EDA3层电梯的控制系统（精选）.doc

一、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。当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)一层电梯入口处设有上楼请求开关,二层电梯入口处设有上、下楼请求开关,三层电梯入口处设有下楼请求开关,电梯内部设有乘客到达楼层的停站请求开关及其显示。
(4)设置电梯所处位置指示及电梯上升或下降指示。
( 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4s后,电梯门开关闭,开门指示灯灭,电梯继续运行,直至执行完最后一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随即清除。
一、设计方案和论证
1. 控制器的设计方案
控制器的功能模块如图1所示,包括主控制器、分控制器、楼层选择器、状态显示器、译码器和楼层显示器。乘客在电梯中选择所要到达的楼层,通过主控制器的处理,电梯开始运行,状态显示器显示电梯的运行状态,电梯所在楼层数通过译码器译码从而在楼层显示器中显示。分控制器把有效的请求传给主控制器进行处理,同时显示电梯的运行状态和电梯所在楼层数。由于分控制器相对简单很多,所以主控制器是核心部分。
2. 三层电梯控制器的设计思路
电梯控制器采用状态机来实现,思路比较清晰。可以将电梯等待的每秒钟以及开门、关门都看成一个独立的状态。由于电梯又是每秒上升或下降一层,所以就可以通过一个统一的1秒为周期的时钟来触发状态机。根据电梯的实际工作情况,可以把状态机设置10个状态,分别是“电梯停留在第1层”、“开门”、“关门”、“开门等待第1秒”、“开门等待第2秒”、“开门等待第3秒”、“开门等待第4秒”、“上升”、“下降”和“停止状态”。各个状态之间的转换条件可由上面的设计要求所决定。
二、三层电梯控制器的综合设计
2. 三层电梯控制器的实体设计
首先考虑输入端口,一个异步复位端口reset,用于在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,一层是最低层,不需要有下降请求,三层是最高层,不需要有上升请求,二层则上升、下降请求端口都有;在电梯的内部,应该设有各层停留的请求端口:一个电梯时钟输入端口,该输入时钟以1秒为周期,用于驱动电梯的升降及开门关门等动作;另有一个按键时钟输入端口,时钟频率比电梯时钟高。
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来指示请求是否被响应,有请求信号以后,该输出端口输出逻辑‘l’。被响应以后则恢复逻辑‘O’;同样,在电梯内部也应该有这样的输出端口来显示各层停留是否被响应;在电梯外部,需要一个端口来指示电梯现在所处的位置;电梯开门关门的状态也能用一个输出端口来指示;为了观察电梯的运行是否正确,可以设置一个输出端口来指示电梯的升降状态。
2. 三层电梯控制器的结构体设计
首先说明一下状态。状态机设置了lO个状态,分别是电梯停留在l层(stoponl)、开门(dooropen)、关门(doorclose)、开门等待第1秒(doorwaitl)、开门等待第2秒(doorwait2)、开门等待第3秒(doorwait3)、开门等待第4秒(doorwait4)、上升(up)、下降(down)和停止(stop)。在实体说明定义完端口之后,在结构体architecture和begin之间需要有如下的定义语句,来定义状态机。
TYPE lift_state IS
(stoponl,dooropen,doorclose,doorwaitl,doorwait2,doorwai t3,door。wai t4,up,down,s top):
SIGNAL mylift:lift_state:
在结构体中,设计了俩个进程互相配合,一个是状态机进程作为主要进程,另外一个是信号灯控制进程作为辅助进程。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灯信号为依据的,而信号灯进程中信号灯的熄灭又是由状态机进程中传出的clearup和cleardn信号来控制。
在状态机进程中,在电梯的上升状态中,通过对信号灯的判断,决定下一个状态是继续上升还是停止;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;在电梯停止状态中,判断是最复杂的,通过对信号的判断,决定电梯是上升、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较高的按键时钟,所以使得按键的灵敏度