EDA三层电梯控制设计.doc

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：f2dnbuttion、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：udsig，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（down），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;-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 threeflift;- -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 ctrlift: 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;cleardndoorlight=1;position=1; pos:=1;mylifttimelight=1;myliftclearup=0;cleardn=0;timelight=2;myliftmylift=doorwait4;timelightmylift=doorclose;timelightdoorlight=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=000thenudsig=1; mylift=doorclose;else udsig=1;tim:=0;mylift=down;end if;elsif position=2 thenif stoplight=000 and fdnlight=000 and fuplight=000thenudsig=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=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 fdnlight=000 and fuplight=000then 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=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=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)=1or(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=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=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;stop1position=position+1;pos:=pos+1;if pos3 and(stoplight(pos)=1 or fuplight(pos)=1)then mylift1 and(stoplight(pos)=1or fdnlight(pos)=1)then mylift=stop;else myliftposition1 and(stoplight(pos)=1 or fdnlight(pos)=1)then mylift=stop;elsif pos=1 and(stoplight(pos)=1or fuplight(pos)=1)then mylift=stop;else myliftmyliftdoorlight=1;if udsig=0 thenif position=2 and (stoplight(position)=1 or fuplight(position)=1) thenclearup=1;else clearup=1; cleardn=2 and (stoplight(position)=1 or fdnlight(position)=1) thencleardn=1;else clearup=1;cleardn=1;end if;end if;mylift=doorwait1;