基于FPGA的电梯控制器设计.doc

1、 草鱼 草鱼唐 草鱼山 草鱼学 草鱼院 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼EDA 技术 草鱼 草鱼 草鱼课 草鱼程 草鱼设 草鱼计 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼题 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼目 草鱼 草鱼 草鱼基于 FPGA 的电梯控制器设计 草鱼 系 草鱼 草鱼 草鱼(部 ) 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼信息工程系 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼草鱼 班 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼级 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼草鱼 姓 草鱼 草鱼 草鱼 草

2、鱼名 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼草鱼 学 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼号 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼草鱼 指导教师 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草 鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼草鱼 草鱼 草鱼草鱼 草鱼草鱼2013 草

3、鱼年 草鱼1 草鱼月 草鱼7 草鱼日至 草鱼1 草鱼月 草鱼11 草鱼日 草鱼 草鱼共 草鱼 草鱼 草鱼1 草鱼 草鱼 草鱼周 草鱼 草鱼 2013 年 草鱼1 草鱼月 草鱼10 草鱼日 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 EDA 技术 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼课程设计任务书 一 、 p o rk设计题目 、 p ork内容及要求 草鱼 设计题目 ： pork基于 FPGA 的电梯控制器设计 草鱼设计内容 ： pork草鱼 设计一个三层电梯控制器 ， 鲤鱼 具体要求 ： pork草鱼 （ 1）每层电梯设有上下请求开关 ， 鲤鱼 电梯轿厢内设有乘客到达层次的停站请求开关 。 草鱼 草鱼

4、 （ 2）设有电梯所处位置指示装置及电梯运行情况指示 。 草鱼草鱼 （ 3）当电梯处于上升时 ， 鲤鱼 只响应比电梯所在位置高的上楼请求信号 ， 鲤鱼 直到最后一个上楼请求执行完毕 ， 鲤鱼 再进入下降模式 。 草鱼草鱼 （ 4）当电梯处于下降时 ， 鲤鱼 只响应比电梯所在位置低的下楼请求信号 ， 鲤鱼 直到最后一个下楼请求执行完毕 ，鲤鱼 再进入上升 模式 。 草鱼草鱼 （ 5）电 梯的初始状态为第一楼层 。 草鱼草鱼 （ 6）设计 超载报警功能 。 草鱼 草鱼 设计要求 ： pork草鱼 （ 1）根据任务要求确定电路各功能模块 ； pork 草鱼草鱼 （ 2）写出设计代码 ； pork草鱼

5、 （ 3）给出时序仿真结果和硬件调试结果 ； por k 草鱼草鱼 （ 4）最后要有设计总结 。 草鱼 二 、 pork设计原始资料 草鱼 Quartus软件 ， 鲤鱼 EDA 实验箱 。 草鱼 三 、 p o rk要求的设计成果（课程设计说明书 、 p ork设计实物 、 p ork图纸等） 草鱼 软件仿真和硬件仿真结果 ； por k课程设计说明书 。 草鱼 四 、 p o rk进程安排 草鱼 周 1-周 4： pork 草鱼 查阅资料 ， 鲤鱼 上机编写并调试代码 ； pork草鱼 周 5： pork 草鱼课程设计答辩并提交设计说明书 。 草鱼 五 、 pork主要参考资料 草鱼 1.V

6、o knei 草鱼 A.Pedroni. VHDL 数字电路设计教程 M.电子工业出版社 ， 鲤鱼 2008.5 草鱼 2.潘松 ， 鲤鱼 黄继业 . EDA 技术实用教程（第二版） M.科学出版社 ， 鲤鱼 2005.2 草鱼 3.焦素敏 . EDA 应用技术 M.清华大学出版社 ， 鲤鱼 2002.4 草鱼 指导教师（签名） ： pork 教研室主任（签名） ： pork 草鱼 课程设计成绩评定表 草鱼 出勤 草鱼 情况 出勤天数 草鱼 缺勤天数 成 草鱼 绩 草鱼 评 草鱼 定 出勤情况及设计过程表现（ 20 分） 课设答辩（ 20 分） 设计成果（ 60 分） 总成绩（ 100 分）

7、提问 草鱼 （答辩） 草鱼问题 草鱼 情况 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 综 草鱼 合 草鱼 评 草鱼 定 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 指导教师签名 ： pork草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 年 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 月 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 日 草鱼 目录 草鱼 1 草鱼 前言 1 草

8、 鱼 2 草鱼 EDA 技术介绍 1 草鱼 2.1 草鱼 EDA 技术简介 1 草鱼 2.2 草鱼 EDA 技术的发展 2 草鱼 3 草鱼 电梯控制器设计 2 草鱼 3.1 草鱼 电梯控制器设计总体框图 2 草鱼 3.2 草鱼 电梯控制器设计思路 2 草鱼 3.3 草鱼 电梯处于各楼层的具体分析 3 草鱼 3.4 草鱼 电梯外部端口具体说明 4 草鱼 3.4.1 草鱼 定义各个端口 4 草鱼 3.4.2 草鱼 引脚锁定 5 草鱼 4 草鱼 仿真结果与说明 6 草鱼 5 草鱼 总结 8 草鱼 参考文献 9 草鱼 附录 草鱼 草鱼 程序代码 9 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼

9、 草鱼 草鱼 草鱼 课程设计说明书 1 1 草鱼 前言 草鱼 当今社会 ， 鲤鱼 随着城市建设的不断发展 ， 鲤鱼 高层建筑的不断增多 ， 鲤鱼 电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分 。 草鱼 目前电梯控制系统主要有三种控制方式 ： pork继电路控制系统（“早期安装的电梯多位继电器控制系统”） 、porkFPGA/CPLD 的控制系统 、 pork微机控制系统 。 草鱼 继电器控制系统由于故障率高 、 pork可靠性差 、 pork控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点 ， 鲤鱼 目前已逐渐被淘汰 ， 鲤鱼 微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能 ， 鲤鱼 但也存在抗

10、扰性差 ， 鲤鱼 系统设计复杂 ， 鲤鱼 一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷 。 草鱼 而 FPGA/CPLD 控制系统由于运行可靠性高 ， 鲤鱼使用维修方便 ， 鲤鱼 抗干扰性强 ， 鲤鱼 设计和调试周期较短等优点 ， 鲤鱼 倍受人们重视等优点 ，鲤鱼 已经成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式 ， 鲤鱼 目前也广泛用于传统 继电器控制系统的技术改造 。 草鱼草鱼 随着 EDA 技术的快速发展 ， 鲤鱼 电子设计自动化 （ EDA） 逐渐成为重要的设计手段 ，鲤鱼 已经广泛应用于模拟与数字电路系统等许多领域 。 草鱼 采用 EDA 设计 ， 鲤鱼 拥有电子系统小型化 、 pork低功耗

11、 、 pork高可靠性 、 pork开发过程投资小 、 pork周期短等优点 ， 鲤鱼 而且还可以通过软件编程对硬件结构和工作方式进行重构 ， 鲤鱼 使得硬件设计如软件设计那般方便快捷 。 草鱼 本次设计就是应用 EDA 电子电路技术来设计电梯控制器 ， 鲤鱼 从而使用一片芯片就可以实现对电梯的控制的 。 草鱼草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 2 草鱼 EDA 技术介绍 草鱼 2.1 草鱼 EDA 技术简介 草鱼 EDA 是电子设计自动化（ Electronic 草鱼 Design 草鱼 Automation）的缩写 ， 鲤鱼 在 20 世纪

12、90年代初从计算机辅助设计（ CAD） 、 p ork计算机辅助制造（ CAM） 、 pork计算机辅助测试（ CAT）和计算机辅助工程（ CAE）的概念发展而来的 。 草鱼 EDA 技术就是以计算机为工具 ， 鲤鱼 设计者在 EDA 软件平台上 ， 鲤鱼 用硬件描述语言 VHDL 完成设计文件 ，鲤鱼 然后由计算机自动地完成逻 辑编译 、 pork化简 、 pork分割 、 pork综合 、 pork优化 、 pork布局 、 pork布线和仿真 ， 鲤鱼 直至对于特定目标芯片的适配编译 、 pork逻辑映射和编程下载等工作 。 草鱼草鱼 EDA 技术是指以计算机为工作平台 ， 鲤鱼 融合了

13、应用电子技术 、 pork计算机技术 、 pork信息处理及智能化技术的最新成果 ， 鲤鱼 进行电子产品的自动设计 。 草鱼草鱼 利用 EDA 工具 ， 鲤鱼 电子设计师可以从概念 、 pork算法 、 pork协议等开始设计电子系统 ，鲤鱼 大量工作可以通过计算机完成 ， 鲤鱼 并可以将电子产品从电路设计 、 pork性能分析到设计出 IC 版图或 PCB 版图的整个过程的计算机上自动处理完成 。 草鱼草鱼 课程设计说明书 2 2.2 草鱼 EDA 技术的发展 草鱼 从目前的 EDA 技术来看 ， 鲤鱼 其发展趋势是政府重视 、 pork使用普及 、 pork应用广泛 、 pork工具多样

14、、 pork软件功能强大 。 草鱼草鱼 现在对 EDA 的概念或范畴用得很宽 。 草鱼 包括在机械 、 pork电子 、 pork通信 、 pork航空航天 、 pork化工 、 p ork矿产 、 pork生物 、 pork医学 、 pork军事等各个领域 ， 鲤鱼 都有 EDA 的应用 。 草鱼 目前 EDA 技术已在各大公司 、 p ork企事业单位和科研教学部门广泛使用 。 草鱼 例如在飞机制造过程中 ， 鲤鱼从设计 、 pork性能测试及特性分析直到飞行模拟 ， 鲤鱼 都可能涉及到 EDA 技术 。 草鱼 EDA 设计可分为系统级 、 pork电路级和物理实现级 。 草鱼草鱼 在 E

15、DA 软件开发方面 ， 鲤鱼 目前主要集中在美国 。 草鱼 但各国也正在努力开发相应的工具 。 草鱼 日本 、 pork韩国都有 ASIC 设计工具 ， 鲤鱼 但不对外开放 。 草鱼 中国华大集成电路设计中心 ， 鲤鱼 也提供 IC 设计软件 ， 鲤鱼 但性能不是很强 。 草鱼 相信在不久的将来会有更多更好的设计工具在各地开花并结果 。 草鱼 据最新统计显示 ， 鲤鱼 中国和印度正在成为电子设计自动化领域发展最 快的两个市场 ， 鲤鱼 年夏合增长率分别达到了 50%和 30%。 草鱼草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 3 草鱼 电梯控制器设计 草鱼 3.1 草鱼 电梯控制器设计总体框图 草鱼 草鱼 草鱼

16、草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 电梯控制器的功能模块如图所示 ， 鲤鱼 包括主控制器 、 pork分控制器 、 pork楼层选择器 、 pork状态显示器 、 pork译码器和楼层显示器 。 草鱼 乘客在电梯中选择所要到达的楼层 ， 鲤鱼 通过主控制器的处理 ， 鲤鱼 电梯开始运行 ， 鲤鱼 状态显示器显示电梯的运行状态 ， 鲤鱼 电梯所在楼层数通过译码器译码从而在楼层显示器中 显示 。 草鱼 分控制器把有效的请求传给主控制器进行处理 ， 鲤鱼 同时显示电梯的运行状态和电梯所在楼层数 。 草鱼 由于分控制器相对简单很多 ， 鲤鱼 所以主控制器是核心部分 。 草鱼草鱼 3.2 草鱼 电梯控制器设计思路

17、草鱼 本系统的主要输入有电梯外上下控制按钮 Button（其中 Button(0)表示一楼电梯外上升请求 ， 鲤鱼 Button(1)表示二楼电梯外上升请求 ， 鲤鱼 草鱼 Button(2)表示二楼电梯外下降请求 ， 鲤鱼 草鱼 Button(3)表示三楼电梯外下降请求） ； pork电梯内到达楼层控制按钮 floor（其中 floor(0)表示请求到达一层 ， 鲤鱼 草鱼 floor(1)表示请求到达二层 ， 鲤鱼 草鱼 floor(2)表示请求到达三层） 。 草鱼草鱼 系统的输出包括电梯位置标识 position， 鲤鱼 表示电梯当前所在楼层 ； pork电梯开门关门显示按钮 door（

18、当 door=1 时表示开门 ， 鲤鱼 door=0 表示关门） ； por k电梯当前运行状态按钮 up_down（当 up_down=1 时表示电梯处于上升状态 ， 鲤鱼 当 up_down=0 时表示电梯处于下降状态） 。 草鱼草鱼 系统主要通过当前所在楼层以及运行状态 、 pork后续请求判断运行方式 。 草鱼 电梯处在 第一层时 ， 鲤鱼 当它收到二层电梯外上下楼请求 、 pork三层电梯外下楼请求 、 pork一层电梯内到达二层和三层请求时 ， 鲤鱼 电梯会按照指令上升到相应楼层并开门 、 pork关门 ； pork若收到一层电梯外上楼请求只做开门响应 ， 鲤鱼 随后根据使用者进入

19、电梯后请求进行响应 ； po r k状态显示器 主控制器 分控制器 译码器 楼层显示器 楼层选择器 图 草鱼 3 草鱼 草鱼 1 草鱼总体框图课程设计说明书 3 其他请求不响应 。 草鱼草鱼 当电梯处在第二层时 ， 鲤鱼 若系统收到二层电梯外上下楼请求只做开门响应 ； pork若收到三层电梯外下楼或二层电梯内到达三层请求 ， 鲤鱼 则做上楼响应 、 pork开门 ； pork若收到一层电梯外上楼或二层电梯内到达一层请求 ， 鲤鱼 则做下楼楼响 应并开门 ； pork其他请求不响应 。 草鱼草鱼 当电梯处在第三层时 ， 鲤鱼 若它收到二层电梯外上下楼请求 、 pork一层电梯外上楼请求 、por

20、k电梯内到达二层和一层请求时 ， 鲤鱼 电梯会按照指令下降到相应楼层并开门 、 pork关门 ；pork若收到三层电梯外下楼请求只做开门响应 ， 鲤鱼 随后根据使用者进入电梯后请求进行响应 ； pork其他请求不响应 。 草鱼草鱼 若电梯正处在上升状态中收到外部请求 ， 鲤鱼 则只响应比当前所在楼层高的楼层的请求 ， 鲤鱼 到达需要到达最高楼层时再响应低层请求 。 草鱼 若电梯正处在下降状态中收到外部请求 ， 鲤鱼 则只响应比 当前所在楼层低的楼层的请求 ， 鲤鱼 到达需要到达最低楼层时再响应高层请求 。 草鱼草鱼 3.3 草鱼 电梯处于各楼层的具体分析 草鱼 处于一楼时 ， 鲤鱼 不管是电梯

21、内或电梯外 ， 鲤鱼 电梯都只可能接收到上升的请求信号 。 草鱼此时 ， 鲤鱼 电梯就进入预上升状态 ， 鲤鱼 准备作上升运行 ， 鲤鱼 如果电梯没有接收到请求信号 ，鲤鱼 电梯则在一楼待机 。 草鱼草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 处于二楼时 ， 鲤鱼 电梯则可能出现三种情况 ： pork草鱼 1.电梯并没有接受到电梯内或电梯外的任何请求信号时 ， 鲤鱼 电梯则 停留在当前楼层 。 草鱼草鱼 2.电梯接收到上升请求信号 ， 鲤鱼 进入预上升状态 。 草鱼草鱼 3.电梯接收到下降请求信号 ， 鲤鱼 进入预下降状态 。 草鱼草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼

22、 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 处于一楼 有信号将上升 等待信号 图 草鱼 3 草鱼 - 草鱼 2 草鱼电梯处于一楼 处于二楼 有信号等待上升 等待信号 有信号等待下降 图 草鱼 3 草鱼 - 草鱼 3 草鱼电梯处于二楼 课程设计说明书 4 草鱼 草鱼 处于三楼时 ， 鲤鱼 不管电梯内或电梯外电梯都只可能接收到下降的请求信号 。 草鱼 此时 ，鲤鱼 电梯就进入预下降状态 ， 鲤鱼 准备作下降运行 。 草鱼 如果电梯没有接收到请求信号 ， 鲤鱼 电梯则停留在三楼 。 草鱼草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 电梯的运行规则确 立后 ， 鲤鱼 需对整个控制程序的设

23、计做一个流程规范 。 草鱼 对程序进行模块化构思 。 草鱼 根据 VHDL 语言的规则 ， 鲤鱼 程序必须由最基本的实体和结构体构成 。草鱼 实体对控制器的端口进行定义 ， 鲤鱼 结构体对各端口的行为进行描述 。 草鱼 因此程序运行需经过以下流程 ： porkVHDL 库调用 ： pork确立控制器的端口及相关的寄存器 ； pork根据电梯运行规则 ， 鲤鱼 设计相关运行描述 ； pork对电梯内信号进行处理 。 草鱼 总流程图如下 草鱼 草鱼 草鱼 3.4 草鱼 电梯外部端口具体说明 草鱼 3.4.1 草鱼 定义各个端口 草鱼 时钟信号（ clk） ； pork草鱼 一楼电梯外人的上升请求信

24、号（ Button0） ， 鲤鱼 二楼电梯外人的上升请求信号（ Button1） ;pork二楼电梯外人的下降请求信号（ Button2） ， 鲤鱼 三楼电梯外人的下降请求信号（ Button3） ； pork草鱼 处于 三楼 有信号等待下降 等待信号 图 草鱼 3 草鱼 - 草鱼 4 草鱼电梯处于三楼 图 草鱼 3 草鱼 - 草鱼 5 草鱼总流程图 课程设计说明书 5 电梯内人请求到达一楼的信号（ fllor0） ， 鲤鱼 电梯内人请求到大二楼的信号（ floor1） ， 鲤鱼 电梯内人请求到大三楼的信号（ floor2） ； pork草鱼 电梯控制复位信号（ reset） ； pork草鱼

25、 电梯所在楼层显示（ position3.0） ； pork草鱼 草鱼 电梯开门状态（ door） ； pork草鱼 电梯上下指示（ up-down） ； pork草鱼 3.4.2 草鱼 引脚锁定 草鱼 草鱼 草鱼 表 草鱼 3 草鱼 - 草鱼 1 草鱼 ： pork输入引脚锁定 草鱼 输入信号 锁定的引脚 clk PIN（ 76） Button3 PIN（ 68） Button2 PIN（ 69） Button1 PIN（ 70） Button0 PIN（ 73） floor2 PIN（ 80） floor1 PIN（ 81） floor0 PIN（ 82） reset PIN（ 83） w

26、arm PIN 草鱼 (57) 草鱼 输入共 10 个信号 ， 鲤鱼 clk 为输入脉冲 ， 鲤鱼 提供时钟 ， 鲤鱼 信号 Button3为三楼外下降请求信号 ， 鲤鱼 Button2为二楼外下降请求信号 ， 鲤鱼 Button1为二楼外上升请求信号 ， 鲤鱼Button0为一楼外上升请求信号 ； porkfloor2为电梯内三层请求信号 ， 鲤鱼 floor1为电梯内二层请求信号 ， 鲤鱼 floor0为电梯内一层请求信号 ； pork eset 为复位信号 ； porkwarm为警告信号 。 草鱼 草鱼 表 草 鱼 3 草鱼 - 草鱼 2 草鱼 ： pork输出引脚锁定 草鱼 输出信号

27、锁定的引脚 door PIN（ 78） Position3 PIN（ 46） Position2 PIN（ 45） Position1 PIN（ 44） Position0 PIN（ 39） q PIN（ 94） up_down PIN（ 95） 课程设计说明书 6 草鱼 输出信号共 7 个 door 为门信号 ， 鲤鱼 当 door=1时表示为门开 ， 鲤鱼 当 door=0时表示门关 ； porkposition3、 porkposition2、 porkposition1、 porkposition0， 鲤鱼 为控制数码管显示的输出引脚 ； porkq 为警告指示信号 ， 鲤鱼 当触发警

28、告 warm 时 q=1 则超载 ， 鲤鱼 当 q=0时则没事 ； porkup_down 为上下楼层显示信号 ， 鲤鱼 当 up_down=1时表示电梯正在向上运行 ，鲤鱼 当 up_down=0时表示电梯正在向下运行 。 草鱼草鱼 4 草鱼 仿真结果与说明 草鱼 草鱼 草鱼 使用者在一楼给予电梯上升请求信号 ， 鲤鱼 即 button0置 1， 鲤鱼 随后门打开 ， 鲤鱼 即 door置 1， 鲤鱼 使用者在电梯内给予三楼请 求信号 ， 鲤鱼 随后门关闭 ， 鲤鱼 即 door 置 0， 鲤鱼 并电梯上升 ， 鲤鱼 即 up_down 置 1， 鲤鱼 最后到达三楼后门打开 ， 鲤鱼 door 置 1。 草鱼草鱼 草鱼 草鱼 图 草鱼 4 草鱼 - 草鱼 1 草鱼 草鱼从一楼到三楼 图 草鱼 4 草鱼 - 草鱼 2 草鱼 草鱼三楼下一楼同时二楼有上升请求