毕业论文---EDA三层电梯控制设计

1、.EDA三层电梯控制设计目 录1课程设计的目的和要求-12 供料单元的硬件掌握- 12.1 供料单元的功能简介-12.2供料单元的硬件结构-13 供料单元的控制流程-34 程序的编写和调试-45 WINCC控制界面制作-46心得体会-5附件1-7附件2-121 前言由于高密度现场可编程逻辑器件和专用集成电路的飞速发展，传统设计技术已经不合适大规模及超大规模集成电路，以往分立的数字电路已经可编程逻辑器件所取代。电子设计自动化EDA技术正是为了适应现代电子产品设计的要求，吸收多学科最新成果而形成的一门技术。现代电子设计技术的核心是EDA技术。EDA技术就是依靠功能强大的电子计算机，在EDA工具软件

2、平台上，对以硬件描述语言HDL为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化和仿真，直至下载到可编程逻辑器件CPLD/FPGA或专用集成电路ASIC芯片中，实现既定的电子电路设计功能。EDA技术极大地提高了电子电路设计效率，缩短了设计周期，节省了设计成本。EDA技术包括硬件描述语言HDL、EDA工具软件、可编程逻辑器件和实验开发系统等方面内容。目前，国际上流行的硬件描述语言主要有VHDL、Verilog HDL和AHDL。EDA工具在EDA技术应用中占据极其重要的位置，利用EDA技术进行电路设计的大部分工作是在EDA软件工作平台上进行的。EDA工具软件主要包括设计

3、输入编辑器、仿真器、HDL综合器、适配器(或布局布线器)及下载器等5个模块。今天，EDA技术已经成为电子设计的重要工具，无论是设计芯片还是设计系统，如果没有EDA工具的支持，都将是难以完成的。EDA工具已经成为现代电路设计师的重要武器，正在发挥越来越重要的作用。 2 设计目的通过EDA课程设计，巩固所学的理论知识，并加深我们对EDA知识的理解。通过使用QUARTUS2软件进行程序编写和调试，逐步掌握使用QUARTUS2软件，并可以熟练的掌握编程和调试技巧。通过使用GW48系EDA实验箱进行实物仿真验证，使我们对FPGA实物有进一步的了解，并掌握QUARTUS2的下载技巧，还有GW48实验箱的使

4、用方法。3 设计要求要求用FPGA设计实现一个3层电梯的控制系统。系统的要求如下：(1)电梯运行规则：当电梯处在上升模式时，只响应比电梯所在位置高的上楼请求，由下向上逐个执行，直到最后一个上楼请求执行完毕。如果高层有下楼请求，直接升到有下楼请求的最高楼层，然后进入下降模式。电梯处在下降模式时，工作方式与上升模式相反。设电梯共有3层，每秒上升或下降一层。(2)电梯初始状态为一层，处在开门状态，开门指示灯亮。(3)每层电梯入口处均设有上下请求开关，电梯内部设有乘客到达楼层的停站请求开关及其显示。(4)设置电梯所处位置的指示及电梯上升或下降的指示。(5)电梯到达有停站请求的楼层后，电梯门打开，开门指

5、示灯亮。开门4妙后，电梯门关闭，开门指示灯灭，电梯继续运行，直至执行完最后一个请求信号后停在当前层。(6)电梯控制系统能记忆电梯内外的请求信号，并按照电梯运行规则工作，每个请求信号执行完毕后清除。 附加功能：1.显示开门时间 2.当电梯在5秒内无任何请求时电梯自动下降到一楼并停在一楼。根据电梯控制系统的设计要求，除了具备两个时钟信号CLK，一个是电梯时钟信号，另一个是按键时钟信号。以外，还应该定义输入信号和输出信号。输入信号定义如下：系统复位信号：RESET，高电平有效；电梯入口处一层、二层的上楼请求开关：F1UPBUTTION、F2UPBUTTION；电梯入口处二层、三层的下楼请求开关：F2

6、DNBUTTION、F3DNBUTTION；电梯内部到达楼层的停站请求开关：STOPlBUTTION、STOP2BUTTION、STOP3BUTTION。所有输入信号的规定为：输入信号等于1，表示有请求，信号等于0，表示无请求。输出信号定义如下：电梯外部上升和下降请求指示灯：UPLIGHT和DOWNLIGHT，这些信号与F1UPBUTTION、F2UPBUTTION、F2DNBUTTION、F3DNBUTTION信号相对应；电梯内部乘客到达楼层的停站请求灯：STOPLIGHT，该信号与STOPlBUTTION、STOP2BUTTION、STOP3BUTTION信号相对应；电梯运行模式指示：UD

7、SIG，1代表下降模式，0代表上升模式；电梯所在楼层指示：POSITION，表示电梯在对应楼层；电梯门状态指示：DOORLIGHT，1表示开门，0表示关门。 4 程序设计4.1 三层电梯控制器的实体设计首先考虑输入端口，一个复位端口RESET，用于系统不正常时回到初始状态；在电梯外部必须有升降请求端口，一层不需要有下降请求，三层不需要有上升请求，二层则上升下降请求端口都有；在电梯内部应该有各层的停止请求按钮；一个电梯时钟输入端口，以1秒为周期，用于驱动电梯的上升，下降。开门以及关门动作；另外一个按键时钟输入端口，频率要比电梯的高得多在这里要64HZ。其次是输出端口，有升降请求信号以后，就得有一

8、个输出端口指示是否被响应，同样，在电梯内部也应该有输出端口来显示各层停留是否响应。在电梯外部需要一个端口来显示电梯所在的位置，电梯开门，关门状态也要用一个端口来显示；为了观察电梯的升降状态，也要有一个端口来指示电梯的升降状态。最后还要显示开门时间，就要有一个端口来输出。4.2 三层电梯的控制器设计首先说明一下状态。状态机设计了10个状态，分别是电梯停留在一层（STOPON1），开门（DOOROPEN），关门（DOORCLOSE），开门等待1秒（DOORWAIT1），开门等待2秒（DOORWAIT2），开门等待3秒（DOORWAIT3），开门等待4秒（DOORWAIT4），上升（UP），下降（D

9、OWN），和停止（STOP）。在结构体中，设计两个进程互相配合，一个是状态机进程的主要进程，另一个是信号灯控制进程作为补助的进程。状态机进程中的很多判断条件是以信号灯进程产生的信号为依据的，而信号灯进程中信号的熄灭又是以状态机进程中传出的CLEARUP，CLEARDN 信号来控制的。在状态机进程中，在电梯上升状态中，通过对信号灯的判断，决定下一个状态是继续还是停止；在电梯下降状态中，也是通过对信号灯的判断，决定下一个状态是继续下降还是停止。在信号灯控制进程中，由于使用了专门的频率比较高的按键时钟，所以按键灵敏度增大，但是时钟频率不能太高，否则容易按键过于灵敏。按下按键后产生的点亮的信号灯用于作

10、为状态机进程中判断条件，而CLEARUP和CLEARDN信号为逻辑1时相应的信号灯熄灭。根据电梯的状态变化画出它的状态流程图如附件14.3 程序的编写和调试通过4.1和4.2详细分析，已经清楚的弄清程序的基本结构，输入输出端口，还有最重要的状态机变化。所以就可以编写程序了，通过多次的排错和纠正错误，调出最终的程序。详细的源程序和相应的注释在附件25 下载程序到GW48实验箱验证附件2：源程序LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;-

11、输入输出口定义ENTITY THREEFLIFT ISPORT(BUTTONCLK: IN STD_LOGIC;LIFTCLK: IN STD_LOGIC;QZSBUTTON: IN STD_LOGIC;RESET: IN STD_LOGIC;F1UPBUTTON:IN STD_LOGIC; -一楼上升请求F2UPBUTTON:IN STD_LOGIC; -二楼上升请求F2DNBUTTON:IN STD_LOGIC; -二楼下降请求F3DNBUTTON:IN STD_LOGIC; -三楼下降请求FUPLIGHT: BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 1); -上升

12、指示灯FDNLIGHT:BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 1); -下降指示灯STOP1BUTTON,STOP2BUTTON,STOP3BUTTON:IN STD_LOGIC;STOPLIGHT: BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 1);posITION: BUFFER INTEGER RANGE 1 TO 3;TIMELIGHT:BUFFER INTEGER RANGE 0 TO 4; -开门时间显示灯DOORLIGHT:OUT STD_LOGIC;UDSIG: BUFFER STD_LOGIC); - 下降指示灯END THR

13、EEFLIFT;- -ARCHITECTURE ART OF THREEFLIFT ISTYPE LIFT_STATE IS -十个状态的定义(STOPON1,DOOROPON,DOORCLOSE,DOORWAIT1,DOORWAIT2,DOORWAIT3,DOORWAIT4,UP,DOWN,STOP);SIGNAL MYLIFT: LIFT_STATE;SIGNAL CLEARUP: STD_LOGIC; -用于清除上升请求信号SIGNAL CLEARDN: STD_LOGIC; -用于清除下降请求信号SIGNAL STOP1: STD_LOGIC; - 用于电梯自动下到一楼BEGIN CT

14、RLIFT: PROCESS(RESET,LIFTCLK)VARIABLE pos: INTEGER RANGE 3 DOWNTO 1;VARIABLE TIM: INTEGER RANGE 5 DOWNTO 0; -用于检测电梯5秒内无任何请求BEGINIF RESET='1' THEN -初始化时MYLIFT<=STOPON1;CLEARUP<='0'CLEARDN<='0'TIM:=0;ELSE -正常运行时IF LIFTCLK'EVENT AND LIFTCLK='1' THENCASE MYLI

15、FT ISWHEN STOPON1=>DOORLIGHT<='1'posITION<=1; pos:=1;mylift<=doorwait1;when doorwait1=>TIMELIGHT<=1;MYLIFT<=DOORWAIT2;WHEN DOORWAIT2=>CLEARUP<='0'CLEARDN<='0'TIMELIGHT<=2;MYLIFT<=DOORWAIT3;WHEN DOORWAIT3=>MYLIFT<=DOORWAIT4;TIMELIGHT&l

16、t;=3;WHEN DOORWAIT4=>MYLIFT<=DOORCLOSE;TIMELIGHT<=4;WHEN DOORCLOSE=>DOORLIGHT<='0'TIMELIGHT<=0;-电梯在关门状态下执行IF UDSIG='0' THEN IF posITION=3 THENIF STOPLIGHT="000" AND FDNLIGHT="000" AND FUPLIGHT="000"THENUDSIG<='1' MYLIFT<=D

17、OORCLOSE;ELSE UDSIG<='1'TIM:=0;MYLIFT<=DOWN;END IF;ELSIF posITION=2 THENIF STOPLIGHT="000" AND FDNLIGHT="000" AND FUPLIGHT="000"THENUDSIG<='0'TIM:=TIM+1;MYLIFT<=DOORCLOSE;IF TIM=5 THEN STOP1<='1'TIM:=0; -若5秒内无任何请求电梯下到一楼ELSE STOP1&l

18、t;='0'END IF;ELSIFSTOPLIGHT(3)='1' OR (STOPLIGHT(3)='0' AND FDNLIGHT(3)='1')THENUDSIG<='0'MYLIFT<=UP;TIM:=0;ELSE UDSIG<='1'MYLIFT<=DOWN;TIM:=0;END IF;-ELSIF posITION=1 THEN TIM:=0;STOP1<='0'IF STOPLIGHT="000" AND FDNLIG

19、HT="000" AND FUPLIGHT="000"THEN UDSIG<='0'MYLIFT<=DOORCLOSE;ELSE UDSIG<='0'MYLIFT<=UP;END IF;END IF;-ELSIF UDSIG<='1' THEN IF posITION=1 THEN TIM:=0;STOP1<='0'IF STOPLIGHT="000" AND FUPLIGHT="000" AND FDNLIGHT=

20、"000" THENUDSIG<='0'MYLIFT<=DOORCLOSE;ELSE UDSIG<='0'TIM:=0;MYLIFT<=UP;END IF;ELSIF POSITION=2 THENIFSTOPLIGHT="000" AND FUPLIGHT="000" AND FDNLIGHT="000" THENUDSIG<='1'TIM:=TIM+1;MYLIFT<=DOORCLOSE; IF TIM=5 THEN STOP1

21、<='1' TIM:=0;ELSE STOP1<='0' -若5秒内无任何请求电梯下到一楼END IF;ELSIF STOPLIGHT(1)='1'OR(STOPLIGHT(1)='0' AND FUPLIGHT(1)='1') THENUDSIG<='1'MYLIFT<=DOWN;TIM:=0;ELSE UDSIG<='0'MYLIFT<=UP;TIM:=0;END IF;ELSIF posITION=3 THEN IF STOPLIGHT=&q

22、uot;000" AND FUPLIGHT="000" AND FDNLIGHT="000" THEN UDSIG<='1'TIM:=TIM+1;MYLIFT<=DOORCLOSE;IF TIM=5 THEN STOP1<='1'TIM:=0; -若5秒内无任何请求电梯下到一楼ELSE STOP1<='0'END IF;ELSE UDSIG<='1'TIM:=0;MYLIFT<=DOWN;END IF;END IF;IF STOPLIGHT=&q

23、uot;000" AND FUPLIGHT="000" AND FDNLIGHT="000" THENTIM:=TIM+1;ELSE TIM:=0;IF TIM=2 THEN IF POSITION=1 THENTIM:=0;ELSE TIM:=0;STOP1<='1'END IF;END IF;END IF;END IF;-当电梯在上升状态时执行WHEN UP=>posITION<=posITION+1;pos:=pos+1;IF pos<3 AND(STOPLIGHT(pos)='1'

24、 OR FUPLIGHT(pos)='1')THEN MYLIFT<=STOP;ELSIF POS>1 AND(STOPLIGHT(POS)='1'OR FDNLIGHT(POS)='1')THEN MYLIFT<=STOP;ELSE MYLIFT<=DOORCLOSE;END IF;-当电梯在下降状态时执行WHEN DOWN=>posITION<=posITION-1;pos:=pos-1;IF pos>1 AND(STOPLIGHT(pos)='1' OR FDNLIGHT(pos)=

25、'1')THEN MYLIFT<=STOP;ELSIF POS=1 AND(STOPLIGHT(POS)='1'OR FUPLIGHT(POS)='1')THEN MYLIFT<=STOP;ELSE MYLIFT<=DOORCLOSE;END IF;-当电梯在停止状态下执行WHEN STOP=>MYLIFT<=DOOROPON;WHEN DOOROPON=>DOORLIGHT<='1'IF UDSIG='0' THENIF posITION<=2 AND (STOPL

26、IGHT(posITION)='1' OR FUPLIGHT(posITION)='1') THENCLEARUP<='1'ELSE CLEARUP<='1' CLEARDN<='1'END IF;ELSIF UDSIG='1'THEN IF posITION>=2 AND (STOPLIGHT(posITION)='1' OR FDNLIGHT(posITION)='1') THENCLEARDN<='1'ELSE CLEARUP<='1'CLEARDN<='1'END IF;END IF;MYLIFT<=DOORWAIT1;END CASE;END IF;END IF;END PROCESS CTRLIFT;-CTRLIGHT: PROCESS(RESET,BUTTONCLK)BEGINIF RESET='1'THEN -正常运行时复位按下STO