部有上升請(qǐng)求，也就是f2upbuttton信號(hào)的一個(gè)脈沖，可以看到電梯從一層上升到五層，position信號(hào)由1變到2，doorlight信號(hào)1表示開(kāi)門(mén)，0表示關(guān)門(mén)。當(dāng)乘客進(jìn)入電梯以后，在電梯內(nèi)部要求上升到第三層，也就是stop3button產(chǎn)生一個(gè)脈沖，電梯上

41、升到第3層，開(kāi)門(mén)4秒以后關(guān)門(mén)，停留在第三層，position最后的值為3。在仿真圖中看不到buttonclk，只顯示為一條黑色的線(xiàn)，是因?yàn)椴捎昧祟l率較大的時(shí)鐘。再看fuplight信號(hào)燈，當(dāng)五層有上升請(qǐng)求的時(shí)候，它的值由0變到16。(注意fuplight和fdnlight是6位的二進(jìn)制向量，這里的“”，表示五層有請(qǐng)求；“”也就是4，表示三層有請(qǐng)求)。當(dāng)電梯停留到第二層以后，表明該請(qǐng)求被響應(yīng)，所以它的值變?yōu)?，由于沒(méi)有下降請(qǐng)求信號(hào)，所以fdnlight信號(hào)燈的值一直都為0。當(dāng)電梯處于第二層時(shí)，udsig=0,即此時(shí)若沒(méi)有其他請(qǐng)求，電梯處于上升模式；當(dāng)stop6button=1，即電梯內(nèi)部按了三層

42、請(qǐng)求時(shí)，電梯門(mén)燈滅電梯開(kāi)始上升udsig=0,即處于上升模式10，抵達(dá)三層時(shí)，udsig=即無(wú)論什么請(qǐng)求電梯都開(kāi)始下降，且doorlight=1,即燈亮，電梯門(mén)開(kāi)。四秒之后燈滅，電梯門(mén)關(guān)。圖9 情況bc.當(dāng)電梯停在初始狀態(tài)時(shí)，高層有下降的請(qǐng)求圖10是有下降請(qǐng)求的情況，它是圖7的繼續(xù)，即當(dāng)電梯停留在第一層的時(shí)候，假設(shè)在電梯外第四層有下降請(qǐng)求，這時(shí)候fdnlight信號(hào)燈由0變?yōu)?，說(shuō)明第四層有下降請(qǐng)求。電梯下降到第四層，響應(yīng)了下降請(qǐng)求，所以fdnlight信號(hào)燈清0。電梯開(kāi)始下降，即udsig=1，抵達(dá)四樓后電梯門(mén)開(kāi)，doorlight=1, 這時(shí)候，在電梯內(nèi)部有一樓向上請(qǐng)求，接著電梯內(nèi)部有三樓

43、的請(qǐng)求，所以電梯繼續(xù)下降，到達(dá)三層后，電梯門(mén)開(kāi)，四秒后電梯門(mén)關(guān)，又因?yàn)橐粯怯姓?qǐng)求所以最終到達(dá)一樓停止響應(yīng)，position信號(hào)的值保持在1，電梯處于上升模式。四秒后電梯門(mén)關(guān)。 圖10 情況cd. 當(dāng)電梯處于初始狀態(tài)時(shí)，電梯在高層有向下和低層有上升同時(shí)的請(qǐng)求圖10所示的仿真，原先電梯停留在第一層，電梯外第四層有下降請(qǐng)求，電梯上升到四層，乘客進(jìn)入電梯以后要求下降到一層，此時(shí)，二層有下降請(qǐng)求，接著又有上升請(qǐng)求，電梯首先在二層停留。然后下降到一層。隨后要響應(yīng)二層上升請(qǐng)求，上升到二層，乘客進(jìn)入電梯以后要求上升到三層，所以電梯最后的停留位置在三層。 圖11 情況d（2） 譯碼器模塊本模塊的主要功能是將10進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成4位二進(jìn)數(shù)。當(dāng)輸入信號(hào)aaa=1時(shí)，輸出bbb=0001;當(dāng)輸入信號(hào)aaa=2時(shí)，輸出bbb=0010；當(dāng)輸入信號(hào)aaa=3時(shí)，輸出bbb=0011;當(dāng)輸入信號(hào)aaa=4時(shí)，輸出bbb=0100；當(dāng)輸入信號(hào)aaa=5時(shí)，輸出bbb=0101；當(dāng)輸入信號(hào)aaa=6時(shí)，輸出bbb=0110；其他都為0000；仿真波形如圖12 圖12 譯碼器仿真波形（3） 數(shù)據(jù)選擇模塊此模塊的功能是根據(jù)輸入不同的數(shù)據(jù)輸出不同的數(shù)據(jù)，即由輸入定輸出，輸出量通過(guò)數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)。當(dāng)input=0001時(shí)， 輸出 ， 數(shù)碼