EDA电梯控制器的

EDA电梯控制器的设计与分析学院电子信息工程学院系电子系班级 08电信本一班姓名李诚科学号 80514066 指导老师肖老师日期 2010/12/15EDA电梯控制器的设计与分析基于FPGA的自动升降电梯控制系统设计(VHDL)☆.基于FPGA的自动升降电梯控制系统设计(VHDL)☆(任务书,开题报告,中期检查报告表,毕业论文,25000字,程序)摘要该设计是一个基于FPGA的自动升降电梯控制系统。

它的设计是采用VHDL硬件描述语言使用EDA技术在Quartus II软件平台上设计完成的〖资料来源:毕业设计(论文)网〗调试并且时序仿真通过后再下载到开发板上调试通过。

这个系统分为4个模块：外部数据采集模块、信号存储模块、中央处理控制模块、信号显示模块。

中央处理模块采用状态机的方式来完成的。

电梯的运行和停止过程包括8个状态：上升、下降、停止、开门、关门、等待、超载以及故障。

其中上升和下降过程又分别包含1到6楼六个子状态。

通过不同条件的改变来控制状态之间的变换。

这些条件的改变是通过对一些输入输出和寄存器信号的变化来完成的。

这些信号包括每个楼层的上升、下降、楼层请求、运动方向显示、楼层显示等信号。

所以设计了数据采集和存储模块来采集并存储这些信号。

信号显示模块的设计体现在电梯每进入一种状态就会有相应的输出和显示。

关键词：Quartus II，FPGA，VHDL，状态机ABSTRACT .The design is an FPGA-based control system for automatic elevators.It is designed using VHDL hardware description language and the technology of EDA,and employing Quartus II EDA software platform to design , debugging, and timing simulation and then downloaded to the development board for debugging.The system is divided into four modules: external data acquisition module, signal storage module, a central processing control module, the signal display module.Central processing module uses the state machine approach to completion.The elevator 's process of operation and stop the includes eight states: up, down, stop, open, closed, waiting, overload and breakdown.Inside,Rise and fall states also contain 1-6 floor six sub-state.The changes of different conditions result in the transformation among the state.Changes of these conditions is resulted from a number of input or output or register signal convert .These signals include the rise or fall of each floor, floor request, the motion direction display, floor display signal and so on.Therefore the data collection and storage module is designed to collect and store these signals.Signal display module designed is embodied that if the elevator enter into a state ,there will be corresponding outputs and displays..Keywords: Quartus II, VHDL, FPGA, state machine电梯控制系统总体设计该电梯控制系统的设计包括四个模块：外部信号高速采集模块、信号存储模块、中央处理控制模块、信号显示模块。

外部信号高速采集模块和存储模块的设计需求。

外部用户的请求包括：电梯外部1楼到5楼的上升请求，2到6楼的下降请求，电梯内部1到6楼的请求。

提前开门、延时关门开关。

这些信号的检测是通过时钟信号的触发完成的，所以要及时得将这些信号采集并存储好。

所以需要定义一些寄存器信号单元来存储这些请求数据。

中央处理控制模块的设计需求。

它的主要功能是：（1）完成六个楼层多用户的载客服务控制；（2）电梯运行时显示电梯的运行方向和所在的楼层；（3）当电梯到达选择的楼层时，电梯自动开门；(4)具有提前关门和延时关门的功能；（5）响应分控器的有效请求，如果到达有请求的楼层，电梯自动开门。

所以在这个模块的设计过程中需要设计电梯的运行方向和所在楼层的显示信号，开关门使能信号，提前关门和延时关门信号，上升下降使能信号，超载、故障等报警信号等等。

信号显示模块设计需求。

结合电梯的基本功能，需要显示给外界用户看的信号有：电梯内和电梯外上升下降的请求信号、到达的楼层数信号，电梯的运动方向，电梯门的开与关信号等等。

〖毕业设计(论文)咨询QQ：306826066〗硬件需求：1．CPU：Interl(R) Pentium(R)1.60GHz2．内存：256MB及以上3. Create-FPGA/SOPC-EB实验开发箱4. Create-FPGA/SOPC-EB开发板和核心主板1.5.2 软件需求：1．操作系统版本：Windows XP /2003Server2．Quartus II 6.0一、摘要随着社会的发展，电梯的使用越来越普遍，已从原来只在商业大厦、宾馆使用，过渡到在办公楼、居民楼等场所使用，并且对电梯功能的要求也不断提高，相应地其控制方式也在不停地发生变化。

对于电梯的控制，传统的方法是使用继电器—接触器控制系统进行控制，随着技术的不断发展，微型计算机在电梯控制上的应用日益广泛，现在已进入全微机化控制的时代。

电梯的微机化控制主要有以下几种形式：① PLC控制；②单板机控制；③单片机控制；④单微机控制；⑤多微机控制；⑥人工智能控制。

随着EDA技术的快速发展，CPLD/FPGA 已广泛应用于电子设计与控制的各个方面。

本设计就是使用一片CPLD/FPGA来实现对电梯的控制的。

二、设计要求根据系统设计要求，并考虑到系统的可验证性，整个系统的输入输出接口设计如symbol 图所示系统工作用2 Hz基准时钟信号clk，电梯外人的上升请求键c_u1,c_u2,c_u3,c_u4,c_u5，电梯外人的下降请求键c_d2,c_d3,c_d4,c_d5,c_d6，电梯内人的请求键d1,d2,d3,d4,d5,d6，到达楼层信号g1,g2,g3,g4,g5,g6，电梯所在楼层数码管显示led[6..0]提前关门输入键quick，延迟关门输入键deng，超载按钮full，清除报警按钮clr，电梯门控制信号door，电梯外人上升请求信号显示led_c_u[5..0],电梯外人下降请求信号显led_c_d[5..0], 电梯内请求信号显示led_c_d, 看门狗报警信号wahaha，电梯运动方向显示ud，超载警告信号alarm，电机控制信号up，电梯运动down。

三、关键词：①.EDA技术；②.2 Hz基准时钟信号；③.数码管显示；④.波形仿真四、VHDL程序设计library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;use ieee.std_logic_arith.all;entity dianti isport ( clk : in std_logic; --时钟信号（频率为2Hz）full,deng,quick,clr : in std_logic; --超载、关门中断、提前关门清除报警信号 c_u1,c_u2,c_u3,c_u4,c_u5: in std_logic; --电梯外人的上升请求信号c_d2,c_d3,c_d4,c_d5,c_d6 : in std_logic; --电梯外人的下降请求信号d1,d2,d3,d4,d5,d6 : in std_logic; --电梯内人的请求信号g1,g2,g3,g4,g5,g6 : in std_logic; --到达楼层信号door : out std_logic_vector(1 downto 0); --电梯门控制信号led : out std_logic_vector(6 downto 0); --电梯所在楼层显示led_c_u:out std_logic_vector(5 downto 0); --电梯外人上升请求信号显示led_c_d:out std_logic_vector(5 downto 0); --电梯外人下降请求信号显示led_d : out std_logic_vector(5 downto 0); --电梯内请求信号显示wahaha : out std_logic; --看门狗报警信号ud,alarm : out std_logic; --电梯运动方向显示，超载警告信号up,down : out std_logic ); --电机控制信号和电梯运动end dianti;architecture behav of dianti issignal d11,d22,d33,d44,d55,d66:std_logic; --电梯内人请求信号寄存信号signal c_u11,c_u22,c_u33,c_u44,c_u55:std_logic; --电梯外人上升请求信号寄存信号signal c_d22,c_d33,c_d44,c_d55,c_d66:std_logic; --电梯外人下降请求信号寄存信号signal q:integer range 0 to 1; --分频信号signal q1:integer range 0 to 6; --关门延时计数器signal q2:integer range 0 to 9; --看门狗计数器signal dd,cc_u,cc_d,dd_cc:std_logic_vector(5 downto 0); --电梯内外请求信号寄存器signal opendoor:std_logic; --开门使能信号signal updown:std_logic; --电梯运动方向信号寄存器signal en_up,en_dw:std_logic; --预备上升、预备下降预操作使能信号begincom:process(clk)beginif clk'event and clk='1' thenif clr='1' then q1<=0;q2<=0;wahaha<='0'; --清除故障报警elsif full='1' then alarm<='1'; q1<=0; --超载报警if q1>=3 then door<="10";else door<="00";end if;elsif q=1 then q<=0;alarm<='0';if q2=3 then wahaha<='1'; --故障报警elseif opendoor='1' then door<="10";q1<=0;q2<=0;up<='0';down<='0'; --开门操作 elsif en_up='1' then --上升预操作 if deng='1' then door<="10";q1<=0;q2<=q2+1; --关门中断elsif quick='1' then q1<=3; --提前关门elsif q1=6 then door<="00";updown<='1';up<='1'; --关门完毕，电梯进入上升状态 elsif q1>=3 then door<="01";q1<=q1+1; --电梯进入关门状态else q1<=q1+1;door<="00"; --电梯进入等待状态end if;elsif en_dw='1' then --下降预操作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';elsif q1>=3 then door<="01";q1<=q1+1;else q1<=q1+1;door<="00";end if;end if;if g1='1' then led<="1001111"; --电梯到达1楼，数码管显示1if d11='1' or c_u11='1' then d11<='0'; c_u11<='0';opendoor<='1';--有当前层的请求，则电梯进入开门状态elsif dd_cc>"000001" then en_up<='1'; opendoor<='0';--有上升请求，则电梯进入预备上升状态elsif dd_cc="000000" then opendoor<='0'; --无请求时，电梯停在1楼待机end if;elsif g2='1' then led<="0010010"; --电梯到达2楼，数码管显示2if updown='1' then --电梯前一运动状态位上升if d22='1' or c_u22='1' then d22<='0'; c_u22<='0'; opendoor<='1';--有当前层的请求，则电梯进入开门状态elsif dd_cc>"000011" then en_up<='1'; opendoor<='0';--有上升请求，则电梯进入预备上升状态elsif dd_cc<"000010" then en_dw<='1'; opendoor<='0';--有下降请求，则电梯进入预备下降状态end if;--电梯前一运动状态为下降elsif d22='1' or c_d22='1' then d22<='0'; c_d22<='0';opendoor<='1';--有当前层的请求，则电梯进入开门状态elsif dd_cc<"000010" then en_dw<='1'; opendoor<='0';--有下降请求，则电梯进入预备下降状态elsif dd_cc>"000011" then en_up<='1'; opendoor<='0';--有上升请求，则电梯进入预备上升状态end if;elsif g3='1' then led<="0000110"; --电梯到达3楼，数码管显示3if updown='1' thenif d33='1' or c_u33='1' then d33<='0'; c_u33<='0';opendoor<='1';elsif dd_cc>"000111" then en_up<='1'; opendoor<='0';elsif dd_cc<"000100" then en_dw<='1'; opendoor<='0';end if;elsif d33='1' or c_d33='1' then d33<='0'; c_d33<='0'; opendoor<='1';elsif dd_cc<"000100" then en_dw<='1'; opendoor<='0';elsif dd_cc>"000111" then en_up<='1'; opendoor<='0';end if;elsif g4='1' then led<="1001100"; --电梯到达4楼，数码管显示4 if updown='1' thenif d44='1' or c_u44='1' then d44<='0'; c_u44<='0'; opendoor<='1';elsif dd_cc>"001111" then en_up<='1'; opendoor<='0';elsif dd_cc<"001000" then en_dw<='1'; opendoor<='0';end if;elsif d44='1' or c_d44='1' then d44<='0'; c_d44<='0'; opendoor<='1';elsif dd_cc<"001000" then en_dw<='1'; opendoor<='0';elsif dd_cc>"001111" then en_up<='1'; opendoor<='0';end if;elsif g5='1' then led<="0100100"; --电梯到达5楼，数码管显示5if updown='1' thenif d55='1' or c_u55='1' then d55<='0'; c_u55<='0';opendoor<='1';elsif dd_cc>"011111" then en_up<='1'; opendoor<='0';elsif dd_cc<"010000" then en_dw<='1'; opendoor<='0';end if;elsif d55='1' or c_d55='1' then d55<='0'; c_d55<='0';opendoor<='1';elsif dd_cc<"010000" then en_dw<='1'; opendoor<='0';elsif dd_cc>"011111" then en_up<='1'; opendoor<='0';end if;elsif g6='1' then led<="0100000"; --电梯到达6楼，数码管显示6 if d66='1' or c_d66='1' then d66<='0'; c_d66<='0';opendoor<='1';elsif dd_cc<"100000" then en_dw<='1'; opendoor<='0';end if;else en_up<='0';en_dw<='0'; --电梯进入上升或下降状态end if;end if;else q<=1;alarm<='0'; --清除超载报警if d1='1' then d11<=d1; --对电梯内人请求信号进行检测和寄存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; --对电梯外人上升请求信号进行检测和寄存elsif c_u2='1' then c_u22<=c_u2;elsif 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; --对电梯外人下降请求信号进行检测和寄存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; --电梯内人请求信号并置cc_u<='0'&c_u55&c_u44&c_u33&c_u22&c_u11; --电梯外人上升请求信号并置cc_d<=c_d66&c_d55&c_d44&c_d33&c_d22&'0'; --电梯外人下降请求信号并置dd_cc<=dd or cc_u or cc_d; --电梯内、外人请求信号进行综合 end if;ud<=updown; --电梯运动状态显示led_d<=dd; --电梯内人请求信号显示led_c_u<=cc_u; --电梯外人上升请求信号显示led_c_d<=cc_d; --电梯外人下降请求信号显示end if;end process;end behav;四、硬件系统测试目标器件选择为EPM7128SLC84-15芯片，系统编程下载完成后，连接好硬件测试系统，通过验证所得真实图形如下：上图中显示的是第二层楼的真实测试照片五、波形仿真图注：由于以上输入信号在下面仿真中没用到，所以在下面仿真图中将不再出现。