基于FPGA的四层电梯控制器设计.docVIP

山东大学 威 海 分 校 课 程 设 计 报 告 设计题目： _基于FPGA的四层电梯控制器设计 指导教师： 李素梅 郑亚民 董晓舟 ___ 姓 名： 学 号： 20058002089 院 系： 信息工程学院 专 业： 电子信息科学与技术 年 级： 2005级 2008年 7月 15 日目 录 摘 要 1 关键词 1 1、设计要求 1 2、总体设计 1 3、详细设计 2 3.1 中央处理模块 2 3.2 外部数据采集模块 3 3.3 信号存储模块 3 3.3 显示模块 4 4、仿真 4 5、结语 5 附 录 ：源程序 5 摘 要: 本文介绍了基于FPGA的电梯控制器的总体设计方案，阐述了其内部功能模块的工作原理，基于状态机的原理，利用VHDL语言对各功能模块进行了编程、编译、仿真，并下载到实验箱上进行了验证。结果表明，该电梯控制器按进循方向优先的原则可为四个楼层提供载客服务，并具有电梯运行情况指示功能。文中使用的设计方法不仅简化了电路设计、节约了设计成本，而且提高了控制器的可靠性、稳定性和灵活性。 关键词：VHDL; FPGA; 状态机; 电梯控制 1、设计要求 (1) 使用VHDL语言与状态机设计思想设计一个4层建筑的电梯控制器； (2) 每层电梯入口设有上下请求开关及电梯内设有到达楼层请求开关； (3) 电梯每5秒钟升(降)一层； (4) 电梯到达有请求的楼层自动开门并定时关门和紧急状态紧急停止运行的功能； (5) 能记忆电梯内外所有请求信号并按照电梯运行规则按顺序响应, 每个请求信号留至执行完后消除； (6) 电梯运行规则———当电梯处于上升模式时, 只响应比电梯所在的位置高的上楼请求信号, 由下而上逐个执行, 直到最后一个上楼请求执行完毕，如果高层有下楼请求，则直接升到有下楼请求的最高楼层, 然后进入下降模式，当电梯处于下降模式时，则与上升模式相反。 2、总体设计 根据上述设计要求，可以得到电梯控制器的总体结构如图1所示。该系统包括外部数据采集模块、信号存储模块、中央处理模块、控制输出与显示模块。外部数据采集模块负责采集用户通过按键输入的请求信号、光敏传感器采集的到达楼层信号和压力传感器采集的超载信号；信号存贮模块负责存储电梯内外及各层用户的请求信号和故障、超载信号；中央处理模块处理电梯运行中的各种状态,在电梯运行过程中,对信号存储模块的用户请求数据进行比对, 从而确定电梯的运行状态；显示模块主要显示电梯所在楼层、电梯运行方向和关门延时等；控制输出主要有电梯的升、降、停和门的开、关、停以及报警等信号。 图1 电梯控制器总体结构 3、详细设计 3.1 中央处理模块 中央数据处理模块是系统的核心，通过对存储的数据（含用户请求、到达楼层和故障、超载等信号）进行比较、判断以驱动系统状态的转换。电梯工作过程中共有4种状态：第一层、第二层、第三层、第四层。而每种状态都有等待、上升、下降、开关门、超载报警以及紧急停止动作（第一层无下降动作，第四层无上升动作）。一般情况下，电梯工作起始点是第一层，起始状态是等待状态，启动条件是收到上升请求信号。系统的状态流程图如图2所示。图中超载状态时电梯关门动作取消，本系统由请求信号启动，运行中每检测到一个到达楼层信号，就将信号存储器的请求信号与楼层状态信号进行比较，再参考原方向信号来决定是否停止、转向等动作。 图2 系统的状态转换图 系统输入输出端口的VHDL语言定义如下： port ( clk : in std_logic; --时钟信号（频率为1Hz） o_u1,o_u2,o_u3: in std_logic; --电梯外人的上升请求信号 o_d2,o_d3,o_d4 : in std_logic; --电梯外的下降请求信号 in1,in2,in3,in4 : in std_logic; --电梯内的请求信号 led : out std_logic_vector(3 downto 0);--电梯所在楼层显示 led_c : out integer range 0 to 15; --开关门延时显示 stop,overload : in std_logic --紧急停止运行及超载信号 ); .2 外部数据采集模块 外部数据采集模块的功能是实时、准确的采集外部信号，以便准确、实时的捕捉楼层到达信号、用户请求信号和超载信号等，有效防止对楼层到达信号和外部请求信号的误判。由于外界干扰，电路中会出现毛刺现象，使信号的纯净度降低，单个的毛刺往往会被错误的当成系统状态转换的触发信号，从而严重影