基于FPGA的设计正文.docVIP

桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书 第  PAGE 28 页 共  NUMPAGES 29 页 引言 随着经济和科学技术的发展，电梯在高层建筑物的作用越来越凸出。目前电梯主要分为机械系统与控制系统两大部份，而电梯的控制系统主要有三种控制方式分别是：继电路控制系统(“早期安装的电梯多位继电器控制系统)、基于FPGA控制系统、微机控制系统。实现继电路控制系统方法很多，可以用标准逻辑器件、可编程序控制器PLC、单片机等方案来实现。但是这些方法的功能修改及调试都需要硬件电路的支持，在一定程度上增加了功能修改及系统调试的困难,且该系统由于故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点，已渐渐被人民淘汰。微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷，没能广泛应用电梯中。而基于FPGA的电梯控制系统由于可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点，在电梯控制中得到广泛应用，从而使电梯由传统的继电器控制方式发展为计算机控制的一个重要方向，成为当前电梯控制和技术改造的热点之一。 本文给出一个基于FPGA的6层自动升降电梯控制系统的设计方案。它的设计是采用通俗易懂的Verilog HDL硬件描述语言使用EDA技术在Quartus II软件平台上设计完成，程序设计、编译以及时序仿真通过后再下载到开发板配合外围电路（模拟电梯的电路）来验证该系统的可行性。这个系统分主要有6个模块，分别是键盘响应寄存处理模块、上升/下降请求寄存处理模块、电梯运行和停止处理模块、开门/关门与延时处理模块、电梯运行方向判断模块和电梯运行状态显示模块。通过模块化设计不仅提高了程序编程错误的排查能力还提高了系统的可靠性。 1 概论 1.1 电梯国内外现状 1.1.1国内现状 电梯作为中国对外最早的行业经过多年的发展，电梯产品无论在数量和质量都有了显著的提高，和国外产品差距越来越小。考虑到经济性，现有国内的电梯控制系统，通常采用微机或可编程逻辑控制器对变频器进行多段速控制。在电梯传动系统方面，对于新装客梯及旧梯改造项目，大多数采用了交流变压变频VVVF)调速电梯。在电梯反馈系统方面，采用闭环速度反馈，利用套在电机轴上的增量编码器产生脉冲信号反馈给控制系统。在井道信号采集方面，目前国内电梯一般都采用增量编码器记数方式配合双稳态磁开关或光电开关来识别轿厢位置。尽管国内电梯市场需求因多方面需求得到迅速增长，但中国加入WTO后，外资品牌电梯进入中国并在中国电梯市场份额中占有的比重大，因此自主品牌企业的发展还任重道远。 1.1.2国外现状 由于国外电梯技术发展早，因此国外电梯技术一直走在世界的前头。目前在电梯控制系统方面国外发达国家的电梯正在推广32位微机控制系统。他们都采用闭环反馈单微处理机控制系统或多微处理机协调控制系统。在电梯传动系统方面，采用交流变压变频(VVVF)调速技术，实现电梯从超低速到高速无级调速的高精度运行，具有节能、对电网污染小、乘坐舒适感佳等优点。在电梯反馈系统方面，除了采用旋转编码器获得电梯轿厢位置信号外，还有一些厂家采用绝对值编码器从电梯轿厢上反馈位置信号给系统，对曳引电机进行以距离为原则的控制，以实现直接平层技术，达到优越的电梯运行效果。 国外电梯不仅仅在技术上有领先优势，同时在安装调试、售后服务和维修保养方面都下足功夫。在国外己有法规实行电梯制造、安装和维修一体化，实行由各制造企业认可的、法规认证的专业安装队和维修单位，承担安装调试、定期维修和检查试验，从而为电梯运行的可靠性和安全性提供了保证。 1.2 EDA技术的概述 EDA即电子设计自动化(Electronic Design Automation)的缩写,是在20世纪90年代初从计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)和计算机辅助工程(CAE)的概念发展而来。一般把EDA技术的发展分为CDA、CEA、和EDA这三个阶段。EDA技术就是依靠强大的，在EDA软件平台上，以硬件描述语言HDL为系统逻辑描述手段完成的设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。 经过多年的发展，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，正在发挥着越来越重要的作用。 1.3 FPGA的简介 FPGA是英文Field Programmable Gate Arry的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD等可