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基于EDA的高層電梯控制器設計說明.doc

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?1設計的意義一種以電動機為動力,裝有箱狀吊艙,用于多層建筑乘人或載運貨物的垂直升降機,就是俗稱的自動電梯。隨著電子技術日新月異的發展,集成電路從20 世紀60年代的小規模到中規模,再到大規模集成電路,伴隨著它的高速發展,EDA技術、CPLD 技術也得到充分發展。同時,隨著現代社會的物質水平不斷提高,越來越多的建筑是其中標志之一,對于高層建筑來說,電梯是必不可少的。除了高層建筑需要電梯外,對于服務和生產部門來說,同樣需要各種各樣的服務電梯和載物電梯。這使電梯的使用越來越普遍,已從原來只在商業大廈、賓館使用,過度到在辦公室、居民樓等場所使用,并且對電梯功能的要求也不斷提高,相應地其控制方式也在不停地發生變化。對于電梯的控制,隨著技術的不斷發展,微型計算機在電梯控制上的應用日益廣泛,現在已進入全微機化控制的時代。電梯的微機化控制主要有以下幾種形式:PLC控制,單片機控制,單板機控制,單微機控制,多微機控制,人工智能控制。隨著EDA技術的快速發展,EDA已廣泛應用于電子設計與控制的各個方面。電梯作為高層建筑物的重要交通工具與人們的工作日益緊密FPGA作為新一代工業控制器,以其高可靠性和技術先進性,在電梯控制中得到廣泛應用,從而使電梯由傳統的繼電器控制方式發展為計算機控制的一個重要方向,成為當前電梯控制和技術改造的熱點之一。電梯控制器是控制電梯按顧客要求自動上下的裝置。本課程設計文采用VHDL語言來設計實用16層電梯控制器,其代碼具有良好的可讀性和易理解性,源程序經Quartus II 7.2軟件仿真,目標器件選用FPGA器件。通過對16層電梯控制器的設計,可以發現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的基礎。2設計原理2.1 EDA技術介紹EDA技術是20世紀90年代初從計算機輔助設計(Computer Adied Design)、計算機輔助制造(Computer Adied Manufacture)、計算機輔助測試(Computer Adied Testing)和計算機輔助工程(Computer Adied Engineering)的概念發展而來的。隨著超大規模集成電路(Very Large Scale Integration)規模和技術復雜度的急劇增長,一塊芯片集成門可達幾十萬甚至幾百萬門,并且還在迅速增長,電子系統人工設計已十分困難,必須依靠電子設計自動化技術。EDA技術的基本特征和基本工具總的來說,現代EDA技術的基本特征是采用高級語言描述,具有系統級仿真和綜合能力。它主要采用并行工程和“自頂向下”的設計方法,使開發者從一開始就要考慮到產品生成周期的諸多方面,包括質量、成本、開發時間及用戶的需求等等,然后從系統設計入手,在頂層進行功能方框圖的劃分和結構設計,在方框圖一級進行仿真、糾錯、并用VHDL、Verilog-HDL、ABEL等硬件描述語言對高層次的系統行為進行描述,在系統一級進行驗證,然后再用邏輯綜合優化工具生成具體的門級邏輯電路的網表,其對應的物理實現級可以是印刷電路板或專用集成電路。利用EDA技術進行電子系統的設計,具有以下幾個特點:用軟件的方式設計硬件;用軟件方式設計的系統到硬件系統的轉換是由相關的開發軟件自動完成;設計過程中可用相關軟件進行各種仿真;系統可現場編程,在線升級;整個系統可集成在一個芯片上,具有體積小、功耗低及可靠性高的特點。因此,EDA技術是現代電子設計的發展趨勢。電子設計自動化(EDA)是一種實現電子系統或電子產品自動化的技術,它與電子技術、微電子技術的發展密切相關,它吸收了計算機科學領域的大多數最新研究成果,以高性能的計算機作為工作平臺,促進了工程發展。2.2系統設計及原理從設計要求中可以看出,分控制器設計相對簡單,主控制器是系統的核心部分,也是設計的難點,下面討論主控制器的設計方法。首先討論主控制器的設計狀態。根據電梯的實際工作情況,可以將主控制器的運行狀態分為6種:停止、等待、上升、連續上升、下降和連續下降。電梯開關未打開時,處于停止狀態,開關打開后,處于等待狀態,之后,響應用戶的請求進入上升或下降狀態。連續上升狀態發生在電梯不在中間層停留的情形,例如,用戶在1層進入電梯,直到5層,那么在2、3、4層都處于連續上升狀態,連續下降狀態同理。這里,狀態劃分與具體樓層無關,因此,具有很強的通用性。其次考慮輸入輸出端口,一個電梯開關,供電梯管理員控制電梯,開關無效時,電梯不工作;用戶在進入電梯后,可以不必等待5秒,而提前關門,提供close請求服務;用戶需要時也可以延遲關門,延遲時間隨意,提供delay請求服務;電梯部有16位按鍵,供用戶輸入請求樓層;16個分控制器的上升/下降請求,即2個16位的矢量輸入;還有時鐘方面,根據電梯的運行速度和等待時間,系統時鐘設計為20 Hz。停止stop等待pause連續上升midup連續下降middown下降down上升upswitch=1switch=0ur=0 and dr=0ur=1position=(urr and position)position=(drr and position)position/=(drr and position)rising_edge(clk)dr=1position/=(urr and position)rising_edge(clk)圖1 狀態轉移圖輸出端口比較簡單,一個是開門信號,控制電梯開門和關門,另一個輸出當前所在樓層。2.3模塊設計與實現2.3.1主控制器模塊首先說明一下電梯狀態。狀態機設置了6個狀態,分別是停止、等待、上升、連續上升、下降和連續下降。在結構體ARCHITECTURE和BEGIN之間有如下定義。type statetype is(stop,pause,up,midup,down,middown);signal state:statetype;打開電梯開關后,尚無請求,電梯處于等待狀態。如果有用戶發出請求,則電梯響應,上升至用戶所在樓層(初始電梯在1層)。響應的過程是:判斷請否符合規則,如果符合,則將請求保存在上升請求寄存器(urr)中,由等待狀態轉為上升狀態,然后啟動運行定時器,1秒鐘后,到達上一層,如果此層被用戶請求,則轉入等待狀態,自動打開電梯門;否則,轉入連續上升狀態,將運行計時器清零,然后返回上升狀態,重新啟動運行定時器,再上升一層,直至到達用戶所在樓層。下降的過程同理。在等待狀態中,邏輯判斷最為復雜。首先是判斷下一步狀態,是繼續上升,繼續下降,還是一直等待,抑或從上升轉入下降,從下降轉入上升,這些都是通過對方向標志位ur、dr的判斷得到。其次是開門問題,電梯剛剛到達某一層時,必定是用戶準備出梯,或者準備入梯,電梯須自動開門,啟動開門計時器,5秒后關門;如果電梯在過去一段時間處于等待狀態,現在,用戶發出請求,則必須判斷用戶的位置,如果用戶和電梯在同一層,則須立即開門使用戶入梯,否則,直接到達用戶所在樓層再開門。電梯部設有提前關門和延遲關門請求按鈕,用戶可。省略部分。000", "00001000"when"00000", "00001001"when"00000", "00010000"when"00000", "00010001"when"00000", "00010010"when"00000", "00010011"when"00000", "00010100"when"00000", "00010101"when"00000", "00010110"when"00000", "00000000"when others; disp0<=disp(3 downto 0); disp1<=disp(7 downto 4);end bhv;袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈
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eda 電梯 高層 控制器 基于 設計說明
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