電梯控制器實驗報告

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1、.電子技術實驗報告電梯控制器的設計與分析班級：姓名：學號：日期：2016年 6月 25日聯(lián)系電話：1/15.一實驗目的電子技術專題實驗是對“數(shù)字邏輯”課程內容的全面、系統(tǒng)的總結、鞏固和提高的一項課程實踐活動。根據(jù)數(shù)字邏輯的特點，選擇相應的題目，在老師的指導下，由學生獨立完成。目的是通過實驗使學生掌握數(shù)字邏輯電路設計的基本方法和技巧，正確運用 Quartus軟件及實驗室多功能學習機硬件平臺， 完成所選題目的設計任務，并掌握數(shù)字邏輯電路測試的基本方法，訓練學生的動手能力和思維方法。通過實驗，一方面提高運用數(shù)字邏輯電路解決實際問題的能力，另一方面使學生更深入的理解所學知識，為以后的計算機硬件課程的學

2、習奠定良好的基礎。二項目設計概要1. 設計實現(xiàn)的目標隨著社會的發(fā)展， 電梯的使用越來越普遍， 已從原來只在商業(yè)大廈、 賓館使用，過渡到在辦公樓、居民樓等場所使用，并且對電梯功能的要求也不斷提高，相應地其控制方式也在不停地發(fā)生變化。對于電梯的控制，傳統(tǒng)的方法是使用繼電器 接觸器控制系統(tǒng)進行控制，隨著技術的不斷發(fā)展，微型計算機在電梯控制上的應用日益廣泛，現(xiàn)在已進入全微機化控制的時代。2. 整體設計概述電梯的微機化控制主要有以下幾種形式：PLC 控制；單板機控制；單片機控制； 單微機控制； 多微機控制； 人工智能控制。 隨著 EDA 技術的快速發(fā)展， CPLD/FPGA已廣泛應用于電子設計與控制的各

3、個方面。本設計就是使用一片 CPLD/FPGA 來實現(xiàn)對電梯的控制的3. 項目設計特點我們在項目設計過程中采用模塊化設計思想， 事先制定了模塊間的接口方案，使得整個系統(tǒng)的組合變得十分靈活。由于我們在設計時為電子鐘和秒表模塊中都加入了顯示電路，總控模塊可分別與之連接組成一個分系統(tǒng)，便于調試。在最終2/15.整合時，我們也只需要將兩個模塊中的顯示電路合二為一即可。三系統(tǒng)設計方案根據(jù)系統(tǒng)設計要求，并考慮到系統(tǒng)的可驗證性，整個系統(tǒng)的輸入輸出接口設計如圖1 所示：系統(tǒng)工作用2 Hz 基準時鐘信號CLKIN ，樓層上升請求鍵UPIN ，樓層下降請求鍵DOWNIN ，樓層選擇鍵入鍵ST_CH ，提前關門輸入

4、鍵CLOSE ，延遲關門輸入鍵DELAY ，電梯運行的開關鍵RUN_STOP ，電梯運行或停止指示鍵LAMP ，電梯運行或等待時間指示鍵RUN_WAIT ，電梯所在樓層指示數(shù)碼管ST_OUT ，樓層選擇指示數(shù)碼管DIRECT 。各輸入端口的功能如下：CLKIN: 基準時鐘信號，為系統(tǒng)提供2Hz 的時鐘脈沖，上升沿有效；UPIN: 電梯上升請求鍵。由用戶向電梯控制器發(fā)出上升請求。高電平有效；DOWNIN: 電梯下降請求鍵，由用戶向電梯控制器發(fā)出下降請求。高電平有效；ST_CH2.0: 樓層選擇鍵入鍵，結合DIRECT 完成樓層選擇的鍵入，高電平有效；CLOSE: 提前關門輸入鍵?？蓪崿F(xiàn)無等待時間

5、的提前關門操作，高電平有效；DELAY:延遲關門輸入鍵?？蓪崿F(xiàn)有等待時間的延遲關門操作，高電平有效；RUN_STOP: 電梯運行或停止開關鍵?？蓪崿F(xiàn)由管理員控制電梯的運行或停止，高電平有效。一下為輸出端口：LAMP: 電梯運行或等待指示鍵，指示電梯的運行或等待狀況。高電平有效；RUN_WAIT: 電梯運行或等待時間指示鍵，指示電梯運行狀況或等待時間的長短，高電平有效；ST_OUT: 電梯所在樓層指示數(shù)碼管，只是電梯當前所在的樓層數(shù)。即15 層，高電平有效；DIRECT: 樓層選擇指示數(shù)碼管，指示用戶所要選擇的樓層數(shù)，高電平有效。3/15.1. 系統(tǒng)功能模塊設計示意圖2.項目分塊及其實現(xiàn)方案電梯

6、的控制狀態(tài)包括運行狀態(tài)、停止狀態(tài)及等待狀態(tài)，其中運行狀態(tài)又包含向上狀態(tài)和向下狀態(tài)。主要動作有開、關門，?？亢蛦印３丝涂赏ㄟ^鍵入開、關門按鈕，呼喚按鈕，指定樓層按鈕等來控制電梯的行與停。據(jù)此，整個電梯控制器 DTKZQ 應包括如下幾個組成部分： 時序輸出及樓選計數(shù)器； 電梯服務請求處理器； 電梯升降控制器； 上升及下降寄存器； 電梯次態(tài)生成器。該電梯控制器設計的關鍵是確定上升及下降寄存器的置位與復位。整個系統(tǒng)的內部組成結構圖如圖 2 所示。4/15.Vhdl 程序：-DTKZQ.VHD-顯示電路LIBRARY IEEE;ENTITY led ISPORT(LEDIN: IN STD_LOGIC

7、_VECTOR(2 DOWNTO 0);-輸入信號LEDOUT: OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);-輸出信號END LED;ARCHITECTURE ART OF LED IS-結構體BEGINPROCESS(LEDIN)BEGINCASE LEDIN IS-共陰極 LED 顯示譯碼g f e d c b aWHEN"0000"=>ledout<="0111111"-0WHEN"0001"=>ledout<="0000110"-1WHEN"0010

8、"=>ledout<="1011011"-2WHEN"0011"=>ledout<="1001111"-3WHEN"0100"=>ledout<="1100110"-4WHEN"0101"=>ledout<="1101101"-5WHEN"0110"=>ledout<="1111101"-6WHEN"0111"=>ledo

9、ut<="0000111"-7WHEN"1000"=>ledout<="1111111"-8WHEN"1001"=>ledout<="1101111"-9WHEN"1010"=>ledout<="1110111"-10WHEN"1011"=>ledout<="1111100"-11WHEN"1100"=>ledout<="

10、0111001"-12WHEN"1101"=>ledout<="1011110"-13WHEN"1110"=>ledout<="1111001"-14WHEN"1111"=>ledout<="1110001"-15WHEN OTHERS=>ledout<="0000000"-其他情況時燈滅END CASE;END PROCESS;END ART;LIBRARY IEEE;ENTITY DTKZQ I

11、SPORT(CLK:IN STD_LOGIC;-2 Hz 時鐘輸入信號5/15.UPIN:IN STD_LOGIC;-樓層上升請求鍵DOWNIN:IN STD_LOGIC;-樓層下降請求鍵ST_CH:IN STD_LOGIC;-結合 DIRECT 完成樓層選擇的鍵入CLOSE:IN STD_LOGIC;-提前關門輸入鍵DELAY:IN STD_LOGIC;-延遲關門輸入鍵RUN_STOP:IN STD_LOGIC;-電梯運行的開關鍵LAMP:OUT STD_LOGIC;-電梯運行或停止指示鍵RUN_WAIT:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);-結合LAMP 指示電梯運

12、行或等待時間ST_OUT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);- 電梯所在樓層指示數(shù)碼管DIRECT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);- 樓層選擇指示數(shù)碼管END ENTITY DTKZQ;ARCHITECTURE ART OF DTKZQ ISSIGNAL UR,DR:STD_LOGIC_VECTOR(16 DOWNTO 1);- 上升或下降樓層請求寄存器SIGNAL DIR,LIFTOR: INTEGER RANGE 0 TO 15;-樓選指示及樓層數(shù)計數(shù)器SIGNAL WAI_T:STD_LOGIC_VECTOR(2 DOW

13、NTO 0);-運行或等待計數(shù)器SIGNAL DIVID,HAND,CLKIN:STD_LOGIC;- 時鐘 2 分頻和樓選復位變量SIGNAL LADD:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);-電梯運行狀態(tài)變量SIGNAL CLOSEX,DELAYX:STD_LOGIC;-提前關門及延遲變量BEGIN-內部信號值的輸出DIRECT<=CONV_STD_LOGIC_VECTOR(DIR,4)+1;ST_OUT<=CONV_STD_LOGIC_VECTOR(LIFTOR,4)+1;RUN_WAIT<='0'&WAI_T;LAMP<

14、;=LADD(1);HAND<=WAI_T(2)AND(NOT WAI_T(1)AND WAI_T(0);CLOSEX<=CLOSE AND(NOT LADD(1);DELAYX<=DELAY AND(NOT LADD(1);-分頻進程P0:PROCESS(CLK)BEGINIF (CLK'EVENT AND CLK='1') THENCLKIN<=NOT CLKIN;END IF;END PROCESS P0;-分頻及樓選信號產(chǎn)生進程P1:PROCESS(CLKIN)BEGINIF (CLKIN'EVENT AND CLKIN='

15、;1') THENDIVID<=NOT DIVID;IF (DIR=4) THEN DIR<=0;ELSE DIR<=DIR+1;6/15.END IF;END IF;END PROCESS P1;-樓層請求寄存器的置位與復位進程P2:PROCESS(UR, DR,DIR,UPIN,DOWNIN,ST_CH,LIFTOR,WAI_T,RUN_STOP, HAND)VARIABLE NUM,T:INTEGER RANGE 0 TO 16 ;BEGINNUM:=LIFTOR+1;T:=DIR+1;IF (RUN_STOP='1') THEN-電梯運行時選擇

16、樓層大于當前樓層或者有上升請求IF (T>NUM)AND (ST_CH='1')OR (UPIN='1')THENCASE T ISWHEN 1=> UR(1)<='1'WHEN 2=> UR(2)<='1'WHEN 3=> UR(3)<='1'WHEN 4=> UR(4)<='1'WHEN 5=> UR(5)<='1'WHEN 6=> UR(6)<='1'WHEN 7=> UR(7)

17、<='1'WHEN 8=> UR(8)<='1'WHEN 9=> UR(9)<='1'WHEN 10 => UR(10)<='1'WHEN 11 => UR(11)<='1'WHEN 12 => UR(12)<='1'WHEN 13 => UR(13)<='1'WHEN 14 => UR(14)<='1'WHEN 15 => UR(15)<='1'WH

18、EN 16 => UR(16)<='1'WHEN OTHERS=>NULL;END CASE;-電梯運行時間到ELSIF (HAND='1')THENCASE NUM ISWHEN 1=> UR(1)<='0'WHEN 2=> UR(2)<='0'WHEN 3=> UR(3)<='0'WHEN 4=> UR(4)<='0'WHEN 5=> UR(5)<='0'WHEN 6=> UR(6)<=&#

19、39;0'WHEN 7=> UR(7)<='0'WHEN 8=> UR(8)<='0'WHEN 9=> UR(9)<='0'7/15.WHEN 10 => UR(10)<='0'WHEN 11 => UR(11)<='0'WHEN 12 => UR(12)<='0'WHEN 13 => UR(13)<='0'WHEN 14 => UR(14)<='0'WHEN 15

20、 => UR(15)<='0'WHEN 16 => UR(16)<='0'WHEN OTHERS=>NULL;END CASE;END IF;-選擇樓層小于當前樓層或者有下降請求IF (T<NUM)AND (ST_CH='1')OR(DOWNIN='1') THEN CASE T ISWHEN 1=> DR(1)<='1'WHEN 2=> DR(2)<='1'WHEN 3=> DR(3)<='1'WHEN 4=&

21、gt; DR(4)<='1'WHEN 5=> DR(5)<='1'WHEN 6=> DR(6)<='1'WHEN 7=> DR(7)<='1'WHEN 8=> DR(8)<='1'WHEN 9=> DR(9)<='1'WHEN 10 => DR(10)<='1'WHEN 11 => DR(11)<='1'WHEN 12 => DR(12)<='1'WH

22、EN 13 => DR(13)<='1'WHEN 14 => DR(14)<='1'WHEN 15 => DR(15)<='1'WHEN 16 => DR(16)<='1'WHEN OTHERS=>NULL;END CASE;-電梯運行時間到ELSIF (HAND='1') THENCASE NUM ISWHEN 1=> DR(1)<='0'WHEN 2=> DR(2)<='0'WHEN 3=> DR

23、(3)<='0'WHEN 4=> DR(4)<='0'WHEN 5=> DR(5)<='0'WHEN 6=> DR(6)<='0'WHEN 7=> DR(7)<='0'WHEN 8=> DR(8)<='0'WHEN 9=> DR(9)<='0'8/15.WHEN 10 => DR(10)<='0'WHEN 11 => DR(11)<='0'WHEN 1

24、2 => DR(12)<='0'WHEN 13 => DR(13)<='0'WHEN 14 => DR(14)<='0'WHEN 15 => DR(15)<='0'WHEN 16 => DR(16)<='0'WHEN OTHERS=>NULL;END CASE;END IF;ELSEUR<="0000000000000000"DR<="0000000000000000"END IF;END PROC

25、ESS P2;-電梯運行次態(tài)的控制進程P3:PROCESS(UR,DR,DIR,LIFTOR,LADD,WAI_T,RUN_STOP)BEGINIF (RUN_STOP='1') THEN-電梯運行時IF (WAI_T="110") THENIF (UR OR DR)="0000000000000000") THENLADD(1)<='0'-初始狀態(tài)ELSECASE LIFTOR IS-電梯在第一層WHEN 0=>IF (UR(1)OR DR(1)>'0') THEN LADD(1)<

26、;='0'-等待狀態(tài)ELSE LADD<="11"-上升狀態(tài)END IF;-電梯在第二層WHEN 1=>IF (UR(2)OR DR(2)>'0') THENLADD(1)<='0' -等待狀態(tài)ELSIF ( LADD(0)='1')AND (UR(16 DOWNTO 3)OR DR(16 DOWNTO 3)>"00000000000000")OR(UR(1)OR DR(1)='0') THENLADD <="11"-上

27、升狀態(tài)ELSE LADD<="10"-下降狀態(tài)END IF;-電梯在第三層WHEN 2=>IF (UR(3) OR DR(3)>'0') THEN LADD(1)<='0' ELSIF ( LADD(0)='1')AND (UR(16 DOWNTO 4)ORDR(16DOWNTO4)>"0000000000000")9/15.OR(UR(2 DOWNTO 1) OR DR(2 DOWNTO 1)="00") THEN LADD<="11&qu

28、ot;ELSE LADD<="10"END IF;-電梯在第四層WHEN 3=>IF (UR(4) OR DR(4)>'0') THEN LADD(1)<='0' ELSIF (LADD(0)='1')AND (UR(16 DOWNTO 5)OR DR(16 DOWNTO 5)>"000000000000")OR(UR(3 DOWNTO 1)ORDR(3DOWNTO1)="000")THENLADD<="11"ELSE LADD&l

29、t;="10"END IF;-電梯在第五層WHEN 4=>IF (UR(5) OR DR(5)>'0') THEN LADD(1)<='0' ELSIF (LADD(0)='1')AND (UR(16 DOWNTO 6)OR DR(16 DOWNTO 6)>"00000000000")OR(UR(4 DOWNTO 1)ORDR(4DOWNTO1)="0000")THENLADD<="11"ELSE LADD<="10&qu

30、ot;END IF;-電梯在第六層WHEN 5=>IF (UR(6) OR DR(6)>'0') THEN LADD(1)<='0' ELSIF (LADD(0)='1')AND (UR(16 DOWNTO 7)OR DR(16 DOWNTO 7)>"0000000000" )OR(UR(5 DOWNTO 1)ORDR(5DOWNTO1)="00000")THENLADD<="11"ELSE LADD<="10"END IF;-電梯

31、在第七層WHEN 6=>IF (UR(7) OR DR(7)>'0') THEN LADD(1)<='0' ELSIF (LADD(0)='1')AND (UR(16 DOWNTO 8)OR DR(16 DOWNTO 8)>"000000000")OR(UR(6 DOWNTO 1)OR DR(6 DOWNTO 1)="000000") THENLADD<="11"ELSE LADD<="10"END IF;-電梯在第八層WHEN 7

32、=>IF (UR(8) OR DR(8)>'0') THEN LADD(1)<='0' ELSIF (LADD(0)='1')AND (UR(16 DOWNTO 9)OR DR(16 DOWNTO 9)>"00000000" )10/15.OR(UR(7 DOWNTO 1)OR DR(7 DOWNTO 1)="0000000") THENLADD<="11"ELSE LADD<="10"END IF;-電梯在第九層WHEN 8=&g

33、t;IF (UR(9) OR DR(9)>'0') THEN LADD(1)<='0' ELSIF ( LADD(0)='1')AND (UR(16 DOWNTO 10)OR DR(16 DOWNTO 10)>"0000000" )OR(UR(8 DOWNTO 1)ORDR(8DOWNTO1)="00000000")THEN LADD<="11"ELSE LADD<="10"END IF;-電梯在第十層WHEN 9=>IF (UR(

34、10) OR DR(10)>'0') THEN LADD(1)<='0' ELSIF ( LADD(0)='1')AND (UR(16 DOWNTO 11)OR DR(16 DOWNTO 11)>"000000" )OR(UR(9 DOWNTO 1)ORDR(9DOWNTO1)="000000000")THEN LADD<="11"ELSE LADD<="10"END IF;-電梯在第十一層WHEN 10=>IF (UR(11) O

35、R DR(11)>'0') THEN LADD(1)<='0' ELSIF (LADD(0)='1')AND (UR(16 DOWNTO 12)OR DR(16 DOWNTO 12) >"00000")OR(UR(10 DOWNTO 1)OR DR(10 DOWNTO1)="0000000000")THEN LADD<="11"ELSE LADD<="10"END IF;-電梯在第十二層WHEN 11=>IF (UR(12) OR

36、DR(12)>'0') THEN LADD(1)<='0' ELSIF ( LADD(0)='1')AND (UR(16 DOWNTO 13)OR DR(16 DOWNTO 13)>"0000" )OR(UR(11 DOWNTO 1)OR DR(11 DOWNTO 1)="00000000000")THEN LADD<="11"ELSE LADD<="10"END IF;-電梯在第十三層WHEN 12=>IF (UR(13) OR

37、DR(13)>'0') THEN LADD(1)<='0' ELSIF ( LADD(0)='1')AND (UR(16 DOWNTO 14)11/15.OR DR(16 DOWNTO 14)>"000" )OR(UR(12 DOWNTO 1)OR DR(12 DOWNTO 1)="000000000000")THEN LADD<="11"ELSE LADD<="10"END IF;-電梯在第十四層WHEN 13=>IF (UR(1

38、4) OR DR(14)>'0') THEN LADD(1)<='0' ELSIF ( LADD(0)='1')AND (UR(16 DOWNTO 15)OR DR(16 DOWNTO 15)>"00" )OR(UR(13 DOWNTO 1)ORDR(13DOWNTO1)="0000000000000")THEN LADD<="11"ELSE LADD<="10"END IF;-電梯在第十五層WHEN 14=>IF (UR(15)O

39、R DR(15)>'0') THEN LADD(1)<='0'ELSIF(LADD(0)='1')AND(UR(16)ORDR(16)>'0')OR (UR(14 DOWNTO 1)ORDR(14DOWNTO1)="00000000000000")THEN LADD<="11"ELSE LADD<="10"END IF;-電梯在第十六層WHEN 15=>IF (UR(16) OR DR(16)>'0') THEN

40、LADD(1)<='0'ELSE LADD<="10"END IF;WHEN OTHERS=>NULL;END CASE;END IF;END IF;ELSE LADD<="00"END IF;END PROCESS P3;-電梯運行樓層計數(shù)及提前/延遲關門控制進程P4:PROCESS(DIVID,WAI_T,LADD,CLOSEX,DELAYX)BEGINIF (DIVID'EVENT AND DIVID='1') THEN-分頻后的時鐘上升沿IF (WAI_T="000&quo

41、t; OR CLOSEX='1') THEN WAI_T<="110"12/15.ELSEIF (DELAYX='0')THEN WAI_T<=WAI_T-1;ELSE WAI_T<="010"END IF;-電梯處于運行狀態(tài)IF(WAI_T="001") THENIF (LADD="11") THEN-電梯上升，樓層加1LIFTOR<=LIFTOR+1;ELSIF (LADD="10") THEN LIFTOR<=LIFTOR-1;

42、END IF;END IF;END IF;END IF;END PROCESS P4;END ART;-頂層模塊設計LIBRARY IEEE;ENTITY TOP ISPORT(CLK:IN STD_LOGIC;-2 Hz 時鐘輸入信號UPIN:IN STD_LOGIC;-樓層上升請求鍵DOWNIN:IN STD_LOGIC;-樓層下降請求鍵ST_CH:IN STD_LOGIC;-結合 DIRECT 完成樓層選擇的鍵入CLOSE:IN STD_LOGIC;-提前關門輸入鍵DELAY:IN STD_LOGIC;-延遲關門輸入鍵RUN_STOP:IN STD_LOGIC;-電梯運行的開關鍵LAMP

43、:OUT STD_LOGIC;-電梯運行或停止指示鍵RUN_WAIT:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(6DOWNTO0);-結合LAMP 指示電梯運行或等待時間ST_OUT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);- 電梯所在樓層指示數(shù)碼管DIRECT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);- 樓層選擇指示數(shù)碼管END TOP;ARCHITECTURE ART OF TOP ISCOMPONENT LED ISPORT(LEDIN: IN STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);- 輸入信號 LEDOUT: OUT

44、 STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);- 輸出信號 END COMPONENT LED;13/15.COMPONENT DTKZQ ISPORT(CLK:IN STD_LOGIC;-2 Hz 時鐘輸入信號UPIN:IN STD_LOGIC;-樓層上升請求鍵DOWNIN:IN STD_LOGIC;-樓層下降請求鍵ST_CH:IN STD_LOGIC;-結合 DIRECT 完成樓層選擇的鍵入CLOSE:IN STD_LOGIC;-提前關門輸入鍵DELAY:IN STD_LOGIC;-延遲關門輸入鍵RUN_STOP:IN STD_LOGIC;-電梯運行的開關鍵LAMP:OUT

45、STD_LOGIC;-電梯運行或停止指示鍵RUN_WAIT:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);-結合LAMP 指示電梯運行或等待時間ST_OUT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);- 電梯所在樓層指示數(shù)碼管DIRECT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);- 樓層選擇指示數(shù)碼管END COMPONENT DTKZQ;SIGNAL S0,S1,S2:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGINU1: DTKZQ PORT MAP(CLK, UPIN, DOWNIN, ST_CH, CL

46、OSE, DELAY, RUN_STOP, LAMP, S0, S1, S2);U2: LED PORT MAP(S0,RUN_WAIT);U3: LED PORT MAP(S1,ST_OUT);U4: LED PORT MAP(S2,DIRECT);END ART;四測試結果及分析1.模擬仿真測試波形圖14/15.2.DTKZQ器件圖五項目總結通過本次課程設計進一步熟悉 Quartus II 軟件的使用和操作方法，以及硬件實現(xiàn)時的下載方法與運行方法；對 Verilog HDL 語言的自頂向下設計方法有了進一步的認識，對其中的許多語句也有了新了解，掌握；對自己獨立思考和解決問題的能力也有了很大的鍛煉。15/15