eda課程設(shè)計---電梯控制的實現(xiàn)

1、<p>　　課程設(shè)計(綜合實驗)報告</p><p>　　( 2010 -- 2011 年度第 1 學(xué)期)</p><p>　　名 稱： EDA課程設(shè)計 </p><p>　　題 目： 電梯控制的實現(xiàn) </p><p>　　院 系： </p><p

2、>　　班 級： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　設(shè)計周數(shù)： 1周 &l

3、t;/p><p>　　成 績： </p><p>　　日期： 年 月 日</p><p>　　一、課程設(shè)計的目的與要求</p><p>　　用Mealy有限狀態(tài)機設(shè)計二個樓層電梯控制程序。用VHDL語言寫出Mealy有限狀態(tài)機控制模塊。Mealy有限狀態(tài)機的輸出受控于當(dāng)前的狀態(tài)和信號輸入的變

4、化，一旦這敏感信號被測，輸出的信號就依賴于它們得到確定。</p><p>　　電梯控制器的工作原理：</p><p>　　當(dāng)電梯空閑時，其狀態(tài)等待著其他樓層的請求，一旦有請求輸入信號，電梯移動到該請求信號的樓層，這時引起電梯門被關(guān)閉。引起電梯門關(guān)閉的條件有如下二個：①必須在地面樓層狀態(tài)StateGround；②首層有請求輸入信號ReqFirst。</p><p>　

5、　電梯開始移動到請求層，在移動過程中State從Ground轉(zhuǎn)變?yōu)镚oingFirst。</p><p>　　當(dāng)?shù)竭_(dá)請求層后，電梯門被打開并且請求燈熄滅，此狀態(tài)轉(zhuǎn)換為First狀態(tài)。</p><p>　　這時如有其他樓層請求信號輸入將引起電梯門的關(guān)閉（如地面層有樓層請求信號ReqGround）。當(dāng)電梯門正在做關(guān)閉動作時，同時又要做重新打開電梯門的動作，其條件必須有當(dāng)前樓層請求信號ReqFi

6、rst輸入（其他請求信號均被忽略）。</p><p>　　電梯門關(guān)閉以后，電梯可再次響應(yīng)其他樓層請求，即這時電梯State狀態(tài)為First狀態(tài)，并且又從地面層來一個請求信號ReqGround，將會引起電梯State狀態(tài)從First狀態(tài)改變?yōu)镚oingGround狀態(tài)，電梯開始往下運行。</p><p>　　在未到達(dá)目的地之前，其他請求信號均被忽略。</p><p>

7、<b>　　二、設(shè)計正文</b></p><p>　　本設(shè)計是基于VHDL語言開發(fā)的兩層電梯控制器。以Quartus Ⅱ為開發(fā)環(huán)境，最終在EDA實驗箱上實現(xiàn)其演示的基本功能。其功能包括：顯示電梯當(dāng)前所在樓層，顯示有請求發(fā)生的樓層，響應(yīng)樓層請求，關(guān)門延時設(shè)置，電梯開關(guān)門顯示。具體描述為：</p><p>　　電梯外部有請求開關(guān)，一樓一個，二樓一個；電梯內(nèi)部有乘客到達(dá)層次

8、的請求開關(guān)。</p><p>　　設(shè)有電梯所處位置指示裝置和電梯運行模式（上升或下降）指示裝置。</p><p>　　電梯到達(dá)請求樓層后，電梯門開啟（電梯門指示燈亮），開門四秒后，電梯門關(guān)閉（電梯門指示燈滅），電梯繼續(xù)響應(yīng)請求或回到初始狀態(tài)。</p><p>　　電梯初始狀態(tài)為停在1樓，關(guān)門。</p><p>　　電梯上升或下降時，終止其他操

9、作。</p><p>　　當(dāng)電梯關(guān)門時，同層有請求，先響應(yīng)同層請求（開門），再響應(yīng)其他請求（上升或下降）。</p><p><b>　　具體程序如下：</b></p><p>　　LIBRARY IEEE; </p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;</p><p

10、>　　USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; </p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;</p><p>　　ENTITY dianti IS </p><p>　　PORT(clk,reset,up1,down2,stop1,stop2:IN STD_LOGIC;</p><

11、;p>　　--按鍵共有4個,其中電梯內(nèi)部2個:stop1,stop2,電梯外部一樓一個up1,二樓一個down2</p><p>　　stoplight:buffer STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 1);</p><p>　　--stoplight對應(yīng)stop按鍵</p><p>　　uplight,downlight:buffer ST

12、D_LOGIC;</p><p>　　--uplight,downlight分別對應(yīng)up1,down2按鍵</p><p>　　udsig:BUFFER STD_LOGIC; </p><p>　　--電梯的狀態(tài),0代表(預(yù))上升,1代表(預(yù))下 </p><p>　　POSITION:BUFFER INTEGER RANGE 1

13、 TO 2;</p><p><b>　　--電梯的位置</b></p><p>　　doorlight:buffer STD_LOGIC);</p><p>　　--門燈,開門燈亮,關(guān)門燈滅</p><p>　　END dianti;</p><p>　　ARCHITECTURE behav O

14、F dianti IS</p><p>　　TYPE state_type is(stopon1,dooropen,doorclose,wait1,wait2,wait3,wait4,up,down,</p><p><b>　　stop);</b></p><p>　　--十個狀態(tài),初始,開門,關(guān)門,延時1~4,上升,下降,停</p&g

15、t;<p>　　SIGNAL state:state_type:=stopon1;</p><p>　　SIGNAL clearup,cleardn,anjianclk,dianticlk:STD_LOGIC;</p><p>　　--上升清零,下降清零,按鍵時鐘,電梯時鐘</p><p>　　SIGNAL q:STD_LOGIC_VECTOR(3 D

16、OWNTO 0);</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　PROCESS(clk) --設(shè)定按鍵時鐘和電梯時鐘，外部時鐘周期設(shè)為50ms</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　IF(reset='1') THEN</p

17、><p>　　q<="0000";</p><p>　　ELSIF RISING_EDGE(clk) then</p><p><b>　　q<=q+1;</b></p><p><b>　　END IF;</b></p><p>　　anjian

18、clk<=q(0); --二分頻 </p><p>　　dianticlk<=q(3); --十六分頻</p><p>　　END PROCESS;</p><p>　　cont:PROCESS(reset,dianticlk)</p><p>　　VARIABLE POS:INTEGER RANGE 3 DOWNTO 1;&

19、lt;/p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　IF reset='1' then</p><p>　　state<=stopon1;</p><p>　　clearup<='0';</p><p>　　cleardn<=

20、9;0'; --復(fù)位</p><p>　　elsif rising_edge(dianticlk) THEN</p><p>　　CASE state IS --設(shè)定狀態(tài)機的各個狀態(tài) </p><p>　　WHEN stopon1=>doorlight<='1'; position<=1;pos:=1; state<

21、=wait1;</p><p>　　WHEN wait1=>state<=wait2; --延時</p><p>　　WHEN wait2=>clearup<='0'; cleardn<='0'; state<=wait3;</p><p>　　WHEN wait3=>state<=wa

22、it4;</p><p>　　WHEN wait4=>state<=doorclose;</p><p>　　WHEN doorclose =>doorlight<='0'; --從開門到關(guān)門經(jīng)歷5個電梯時鐘周期</p><p>　　IF udsig='0' THEN --(預(yù))上升狀態(tài)時</p>

23、<p>　　IF position=2 THEN--電梯在二樓時</p><p>　　IF stoplight="00" and uplight='0' and downlight='0' THEN</p><p>　　udsig<='1'; state<=doorclose;</p>

24、<p>　　ELSIF stoplight="10" THEN state<=dooropen;</p><p>　　ELSIF downlight='1' THEN state<=dooropen;</p><p><b>　　ELSE</b></p><p>　　udsig&

25、lt;='1'; state<=down;</p><p><b>　　END IF;</b></p><p>　　ELSIF position=1 THEN --電梯在一樓時</p><p>　　IF stoplight="00" and uplight='0' and downlig

26、ht='0' THEN</p><p>　　udsig<='0'; state<=doorclose;</p><p>　　ELSIF stoplight="01" THEN state<=dooropen;</p><p>　　ELSIF uplight='1' THEN

27、state<=dooropen;</p><p><b>　　ELSE</b></p><p>　　udsig<='0'; state<=up;</p><p><b>　　END IF;</b></p><p><b>　　END IF;</b&

28、gt;</p><p>　　ELSIF udsig='1' THEN --(預(yù))下降狀態(tài)時</p><p>　　IF position=1 THEN --電梯在一樓</p><p>　　IF stoplight="00" and uplight='0' and downlight='0' THEN&

29、lt;/p><p>　　udsig<='0'; state<=doorclose;</p><p>　　ELSIF stoplight="01" THEN state<=dooropen;</p><p>　　ELSIF uplight='1' THEN state<=dooropen;&

30、lt;/p><p><b>　　ELSE</b></p><p>　　udsig<='0'; state<=up;</p><p><b>　　END IF;</b></p><p>　　ELSIF position=2 THEN--電梯在二樓時</p>&l

31、t;p>　　IF stoplight="00" and uplight='0' and downlight='0' THEN</p><p>　　udsig<='1'; state<=doorclose;</p><p>　　ELSIF stoplight="10" THEN stat

32、e<=dooropen;</p><p>　　ELSIF downlight='1' THEN state<=dooropen; </p><p><b>　　ELSE</b></p><p>　　udsig<='1'; state<=down;</p><p&g

33、t;<b>　　END IF;</b></p><p><b>　　END IF;</b></p><p><b>　　END IF;</b></p><p>　　WHEN up=>position<=position+1; pos:=pos+1;</p><p>

34、;　　IF (pos=2) THEN </p><p>　　state<=stop;</p><p><b>　　END IF;</b></p><p>　　WHEN down=>position<=position-1; pos:=pos-1;</p><p>　　IF (POS=1) THE

35、N</p><p>　　state<=stop;</p><p><b>　　END IF;</b></p><p>　　WHEN stop=>state<=dooropen;</p><p>　　WHEN dooropen=>doorlight<='1'; clearup&

36、lt;='1'; cleardn<='1'; state<=wait1;</p><p>　　when others=>state<=stopon1;</p><p><b>　　end case;</b></p><p><b>　　end if;</b></

37、p><p>　　end process cont; </p><p>　　butt:PROCESS(reset,anjianclk) --設(shè)定按鍵</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　if reset='1' then</p><p>　　stop

38、light<="00"; uplight<='0'; downlight<='0';</p><p>　　elsif rising_edge(anjianclk) then</p><p>　　if clearup='1' then</p><p>　　stoplight(posi

39、tion)<='0'; uplight<='0';</p><p><b>　　else</b></p><p>　　if up1='1' then uplight<='1';</p><p><b>　　END IF;</b></p&

40、gt;<p><b>　　END IF;</b></p><p>　　if cleardn='1' then</p><p>　　stoplight(position)<='0'; downlight<='0';</p><p><b>　　else</b

41、></p><p>　　if down2='1'then downlight<='1';</p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　if stop1='1'

42、then stoplight(1)<='1'; end if;</p><p>　　if stop2='1' then stoplight(2)<='1'; end if; </p><p><b>　　END IF;</b></p><p>　　END PROCESS butt;

43、</p><p>　　END behav; </p><p>　　功能分析：此程序一共有三個進(jìn)程（process）：時鐘設(shè)定，狀態(tài)機設(shè)定，按鍵設(shè)定。狀態(tài)機進(jìn)程的運行基于電梯時鐘dianticlk，此時鐘為外部時鐘的周期是外部時鐘周期的十六倍；按鍵設(shè)定進(jìn)程基于按鍵時鐘anjianclk，此時鐘的周期為外部時鐘周期的兩倍。按鍵時鐘周期比電梯時鐘周期短，這就意味著按鍵設(shè)定進(jìn)程比狀態(tài)機進(jìn)程快，這

44、就保證了每一次按鍵都能掃描并保留而不會被狀態(tài)機進(jìn)程中的清零程序消除。一共有7個燈顯示電梯的狀況：stoplight1~2、uplight,downlight、udsig、POSITION1~2、doorlight。</p><p>　　電梯的初始狀態(tài)是停在一樓，門關(guān)。復(fù)位鍵reset可實現(xiàn)電梯的初始功能。電梯在一樓時，position1=1，其燈亮，并且電梯一直保持預(yù)上升狀態(tài)，udsig=1，其燈亮。當(dāng)接到一樓外

45、部請求信號（up1）時，uplight亮，電梯門打開，doorlight亮。四秒后，電梯門關(guān)，doorlight滅。這時，只有收到去二樓的請求（stop2）時，才會上二樓，此時stoplight2亮，直到門開為止。若門關(guān)時接收到的是stop1的請求，則電梯不上二樓，門開，四秒后門再關(guān)閉。</p><p>　　當(dāng)電梯停在二樓是，情況類似。</p><p><b>　　仿真結(jié)果如下圖

46、：</b></p><p>　　電梯在一樓，乘客在外部按up1請求進(jìn)入，進(jìn)入電梯后按stop2請求上二樓</p><p>　　電梯在一樓，乘客在外部按up1請求進(jìn)入，進(jìn)入電梯后按stop1請求出電梯</p><p>　　電梯在二樓，乘客在外部按down2請求進(jìn)入，進(jìn)入電梯后按stop1請求下一樓</p><p><b>

47、　　三、課程設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　本設(shè)計是基于VHDL語言開發(fā)的兩層電梯控制器。以Quartus Ⅱ為開發(fā)環(huán)境，最終在EDA實驗箱上實現(xiàn)其演示的基本功能。其功能包括：顯示電梯當(dāng)前所在樓層，顯示有請求發(fā)生的樓層，響應(yīng)樓層請求，關(guān)門延時設(shè)置，電梯開關(guān)門顯示。</p><p>　　這個課程設(shè)計還有很多不足之處：</p><p>　　1、電梯各個

48、進(jìn)程依賴于3個不同的時鐘，這樣做雖然比較精確但是顯得有些多余，經(jīng)老師的指導(dǎo)后發(fā)現(xiàn)其實除了開關(guān)門過程時需要時鐘以外其他地方不用時鐘也沒有關(guān)系。</p><p>　　2、沒有考慮到消抖問題。</p><p>　　3、電梯控制程序只實現(xiàn)了兩層樓電梯的控制，這種電梯在現(xiàn)實生活中應(yīng)用很少，而且此程序不方便向更多層電梯控制器程序擴展。</p><p>　　本課程設(shè)計遇到了不少困

49、難，主要原因是由于平時學(xué)習(xí)沒有特別系統(tǒng)認(rèn)真，所以對VHDL語言沒有熟練掌握，很多語句的具體含義和應(yīng)用都不是很了解，編程時遇到一定的困難。我是第一次接觸這種EDA實驗箱，第一次設(shè)計一個完整的程序然后連線運行，這個過程讓我感受到了動手做實驗的樂趣。很感謝老師的悉心教導(dǎo)和同學(xué)的熱心幫助，讓我比較順利的做出了這個課程設(shè)計。通過這次課程設(shè)計，我深刻了解到光學(xué)會課本上的知識沒有用，還要運用到實踐中，考試100分不代表就能熟練掌握這項技術(shù)。</

50、p><p><b>　　四、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　侯伯亨,劉凱,顧新 . VHDL硬件描述語言與數(shù)字邏輯電路設(shè)計（第三版）. 西安電子科技大學(xué)出版社 . 2009</p><p>　　曾繁泰,陳美金 . VHDL數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計 . 清華大學(xué)出版社 . 2001</p><p>　　曾繁泰,陳美金 . VHDL程