三層電梯控制電路設計

1、三層電梯控制電路設計一. 設計要求1. 每層電梯入口處設有上下請求開關，電梯內(nèi)設有顧客到達層次的停站請求開關。2. 設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. 電梯每秒升（降）一層樓。4. 電梯到達有停站請求的樓層，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)進行，直至執(zhí)行完最后一個請求信號后停留在當前層。5. 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，每個請求信號保留至執(zhí)行后消除。6. 電梯運行規(guī)則一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，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

2、下樓請求，則相反。7. 電梯初始狀態(tài)為一層開門狀態(tài)。二. 設計目的電梯控制器是控制電梯按顧客要求自動上下的裝置。本文采用VHDL語言來設計實用三層電梯控制器，其代碼具有良好的可讀性和易理解性，通過對三層電梯控制器的設計，可以發(fā)現(xiàn)本設計有一定的擴展性，而且可以作為更多層電梯控制器實現(xiàn)的基礎。三. 控制器的設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顯示。分控制器把有效的請求傳給主控制器進行處理，同

3、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.電梯控制器原理圖三層電梯控制器的結(jié)構(gòu)體設計首先說明一下狀態(tài)。狀態(tài)機設置了10個狀態(tài)，分別是電梯停留在I層(stoponl)、開門(dooropen)、關門(doorclose)、開門等待第1秒(doorwaitl)、開門等待第2秒(doorwait2)、開門等待第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。在結(jié)構(gòu)體中，設計

4、了倆個進程互相配合，一個是狀態(tài)機進程作為主要進程，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。本設計需要完成的任務是編寫VHDL弋碼來模擬現(xiàn)實中的三層電梯工作。在點陣上顯示電梯所在的樓層，當其它樓層有

5、上或下的請求信號時，表示該樓層上或下的綠色或黃色指示燈亮，電梯開始上或下運行，當?shù)竭_該樓層時，表示該樓層上或下的綠色或黃色指示燈滅，表示到達該樓層的紅色指示燈亮，點陣顯示樓層數(shù)，紅色指示燈滅。五.vhdl源程序libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.stdogic_arith.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entityelevatorisport(clk:instdogic;-ClockSignalk1,k2u,k2d,k3instd_logic;-Pushbuttond1,d2u,d2d,d3:ou

6、tstdogic;-Ledofeveryfloordoor1,door2,door3:bufferstd_logic;-doorledr0,r1,r2,r3,r4,r5,r6,r7outstdogic;-7segmentdriversa,sb,scoutstdogic);-DisplaySelectendelevator;architecturebehaveofelevatorissignalstate1,state3:stdogic;signalstate2u,state2d:std_logic;signaldoorflag:std_logic;signaludflag,runflag:st

7、d_logic;-upanddownflag,runflagsignaldcount:stdogic_vector(2downto0);-displaycountersignaldisplay:std_logic_vector(7downto0);signallocation:std_logic_vector(1downto0);signalwcount:std_logic_vector(10downto0);-waitcountersignalcounterdoorcountstdogic_vector(9downto0);-doorsignalcol1,col2,col3,col4,col

8、5,col6:std_logic_vector(7downto0);beginprocess(clk)-judgethekeyisorisnotbeenpushedbeginif(clk'eventandclk='1')thenif(k1='0'anddoor1='0')thenstate1<='1'd1<='1'elsif(location=0andwcount=0)thend1<='0'if(doorcount=1020)thenstate1<='0

9、9;endif;endif;if(k2u='O'anddoor2='0')thenstate2u<='1'd2u<='1'elsif(location=1andudflag='1'andwcount=0)thend2u<='0'if(doorcount=1020)thenstate2u<='0'endif;endif;if(k2d='0'anddoor2='0')thenstate2d<='1'd2d<

10、;='1'elsif(location=1andudflag='0'andwcount=0)thend2d<='0'if(doorcount=1020)thenstate2d<='0'endif;endif;if(k3='O'anddoor3='0')thenstate3<='1'd3<='1'elsif(location=2andwcount=O)thend3<='0'if(doorcount=1020)thenstat

11、e3<='0'endif;endif;endif;endprocess;process(clk)beginif(clk'eventandclk='1')thenif(location=0)then-display1col1<="00000001"col2<="00100001"col3<="01111111"col4<="11111111"col5<="00000001"col6<="00000001&q

12、uot;elsif(location=1)then-display2col1<="01100011"col2<="11100111"col3<="10001101"col4<="10011001"col5<="11110011"col6<="01100111"elsif(location=2)then-display3col1<="01000010"col2<="11011011"col3

13、<="10011001"col4<="10011001"col5<="11111111"col6<="01100110"endif;endif;endprocess;process(clk)-accumulatedcountbeginif(clk'eventandclk='1')thendcount<=dcount+1;endif;endprocess;process(clk)beginif(clk'eventandclk='1')the

14、nsa<=dcount(0);sb<=dcount(1);sc<=dcount(2);casedcountiswhen"111"=>display<="00000000"whenothers=>display<="00000000"endcase;endif;endprocess;process(clk)-Inthisprocess,a,b,c,d,e,f,ganddotwilloutputbeginif(clk'eventandclk='1')thenr0<=d

15、isplay(7);r7<=display(0);endif;endprocess;endbehave;注釋：1. 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。本設計采用了STD_LOGIC_1164、STD_LOGIC_ARITH、STD_LOGIC_UNSIGNED程序包。圖2.三層電梯控制器的vhdl描述2. 以關鍵詞ENTITY引導，ENDENTITYthreeflift結(jié)尾的語句部分，稱為實體。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)。本設計定義了關于三層電梯控制器用到的各類

16、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。3. 以關鍵詞ARCHITECTURE弓I導，ENDARCHITECTUREa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)。本設計定義了IO個狀態(tài)。描述了在三層電梯中出現(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。六. 三層電梯控制器模塊原理圖圖3.三

17、層電梯控制器模塊原理圖七. 三層電梯控制器的仿真模塊1. 下圖所示仿真的是在第二層電梯外部有上升請求，也就是f2upbuttton信號的一個脈沖，可以看到電梯從一層上升到二層，position信號由1變到2,doorlight信號1'表示開門，0'表示關門。當乘客進入電梯以后，在電梯內(nèi)部要求上升到第三層，也就是stop3button產(chǎn)生一個脈沖，電梯上升到第3層，開門4秒以后關門，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，是因為采用了頻率較大的時鐘。再看fuplight信號燈，當二層有上升請求的時候，它的值由0變到2。

18、（注意fuplight和fdnlight是3位的二進制向量，這里的2代表“010”，表示二層有請求；“100”也就是4，表示三層有請求）。當電梯停留到第二層以后，表明該請求被響應，所以它的值變?yōu)?,由于沒有下降請求信號，所以fdnlight信號燈的值一盲都為O。Mimi#-1*!buttonOur-kflJhW-Il訶Wig9-科轉(zhuǎn)IZEP""&曲$第眄f"QjpCMHm伽f上Im74mli«7”扛4u>kiyt*JTtlwqltl世*砂和暉圖4.有上升請求的仿真波形.2. 是有下降請求的情況，它是圖4的繼續(xù)，當電梯停留在第三層的時候，在電

19、梯外第二層有下降請求，這時候fdnlight信號燈由0變?yōu)?,說明第二層有下降請求。電梯下降到第二層，響應了下降請求，所以fdnlight信號燈清0。這時候，在電梯內(nèi)部沒有停留在哪層的請求，所以電梯就停留在第二層，position信號的值保持在2。I*-HF-礦耳鼻*憾片Y桔屮甸-冷圖5有下降請求的仿真波形3. 同時有上升和下降請求信號時，電梯的運行情況如圖6所示。圖6仿真的情況是，原先電梯停留在第一層，這時候電梯外第三層有下降請求，電梯上升到第三層，乘客進入電梯以后要求下降到一層，與此同時，在電梯外第二層有上升請求，電梯首先要響應下降請求然后再響應這個上升請求，所以電梯得先下降到一層，然后再

20、上升到第二層來，這是符合常理的。從仿真的波形看，電梯的位置變化和想象是一致的。電梯的運行情況完全正確。最后乘客在電梯內(nèi)部要求上升到三層，所以電梯最后的停留位置為三層。4. 圖7所示的仿真，原先電梯停留在第一層，電梯外第三層有下降請求，電梯上升到三層，乘客進入電梯以后要求下降到一層，此時，二層有下降請求，接著又有上升請求，電梯首先在二層停留。然后下降到一層。隨后要響應二層上升請求，上升到二層，乘客進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。thjriMMLbIT-.*i'EHS-JhtjiiwVlip?biLAT-LMSf-flbTU-n*ib£nfnn1DP*®亞血血血紳軻巾巾*9QQi»>-11一”A-oME*dVIll.2嚴uinnnnnnnnnfULnjuuuijv叫yjuui肌血uuinjinw山iur圖7.復雜情況下請求信號的仿真波形八. 設計的擴展性在本設計中