EDA电梯控制器设计

俄面理工辔傀

EDA技术综合课程

设计

课程：EDA技术综合课程设计________

题目：电梯限制器____________

所属院系：电气工程学院专业班级:自控1304班

姓名：SS___________学号：丝

指导老师：____________张立众_____________

完成地点：陕西理工学院_____

书目

1,设计任务...................................................2

2.可选器材..................................................2

3.设计框图..................................................2

4.设计思路..................................................4

5.引脚安排..................................................5

6程序清单.................................................9

7.主控模块仿真.............................................16

8.问题与改进...............................................17

9.总结与感受...............................................18

10.参考文献............................................19

一.［设计任务］

1、设计一个三层的电梯限制器。

2、用数码管显示电梯所在的楼层号，电梯初始化后状态在第一层楼。

3、每层电梯外都有上下楼恳求开关，电梯内部有到各楼层的恳求开关与

紧急故障开关；用数码管显示上行或下行状态，用发光二极管显示是否

有紧急状况。

4、电梯每秒升（降）一层，电梯到达有停站恳求的楼层后，经1秒电梯开

门，开门指示灯亮，开门4秒后指示灯灭，关门，电梯接着运行。

5、当电梯被锁定或发生紧急状况后，电梯停止运行，直到解除锁定或紧

急故障后才可以从停止时的状态接着运行。

6、当电梯处于上升状态时，只响应比电梯所在位置高的上楼恳求信号，直

到最终一个上楼恳求执行完毕，再进入下降模式；同理，电梯处于下降

状态时，只响应比电梯所在位置低的下楼恳求信号，直到最终一个下楼

恳求执行完毕，再进入上升模式。

二.［可选器件］

1.计算机组成/ISP试验箱一台（含电源）

2.电源线一根

FPGA/CPLD下载板一块（或多块，可选）（其中下载版选择以下型号Cyclone

EP1C6Q240C8）

3.并行口下载电缆一根

4.电压表棒一付

5.试验指导书一份

6.配套集成电路芯片若干

三.［设计框图］

系统主要分为：

主限制模块control,包含状态机，限制电梯的运行与状态转换；

消抖模块unshake,消退开关电路的抖动现象，确保逻辑的正确性；

显示模块display,内含译码功能，协作限制器显示电梯的工作状态。

模块框图见图1,总体框图详见图2。

faxitroi

图1各模块框图

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图2系统总体框图

四.［设计思路］

1.对于电梯限制逻辑的实现，主要是限制模块control,故下面主要介绍

限制模块control的设计思想。

限制模块control有一个进程kl,其中又设置了一个计数变量ent,范围

为「2000000。计数变量ent其实是起到分频器的作用，产生了一个1Hz

的时钟,在ent计数2000000次的时间内(BPIs),运行限制电梯升降、

停留的程序，这些部分相当于以1Hz的时钟触发；

而系统主频时钟2MHz作为触发时钟不断检测用户是否有恳求输入，或者

电梯是否有异样状况。对于一、二、三层信号，分别由flagl、flag2、

flag3和clearl、clear2>clear3两套标记为来限制输入恳求是否有效,

是否应当对标记位清零。

2.主要规则是：

当一层(upone、one)、二层(uptwo、downtwotwo)或三层

(downthreethree)的输入信号有效时,相应标记位flagl、flag2>

flag3置'1',表明该层有恳求。

当一层(upone、one)、二层(uptwo^downtwo、two)或三层

(downthreethree)的输入信号无效时,相应标记位clear1、clear2、

clear3置'1',表明相应得到达楼层恳求已经在上一个时钟沿完成；

同时对应的标记位flagl、flag2>flag3置'1',表明相应楼层无恳求。

updown信号值为'1'时表明电梯处于上升状态，为‘0'时处于

下降状态。

程序有两个信号表示电梯的状态：一是位置状态，二是运行状态。

p。siti。n表明电梯的位置状态，是一个取值「3的整数，分别表示电梯

处于第一、二、三层；state表示电梯的运行状态，使枚举数据类型，

共10个值，分别是：

一states为电梯所处的各个状态

-upl表示电梯正在从第1层上升

~叩2表示电梯正在从第2层上升

一downl表示电梯正在向第1层下降

-down2表示电梯正在向第2层下降

--5top表示电梯停止在某一层上

--dwl表示电梯开门的第一秒

一dw2表示电梯开门的其次秒

一dw3表示电梯开门的第三秒

一dw4表示电梯开门的第四秒，推断电梯的下一个状态

-dw5表示当电梯处于上升或下降状态时，假如没有相应的上升或下降

恳求信号，则转入

dw5状态，使其天再在上升或下降状态停留，而响应其它信号

程序利用case语句实现这10个状态间的相互转移°

五.［引脚安排］

详见下图

GeneralFunction|spedalFunction

T。LocabonI/OBankI/OStandardReservedSigna

1力•arrivePIN_2212LVTTLColumnI/OLVDS21p

2•dkPIN_281LVTTLDedicatedClockCLKO/LVDSCLKlp

3I^downthreePIN_1353LvmRowI/OLVDS47p

4*downtwoPIN_1343LVTTLRowI/OLVDS47n

5emergencyPIN_211LvmRowI/OLVDS7n/DM0L

6lightdown[0]PIN_934LVTTLColumnI/OVREF1B4

72lightdown[1]PIN_944LVTTLColumnI/OLVDS61p/DMlB

8"lightdown⑵PIN_954LVTTLColumnI/OLVDS61n

94>hghtdown[3]PIN_96qLVTTLColumnI/OLVDSGOp

10<>Hghtdown[4]PIN_974LVTTLColumnI/OLVDS60n

11lightdown[5]PIN.984LvmColumnI/OLVDS59p

124>iightdown[6]PIN_994LVTTLColumnI/OLVDS59n

13,L>hghtup[0]PIN.814LvmColunnI/OLVDS65n

14®>ightup[l]PIN_824LVTTLColumnI/OLVDS64p

15"hghtup⑵PIN_834LVTTLColumnI/OLVDS64n

164>bghtup[3]PIN_844Lvm.ColumnI/OLVDS63p

17t>hghtup[4]PIN_854LVTTLColumnI/OLVDS63n

18»ghtup[5]PIN_864LvmColumnI/OLVDS62p

19Sightup⑹PIN_874LVTTLColumnI/OLVDS62n

TO•lockPIN_181LVTTLRowI/OLVDSSp

21O^onePIN_1363LVTTLRowI/OLVDS46n

22I^overPIN_231LVTTLRowI/OVREF1B1

23"resetPIN_1393LVTTLRowI/OLVDS45p

244>serout[0]PIN_U34LVTTLColumnI/OLVDS55p/DQlB3

25<^serout[l]PIN_1144LVTTLColumnI/OLVDS55n/DQlB2

26■fc>serout[2]PIN_1154LVTTLColumnI/OLVDS54p/DQlBl

27C>serout[3]PIN_1164LVTTLColumnI/OLVDS54n/DQlB0

284>serout[4]PIN_1174LVTTLColumnI/OLVDS53p

29C>serout[5]PIN_1184LVTTLColumnI/OLVDS53n

30€>serout[6]PIN_U94LVTTLColumnI/OLVDS52p

31•threePIN_1383LVTTLRowI/OLVDS45n

3-

32•twoPIN_137LVTTLRowI/OLVDS46p

33-uponePIN_1323LVTTLRowI/OLVDS48n/tX31R5i

34•uptwoPIN_1333LVTTLRowI/OLVDS48p/DQlR4____•

［状态流程图］

1、顶层流程图解

2、以下是较详细的状态转化图

六.［程序清单］

消抖模块(程序分两栏排版)

libraryieee;architectureaofunshakeis

useieee.std_logic_1164.all;signalcp:std_logic;

usesignaljsp:integerrange0to

ieee.std_logic_unsigned.all;3;

useieee.std_logic_arith.al1;begin

process(elk)

entityunshakeis

begin

port(elk:instd_logic;

if(elk,eventand

时钟,10HZ；

clk=，T)then

key:instdlogic;一一

ifkey='1'then

开关信号；

ifjsp=3

keyout:outstd_logic);

then

一消抖之后的开关信号

end;

jsp<=jsp;cp<=，0，;

elseendif;

else

jsp<=jsp+l;jsp<=0;

endif;endif;

ifjsp=lendif;

thenkeyout<=cp;

endprocess;

cp<-f;end;

else

显示模块（程序分两栏排版）

1ibraryieee;

useieee.stdlogicl164.all;

useieee.stdlogicunsigned,all;

useieee.std_logic_arith.all;

entitydisplayisserout:out

port(elk:instd_logic;std_logic_vector(6downto0));

1ight:inintegerrangeend;

1to3;architectureaofdisplayis

signaldisp:elsiflight=2then

std_logic_vector(6downto0);disp<=〃0010010〃;

beginelsiflight=3then

process(elk)disp<=〃0000n0〃;

beginendif;

if(clk，eventandendif;

clk=，r)thenendprocess;

iflight=1thenserout<=disp;

disp〈二〃1001111〃；end;

主控模块

libraryieee;

useieee.std_logic_l164.all:

useieee.std_logic_unsigned.all;

useieee.std_logic_arith.all;

*y**1**T**v**T**T**T*孑、

\lx

entitycontrolis

port(upone,uptwo,downtwo,downthree:instdlogic;--电梯外乘

客的恳求信号

one,two,three:instd_logic;一电梯内乘客的恳求上或下至

几层楼的信号

reset:instdlogic;--复位初始化开关

over,emergency,lock:instd_logic;一超重、紧急停运和上锁

信号

elk:instd_logic;一时钟信2MHz

alarm,ovelight,locklight:outstd_logic;一故障、超重与

锁定提示灯

P:outintegerrange1to3;一电梯当前位置

lightup,lightdown:outstdlogicvector(6downto0);

--1ightup显示'u则电

梯在上升模式，

一lightdown显示'd'则

电梯在下降模式；

arrive:outstd_logic);-arrive为'T时表明电梯到达楼

层，并在开门状态

end;

___%?*\]■

Z?*ZT*Zv**7*ZTSZ/SXT*^7*Z7*(、^7*4、(、ZTX4、4、XTX/J**\>«、*1、*T**7^^7**7*Z7*

<lx<Lx

*T>XTX

architecturebehaveofcontrolis

typestatesis(upl,up2,down1,down2,stop,dwl,dw2,dw3,dw4,dv/5);

一states为电梯所处的各个状态

--upl表示电梯正在从第1层上升

--up2表示电梯正在从第2层上升

-down1表示电梯正在向第1层下降

一down2表示电梯正在向第2层下降

一stop表示电梯停止在某一层上

-dwl表示电梯开门的第一秒

一dw2表示电梯开门的其次秒

--dw3表示电梯开门的第三秒

--小丫4表示电梯开门的第四秒，推断电梯的下一个状态

--dw5表示当电梯处于上升或下降状态时，假如没有相应的上升或下降

恳求信号，则转入

一此dw5状态，使其不再在上升或下降状态停留，而响应其它信号

signalstate:states;

signalclearl,clear2,clear3,flagl,flag2,flag3,fll,fl2,fl3:

std_logic;

—这些都是标记位，限制电梯的状态转换

—flagl.flag2、flag3代表各层相应的恳求信号

一clearl.clear2sclear3代表相应层的恳求已经完成，可以接收新

的任务

signalposition:integerrange1tc3;--电梯的当前停留位置

signallup,Idown:std_logic_vector(6downto0);一与lightup和

1ightdown功能相同

signalarr:stdlogic;--与arrive功能相同

signalala,ov,loc:std_logic;一与

alarm,ovlight,locklight功能相同

begin

kl:

process(elk)

variableent:integerrange1to2000000;

variableupdowr.:std_logic;—此变量表明电梯处于上升或下降

状态

begin

if(clk，eventandelk=，T)then

if(upone=，Porone='1')then――层有上楼恳求

flagl<=r:

elsifclearl=，1'then一层的恳求已完成

flagl<=，O';-当没有新恳求信号则清

零

endif;

if(uptwo='rordowntwo=1ortwo='1')then一一

一■层有恳求

flag2<=f;

elsifclear2='1'then一二层的恳求已完成

flag2<=05;-当没有新恳求信号则二

层清零

endif;

if(downthree='1'orthree=*T)then一三层有恳求

flag3<=f;

elsifclear3='1'then-三层的恳求已完成

flag3<=0,;一当没有新恳求信号则三

层清零

endif;

if(emergency='1')then

elsif(over=，T)then

ov<=，P;

elsif(lock二’1')then

loc<=，f;

endif;

ifcnt<2000000then一通过计数2000000获得Is的时钟信号

ent:=cr.t+l;一计数信号小于20000000则加1

else

ifreset='1'then一复位时，电梯初值设置在一层,

状态为stop

positional;

state<=stop;

ovelight<=O'-各状态指示灯均灭

locklight<=，O';

alarm<=，0,;

ldown<=，，lllllll//;

else

fll<=flagl;

f!2<=flag2;

fl3<=flag3;

-flK门2、fl3置'1'表示相应楼层有恳求信号,并把

相应的任务完成信号clear

一置'O',表示有新的任务等待完成

if(fll=，r)then

clearl<='O';

endif;

if(fl2=Dthen

clear2<=，;

endif;

if(fl3=T')then

clear3<=，O';

endif;

casestateis--状态机描述

whenupl=>--------------upl：正在从一层上升

iffl2=，0，then一若上升期间二层期间无恳求，则

干脆上三层

clearl<=，O';

clear3<=，O';

state<=up2;

position<=2;

else

state<=stop;

position<=2;

f12<=O';一完成了对二层恳求的响应；

clear2<=，V;

endif;

whenup2=>---------------up2：正在从二层上升

clearl<=，O';

clear2<=;

state〈二stop;

pcsition<=3;

ifposition=2then一假如电梯在其次层

position<=3;一那么下一个位置在第三层

f13<=0,;-完成了对第三层恳求的相应

clear3<=，1';

elsifposition=1then一假如电梯在第一层

position<=2;一那么下一个位置在其次层

f12<=O';一二层的恳求已经完成

clear2<=，T;

endif;

whendown1=>--正在向第一层下降

clear2<=,0*;

clear3<=,O';

state〈二stop;一下一状态是stop

ifposition=2then一假如电梯在其次层

positional;一那么下一个位置在第一层

fllC'O';一一层的恳求已经完成

clearl<=，T;

elsifposition=3then

position<=2;

f12<='O';

clear2<=，T;

endif;

whendown2=>一正在向其次层下降

一假如在下降期间，二层没有恳求，就干脆下到一层

iffl2='O'then

clearl<=，O';

clear3<=,O';

一下一状态转至downl,电梯将会再下降一层

state<=downl;

pcsition<=2;一电梯的下一个位置在其次层

else

state<=stop;--若下降期间二层有恳求，则在二层停

下

pcsition<=2;一位置转至二层

门2<='0';一完成了对二层恳求的响应

clear2<=，1';

endif;

whenstop=>一在停止状态

if(emergency='1'orover=，f)then

state<=stop;

else

state<=dwl;一下一状态转至dwl,电梯会进入开门状态

arr<-f;一a门'置'1',表明电梯到达并开门

lup<=，zlllllir，;一上升指示灯灭

ldown<=，/lllllir/;--下降指示灯灭

endif;

whendwl=>一在dwl状态时,等待Is

state<=dw2;--下一状态转至d;v2

whendw2=>

state<=dw3;

whendw3=>

state<=dw4;

whendw4=>

arr<-0);--开门灯灭

ifposition=lthen一假如电梯在第一层

updown1';--则进入上升模式

门1<二'0'；一一层的任务完成

clearl<=，1';

iffl2=，Tthen一假如二层有恳求

state<=upl;一先响应二层的恳求，再响应上升

层的恳求

arr<=0,;--维持灯熄灭状态

lup<=，z100000rz；一上升灯亮，显示字母，U'

elsiffl3=,fthen--若三层有恳求

state<=upl;

一响应完二层恳求信号后，再响应第三层的恳求

arr<=，0';一开门灯维持熄灭状态

lup<=〃1000001〃;一上升灯亮，显示字母‘U'

endif;

elsifposition=3then

updown:='O';--进入下降状态

fl3<=，O';一到达三层的任务已完成

clear3<=，1';

iffl2=’1'then一若二层有恳求

state<=down2;

一先响应二层恳求，再转入下降一层的状态

arr<=，O';

ldown<="1000010”;--下降灯亮,显示'd,

elsiffll=，1'then

state<=down2;

一响应完二层恳求信号后再响应一层的恳求

arr<=，0';

ldown<=z，1000010";

endif;

elsifposition=2then

f12<=0f;一到达二层的任务已经完成

clear2<=，1';

ifupdown=，rthen

一当电梯处于上升状态，不响应一层的恳求

iffl3=fthen

state<=up2;

arr<=，O';

iup<=//iooooor,；

else

state<=dw5;

一若三层无恳求，就转至dw5状态

endif;

endif;

ifupdown='O'then

一当处于下降状态，不响应三层的恳求

iffll=，fthen

state〈二down1;

arr<=，O';

ldown<=〃1000010〃;一下降灯亮,显示'd'

else

state<=dw5;

—若一层无恳求，就转至dw5状态

endif;

endif;

endif;

whendw5=>

一只要到了dw5的状态，无论原来处于上升或下降状态，对三层和一层的

信号都可相响应

iff13=，Pthen

state<=up2;

arr<=，O';

lup〈二〃1000001〃;一上升灯亮，显示字母'U'

elsifflrthen

state〈二down1;

arr<=，O';

ldown<=zz1000010z，;--下降灯亮，显示，d,

endif;

endcase;

ent:=1;一进程完成一次全部的状态、条件推断并执行相应操作

后，计数信号重置1

endif;

alarm<=ala;

ovelight<=ov;

locklight<=loc;

endif;

endif;

endprocess;

p<=position;一给输出信号赋值

1ightup<=lup;

1ightdown<=ldown;

arrive<=arr;

end;

七.［主控模块仿真］

1.由于显示和消抖模块为通用模块，在此不再赘述仿真结果，主要给出主

控模块的仿真分析

2.为便于仿真，将主控模块control单列为一个工程，并把计数变量ent的

值由改为2°

|SimulationWaveforms

MasterTim?Bar：17.75ns”“Pointer：1.88nsInterval:-15.87nsStart：End：

40.0ns80.0ns120.0ns160.0ns200.0ns240.0ns280.0ns320.0ns

Value._

ke

17.75

uj

alarm位后到站等会亮

arriveU0jIi!i|jjI/；!1：

dkU1inn皿嘤i用uuuuuuuuuwwinrnio™皿吧卿MJinn;nnnru

L>cownthreeU0

喙念情况信号有效，则停止运行直到解除

cowntwoV0

N

emergencyU0__i!1!1!j

0lightdownU6(I66X127\j€61271

L_L_

3Slightupu型:65*+-127_____i______________w1\\127

AlockU0

locklightU1

V0TT

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cvelightU1

复位时电梯在一层

everU0

回IU0；QX1X2X-:i3(Il__1：

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