三層電梯控制電路設(shè)計(jì)

1、三層電梯控制電路設(shè)計(jì)一. 設(shè)計(jì)要求1. 每層電梯入口處設(shè)有上下請(qǐng)求開(kāi)關(guān)，電梯內(nèi)設(shè)有顧客到達(dá)層次的停站請(qǐng)求開(kāi)關(guān)。2. 設(shè)有電梯入口處位置指示裝置及電梯運(yùn)行模式（上升或下降）指示裝置。3. 電梯每秒升（降）一層樓。4. 電梯到達(dá)有停站請(qǐng)求的樓層，經(jīng)過(guò)1秒電梯門(mén)打開(kāi)，開(kāi)門(mén)指示燈亮，開(kāi)門(mén)4秒后，電梯門(mén)關(guān)閉（開(kāi)門(mén)指示燈滅），電梯繼續(xù)進(jìn)行，直至執(zhí)行完最后一個(gè)請(qǐng)求信號(hào)后停留在當(dāng)前層。5. 能記憶電梯內(nèi)外所有請(qǐng)求，并按照電梯運(yùn)行規(guī)則按順序響應(yīng)，每個(gè)請(qǐng)求信號(hào)保留至執(zhí)行后消除。6. 電梯運(yùn)行規(guī)則一當(dāng)電梯處于上升模式時(shí)，只響應(yīng)比電梯所在位置高的上樓請(qǐng)求信號(hào)，由下而上逐個(gè)執(zhí)行，直到最后一個(gè)上樓請(qǐng)求執(zhí)行完畢；如果高層有

2、下樓請(qǐng)求，則相反。7. 電梯初始狀態(tài)為一層開(kāi)門(mén)狀態(tài)。二. 設(shè)計(jì)目的電梯控制器是控制電梯按顧客要求自動(dòng)上下的裝置。本文采用VHDL語(yǔ)言來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)用三層電梯控制器，其代碼具有良好的可讀性和易理解性，通過(guò)對(duì)三層電梯控制器的設(shè)計(jì)，可以發(fā)現(xiàn)本設(shè)計(jì)有一定的擴(kuò)展性，而且可以作為更多層電梯控制器實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。三. 控制器的設(shè)計(jì)方案控制器的功能模塊如圖1所示，包括主控制器、分控制器、樓層選擇器、狀態(tài)顯示器、譯碼器和樓層顯示器。乘客在電梯中選擇所要到達(dá)的樓層，通過(guò)主控制器的處理，電梯開(kāi)始運(yùn)行，狀態(tài)顯示器顯示電梯的運(yùn)行狀態(tài)，電梯所在樓層數(shù)通過(guò)譯碼器譯碼從而在樓層顯示器中顯示。分控制器把有效的請(qǐng)求傳給主控制器進(jìn)行處理，同

3、時(shí)顯示電梯的運(yùn)行狀態(tài)和電梯所在樓層數(shù)。由于分控制器相對(duì)簡(jiǎn)單很多，所以主控制器是核心部分。圖1.電梯控制器原理圖三層電梯控制器的結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)首先說(shuō)明一下?tīng)顟B(tài)。狀態(tài)機(jī)設(shè)置了10個(gè)狀態(tài)，分別是電梯停留在I層(stoponl)、開(kāi)門(mén)(dooropen)、關(guān)門(mén)(doorclose)、開(kāi)門(mén)等待第1秒(doorwaitl)、開(kāi)門(mén)等待第2秒(doorwait2)、開(kāi)門(mén)等待第3秒(doorwait3)、開(kāi)門(mén)等待第4秒(doorwait4)、上升(up)、下降(down)和停止(stop)。在實(shí)體說(shuō)明定義完端口之后，在結(jié)構(gòu)體architecture和begin之間需要有如下的定義語(yǔ)句，來(lái)定義狀態(tài)機(jī)。在結(jié)構(gòu)體中，設(shè)計(jì)

4、了倆個(gè)進(jìn)程互相配合，一個(gè)是狀態(tài)機(jī)進(jìn)程作為主要進(jìn)程，另外一個(gè)是信號(hào)燈控制進(jìn)程作為輔助進(jìn)程。狀態(tài)機(jī)進(jìn)程中的很多判斷條件是以信號(hào)燈進(jìn)程產(chǎn)生的信號(hào)燈信號(hào)為依據(jù)的，而信號(hào)燈進(jìn)程中信號(hào)燈的熄滅又是由狀態(tài)機(jī)進(jìn)程中傳出的clearup和cleardn信號(hào)來(lái)控制。在狀態(tài)機(jī)進(jìn)程中，在電梯的上升狀態(tài)中，通過(guò)對(duì)信號(hào)燈的判斷，決定下一個(gè)狀態(tài)是繼續(xù)上升還是停止；在電梯下降狀態(tài)中，也是通過(guò)對(duì)信號(hào)燈的判斷，決定下一個(gè)狀態(tài)是繼續(xù)下降還是停止；在電梯停止?fàn)顟B(tài)中，判斷是最復(fù)雜的，通過(guò)對(duì)信號(hào)的判斷，決定電梯是上升、下降還是停止。本設(shè)計(jì)需要完成的任務(wù)是編寫(xiě)VHDL弋碼來(lái)模擬現(xiàn)實(shí)中的三層電梯工作。在點(diǎn)陣上顯示電梯所在的樓層，當(dāng)其它樓層有

5、上或下的請(qǐng)求信號(hào)時(shí)，表示該樓層上或下的綠色或黃色指示燈亮，電梯開(kāi)始上或下運(yùn)行，當(dāng)?shù)竭_(dá)該樓層時(shí)，表示該樓層上或下的綠色或黃色指示燈滅，表示到達(dá)該樓層的紅色指示燈亮，點(diǎn)陣顯示樓層數(shù)，紅色指示燈滅。五.vhdl源程序libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.stdogic_arith.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entityelevatorisport(clk:instdogic;-ClockSignalk1,k2u,k2d,k3instd_logic;-Pushbuttond1,d2u,d2d,d3:ou

6、tstdogic;-Ledofeveryfloordoor1,door2,door3:bufferstd_logic;-doorledr0,r1,r2,r3,r4,r5,r6,r7outstdogic;-7segmentdriversa,sb,scoutstdogic);-DisplaySelectendelevator;architecturebehaveofelevatorissignalstate1,state3:stdogic;signalstate2u,state2d:std_logic;signaldoorflag:std_logic;signaludflag,runflag:st

7、d_logic;-upanddownflag,runflagsignaldcount:stdogic_vector(2downto0);-displaycountersignaldisplay:std_logic_vector(7downto0);signallocation:std_logic_vector(1downto0);signalwcount:std_logic_vector(10downto0);-waitcountersignalcounterdoorcountstdogic_vector(9downto0);-doorsignalcol1,col2,col3,col4,col

8、5,col6:std_logic_vector(7downto0);beginprocess(clk)-judgethekeyisorisnotbeenpushedbeginif(clk'eventandclk='1')thenif(k1='0'anddoor1='0')thenstate1<='1'd1<='1'elsif(location=0andwcount=0)thend1<='0'if(doorcount=1020)thenstate1<='0

9、9;endif;endif;if(k2u='O'anddoor2='0')thenstate2u<='1'd2u<='1'elsif(location=1andudflag='1'andwcount=0)thend2u<='0'if(doorcount=1020)thenstate2u<='0'endif;endif;if(k2d='0'anddoor2='0')thenstate2d<='1'd2d<

10、;='1'elsif(location=1andudflag='0'andwcount=0)thend2d<='0'if(doorcount=1020)thenstate2d<='0'endif;endif;if(k3='O'anddoor3='0')thenstate3<='1'd3<='1'elsif(location=2andwcount=O)thend3<='0'if(doorcount=1020)thenstat

11、e3<='0'endif;endif;endif;endprocess;process(clk)beginif(clk'eventandclk='1')thenif(location=0)then-display1col1<="00000001"col2<="00100001"col3<="01111111"col4<="11111111"col5<="00000001"col6<="00000001&q

12、uot;elsif(location=1)then-display2col1<="01100011"col2<="11100111"col3<="10001101"col4<="10011001"col5<="11110011"col6<="01100111"elsif(location=2)then-display3col1<="01000010"col2<="11011011"col3

13、<="10011001"col4<="10011001"col5<="11111111"col6<="01100110"endif;endif;endprocess;process(clk)-accumulatedcountbeginif(clk'eventandclk='1')thendcount<=dcount+1;endif;endprocess;process(clk)beginif(clk'eventandclk='1')the

14、nsa<=dcount(0);sb<=dcount(1);sc<=dcount(2);casedcountiswhen"111"=>display<="00000000"whenothers=>display<="00000000"endcase;endif;endprocess;process(clk)-Inthisprocess,a,b,c,d,e,f,ganddotwilloutputbeginif(clk'eventandclk='1')thenr0<=d

15、isplay(7);r7<=display(0);endif;endprocess;endbehave;注釋?zhuān)?. 本程序設(shè)計(jì)調(diào)用了IEEE庫(kù)，IEEE庫(kù)是VHDL設(shè)計(jì)中最為常用的庫(kù)，它包含有IEEE標(biāo)準(zhǔn)的程序包和其他一些支持工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的程序包。本設(shè)計(jì)采用了STD_LOGIC_1164、STD_LOGIC_ARITH、STD_LOGIC_UNSIGNED程序包。圖2.三層電梯控制器的vhdl描述2. 以關(guān)鍵詞ENTITY引導(dǎo)，ENDENTITYthreeflift結(jié)尾的語(yǔ)句部分，稱(chēng)為實(shí)體。VHDL的實(shí)體描述了電路器件的外部情況及各信號(hào)端口的基本性質(zhì)。本設(shè)計(jì)定義了關(guān)于三層電梯控制器用到的各類(lèi)

16、時(shí)鐘、異步復(fù)位按鍵、信號(hào)燈指示、電梯的請(qǐng)求。端口模式主要就是IN、BUFFER、OUT端口。及定義了各端口信號(hào)的數(shù)據(jù)類(lèi)型，主要是STD_LOGIC（標(biāo)準(zhǔn)邏輯位數(shù)據(jù)類(lèi)型）、INTEGER（整數(shù)類(lèi)型）、STD_LOGIC_VECTOR（標(biāo)準(zhǔn)邏輯矢量數(shù)據(jù)類(lèi)型）。這些都滿足上面調(diào)用的IEEE庫(kù)中的程序包。3. 以關(guān)鍵詞ARCHITECTURE弓I導(dǎo)，ENDARCHITECTUREa結(jié)尾的語(yǔ)句部分，稱(chēng)為結(jié)構(gòu)體。結(jié)構(gòu)體負(fù)責(zé)描述電路器件的內(nèi)部邏輯功能或電路結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)定義了IO個(gè)狀態(tài)。描述了在三層電梯中出現(xiàn)的各種可能的情況作為控制電梯的主要進(jìn)程。信號(hào)燈控制作為輔助進(jìn)程。六. 三層電梯控制器模塊原理圖圖3.三

17、層電梯控制器模塊原理圖七. 三層電梯控制器的仿真模塊1. 下圖所示仿真的是在第二層電梯外部有上升請(qǐng)求，也就是f2upbuttton信號(hào)的一個(gè)脈沖，可以看到電梯從一層上升到二層，position信號(hào)由1變到2,doorlight信號(hào)1'表示開(kāi)門(mén)，0'表示關(guān)門(mén)。當(dāng)乘客進(jìn)入電梯以后，在電梯內(nèi)部要求上升到第三層，也就是stop3button產(chǎn)生一個(gè)脈沖，電梯上升到第3層，開(kāi)門(mén)4秒以后關(guān)門(mén)，停留在第三層，position最后的值為3。在仿真圖中看不到buttonclk，只顯示為一條黑色的線，是因?yàn)椴捎昧祟l率較大的時(shí)鐘。再看fuplight信號(hào)燈，當(dāng)二層有上升請(qǐng)求的時(shí)候，它的值由0變到2。

18、（注意fuplight和fdnlight是3位的二進(jìn)制向量，這里的2代表“010”，表示二層有請(qǐng)求；“100”也就是4，表示三層有請(qǐng)求）。當(dāng)電梯停留到第二層以后，表明該請(qǐng)求被響應(yīng)，所以它的值變?yōu)?,由于沒(méi)有下降請(qǐng)求信號(hào)，所以fdnlight信號(hào)燈的值一盲都為O。Mimi#-1*!buttonOur-kflJhW-Il訶Wig9-科轉(zhuǎn)IZEP""&曲$第眄f"QjpCMHm伽f上Im74mli«7”扛4u>kiyt*JTtlwqltl世*砂和暉圖4.有上升請(qǐng)求的仿真波形.2. 是有下降請(qǐng)求的情況，它是圖4的繼續(xù)，當(dāng)電梯停留在第三層的時(shí)候，在電

19、梯外第二層有下降請(qǐng)求，這時(shí)候fdnlight信號(hào)燈由0變?yōu)?,說(shuō)明第二層有下降請(qǐng)求。電梯下降到第二層，響應(yīng)了下降請(qǐng)求，所以fdnlight信號(hào)燈清0。這時(shí)候，在電梯內(nèi)部沒(méi)有停留在哪層的請(qǐng)求，所以電梯就停留在第二層，position信號(hào)的值保持在2。I*-HF-礦耳鼻*憾片Y桔屮甸-冷圖5有下降請(qǐng)求的仿真波形3. 同時(shí)有上升和下降請(qǐng)求信號(hào)時(shí)，電梯的運(yùn)行情況如圖6所示。圖6仿真的情況是，原先電梯停留在第一層，這時(shí)候電梯外第三層有下降請(qǐng)求，電梯上升到第三層，乘客進(jìn)入電梯以后要求下降到一層，與此同時(shí)，在電梯外第二層有上升請(qǐng)求，電梯首先要響應(yīng)下降請(qǐng)求然后再響應(yīng)這個(gè)上升請(qǐng)求，所以電梯得先下降到一層，然后再

20、上升到第二層來(lái)，這是符合常理的。從仿真的波形看，電梯的位置變化和想象是一致的。電梯的運(yùn)行情況完全正確。最后乘客在電梯內(nèi)部要求上升到三層，所以電梯最后的停留位置為三層。4. 圖7所示的仿真，原先電梯停留在第一層，電梯外第三層有下降請(qǐng)求，電梯上升到三層，乘客進(jìn)入電梯以后要求下降到一層，此時(shí)，二層有下降請(qǐng)求，接著又有上升請(qǐng)求，電梯首先在二層停留。然后下降到一層。隨后要響應(yīng)二層上升請(qǐng)求，上升到二層，乘客進(jìn)入電梯以后要求上升到三層，所以電梯最后的停留位置在三層。thjriMMLbIT-.*i'EHS-JhtjiiwVlip?biLAT-LMSf-flbTU-n*ib£nfnn1DP*®亞血血血紳軻巾巾*9QQi»>-11一”A-oME*dVIll.2嚴(yán)uinnnnnnnnnfULnjuuuijv叫yjuui肌血uuinjinw山iur圖7.復(fù)雜情況下請(qǐng)求信號(hào)的仿真波形八. 設(shè)計(jì)的擴(kuò)展性在本設(shè)計(jì)中