eda課程設計---電梯控制的實現(xiàn)

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文檔簡介

1、　　課程設計(綜合實驗)報告　　( 2010 -- 2011 年度第 1 學期)　　名稱： EDA課程設計 　　題目：電梯控制的實現(xiàn) 　　院系： <p

2、>　　班級： 　　學號： 　　學生姓名： 　　指導教師： 　　設計周數(shù)： 1周 &l

3、t;/p>　　成績： 　　日期：年月日　　一、課程設計的目的與要求　　用Mealy有限狀態(tài)機設計二個樓層電梯控制程序。用VHDL語言寫出Mealy有限狀態(tài)機控制模塊。Mealy有限狀態(tài)機的輸出受控于當前的狀態(tài)和信號輸入的變

4、化，一旦這敏感信號被測，輸出的信號就依賴于它們得到確定。　　電梯控制器的工作原理：　　當電梯空閑時，其狀態(tài)等待著其他樓層的請求，一旦有請求輸入信號，電梯移動到該請求信號的樓層，這時引起電梯門被關(guān)閉。引起電梯門關(guān)閉的條件有如下二個：①必須在地面樓層狀態(tài)StateGround；②首層有請求輸入信號ReqFirst。

5、　電梯開始移動到請求層，在移動過程中State從Ground轉(zhuǎn)變?yōu)镚oingFirst。　　當?shù)竭_請求層后，電梯門被打開并且請求燈熄滅，此狀態(tài)轉(zhuǎn)換為First狀態(tài)。　　這時如有其他樓層請求信號輸入將引起電梯門的關(guān)閉（如地面層有樓層請求信號ReqGround）。當電梯門正在做關(guān)閉動作時，同時又要做重新打開電梯門的動作，其條件必須有當前樓層請求信號ReqFi

6、rst輸入（其他請求信號均被忽略）。　　電梯門關(guān)閉以后，電梯可再次響應其他樓層請求，即這時電梯State狀態(tài)為First狀態(tài)，并且又從地面層來一個請求信號ReqGround，將會引起電梯State狀態(tài)從First狀態(tài)改變?yōu)镚oingGround狀態(tài)，電梯開始往下運行。　　在未到達目的地之前，其他請求信號均被忽略。

7、　　二、設計正文　　本設計是基于VHDL語言開發(fā)的兩層電梯控制器。以Quartus Ⅱ為開發(fā)環(huán)境，最終在EDA實驗箱上實現(xiàn)其演示的基本功能。其功能包括：顯示電梯當前所在樓層，顯示有請求發(fā)生的樓層，響應樓層請求，關(guān)門延時設置，電梯開關(guān)門顯示。具體描述為：　　電梯外部有請求開關(guān)，一樓一個，二樓一個；電梯內(nèi)部有乘客到達層次

8、的請求開關(guān)。　　設有電梯所處位置指示裝置和電梯運行模式（上升或下降）指示裝置。　　電梯到達請求樓層后，電梯門開啟（電梯門指示燈亮），開門四秒后，電梯門關(guān)閉（電梯門指示燈滅），電梯繼續(xù)響應請求或回到初始狀態(tài)。　　電梯初始狀態(tài)為停在1樓，關(guān)門。　　電梯上升或下降時，終止其他操

9、作。　　當電梯關(guān)門時，同層有請求，先響應同層請求（開門），再響應其他請求（上升或下降）。　　具體程序如下：　　LIBRARY IEEE; 　　USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;<p

10、>　　USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; 　　USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;　　ENTITY dianti IS 　　PORT(clk,reset,up1,down2,stop1,stop2:IN STD_LOGIC;<

11、;p>　　--按鍵共有4個,其中電梯內(nèi)部2個:stop1,stop2,電梯外部一樓一個up1,二樓一個down2　　stoplight:buffer STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 1);　　--stoplight對應stop按鍵　　uplight,downlight:buffer ST

12、D_LOGIC;　　--uplight,downlight分別對應up1,down2按鍵　　udsig:BUFFER STD_LOGIC; 　　--電梯的狀態(tài),0代表(預)上升,1代表(預)下 　　POSITION:BUFFER INTEGER RANGE 1

13、 TO 2;　　--電梯的位置　　doorlight:buffer STD_LOGIC);　　--門燈,開門燈亮,關(guān)門燈滅　　END dianti;　　ARCHITECTURE behav O

14、F dianti IS　　TYPE state_type is(stopon1,dooropen,doorclose,wait1,wait2,wait3,wait4,up,down,　　stop);　　--十個狀態(tài),初始,開門,關(guān)門,延時1~4,上升,下降,停</p&g

15、t;　　SIGNAL state:state_type:=stopon1;　　SIGNAL clearup,cleardn,anjianclk,dianticlk:STD_LOGIC;　　--上升清零,下降清零,按鍵時鐘,電梯時鐘　　SIGNAL q:STD_LOGIC_VECTOR(3 D

16、OWNTO 0);　　BEGIN　　PROCESS(clk) --設定按鍵時鐘和電梯時鐘，外部時鐘周期設為50ms　　BEGIN　　IF(reset='1') THEN</p

17、>　　q<="0000";　　ELSIF RISING_EDGE(clk) then　　q<=q+1;　　END IF;　　anjian

18、clk<=q(0); --二分頻 　　dianticlk<=q(3); --十六分頻　　END PROCESS;　　cont:PROCESS(reset,dianticlk)　　VARIABLE POS:INTEGER RANGE 3 DOWNTO 1;&

19、lt;/p>　　BEGIN　　IF reset='1' then　　state<=stopon1;　　clearup<='0';　　cleardn<=

20、9;0'; --復位　　elsif rising_edge(dianticlk) THEN　　CASE state IS --設定狀態(tài)機的各個狀態(tài) 　　WHEN stopon1=>doorlight<='1'; position<=1;pos:=1; state<

21、=wait1;　　WHEN wait1=>state<=wait2; --延時　　WHEN wait2=>clearup<='0'; cleardn<='0'; state<=wait3;　　WHEN wait3=>state<=wa

22、it4;　　WHEN wait4=>state<=doorclose;　　WHEN doorclose =>doorlight<='0'; --從開門到關(guān)門經(jīng)歷5個電梯時鐘周期　　IF udsig='0' THEN --(預)上升狀態(tài)時

23、　　IF position=2 THEN--電梯在二樓時　　IF stoplight="00" and uplight='0' and downlight='0' THEN　　udsig<='1'; state<=doorclose;

24、　　ELSIF stoplight="10" THEN state<=dooropen;　　ELSIF downlight='1' THEN state<=dooropen;　　ELSE　　udsig&

25、lt;='1'; state<=down;　　END IF;　　ELSIF position=1 THEN --電梯在一樓時　　IF stoplight="00" and uplight='0' and downlig

26、ht='0' THEN　　udsig<='0'; state<=doorclose;　　ELSIF stoplight="01" THEN state<=dooropen;　　ELSIF uplight='1' THEN

27、state<=dooropen;　　ELSE　　udsig<='0'; state<=up;　　END IF;　　END IF;</b&

28、gt;　　ELSIF udsig='1' THEN --(預)下降狀態(tài)時　　IF position=1 THEN --電梯在一樓　　IF stoplight="00" and uplight='0' and downlight='0' THEN&

29、lt;/p>　　udsig<='0'; state<=doorclose;　　ELSIF stoplight="01" THEN state<=dooropen;　　ELSIF uplight='1' THEN state<=dooropen;&

30、lt;/p>　　ELSE　　udsig<='0'; state<=up;　　END IF;　　ELSIF position=2 THEN--電梯在二樓時&l

31、t;p>　　IF stoplight="00" and uplight='0' and downlight='0' THEN　　udsig<='1'; state<=doorclose;　　ELSIF stoplight="10" THEN stat

32、e<=dooropen;　　ELSIF downlight='1' THEN state<=dooropen; 　　ELSE　　udsig<='1'; state<=down;<p&g

33、t;　　END IF;　　END IF;　　END IF;　　WHEN up=>position<=position+1; pos:=pos+1;

34、;　　IF (pos=2) THEN 　　state<=stop;　　END IF;　　WHEN down=>position<=position-1; pos:=pos-1;　　IF (POS=1) THE

35、N　　state<=stop;　　END IF;　　WHEN stop=>state<=dooropen;　　WHEN dooropen=>doorlight<='1'; clearup&

36、lt;='1'; cleardn<='1'; state<=wait1;　　when others=>state<=stopon1;　　end case;　　end if;</

37、p>　　end process cont; 　　butt:PROCESS(reset,anjianclk) --設定按鍵　　BEGIN　　if reset='1' then　　stop

38、light<="00"; uplight<='0'; downlight<='0';　　elsif rising_edge(anjianclk) then　　if clearup='1' then　　stoplight(posi

39、tion)<='0'; uplight<='0';　　else　　if up1='1' then uplight<='1';　　END IF;</p&

40、gt;　　END IF;　　if cleardn='1' then　　stoplight(position)<='0'; downlight<='0';　　else</b

41、>　　if down2='1'then downlight<='1';　　end if;　　end if;　　if stop1='1'

42、then stoplight(1)<='1'; end if;　　if stop2='1' then stoplight(2)<='1'; end if; 　　END IF;　　END PROCESS butt;

43、　　END behav; 　　功能分析：此程序一共有三個進程（process）：時鐘設定，狀態(tài)機設定，按鍵設定。狀態(tài)機進程的運行基于電梯時鐘dianticlk，此時鐘為外部時鐘的周期是外部時鐘周期的十六倍；按鍵設定進程基于按鍵時鐘anjianclk，此時鐘的周期為外部時鐘周期的兩倍。按鍵時鐘周期比電梯時鐘周期短，這就意味著按鍵設定進程比狀態(tài)機進程快，這

44、就保證了每一次按鍵都能掃描并保留而不會被狀態(tài)機進程中的清零程序消除。一共有7個燈顯示電梯的狀況：stoplight1~2、uplight,downlight、udsig、POSITION1~2、doorlight。　　電梯的初始狀態(tài)是停在一樓，門關(guān)。復位鍵reset可實現(xiàn)電梯的初始功能。電梯在一樓時，position1=1，其燈亮，并且電梯一直保持預上升狀態(tài)，udsig=1，其燈亮。當接到一樓外

45、部請求信號（up1）時，uplight亮，電梯門打開，doorlight亮。四秒后，電梯門關(guān)，doorlight滅。這時，只有收到去二樓的請求（stop2）時，才會上二樓，此時stoplight2亮，直到門開為止。若門關(guān)時接收到的是stop1的請求，則電梯不上二樓，門開，四秒后門再關(guān)閉。　　當電梯停在二樓是，情況類似。　　仿真結(jié)果如下圖

46、：　　電梯在一樓，乘客在外部按up1請求進入，進入電梯后按stop2請求上二樓　　電梯在一樓，乘客在外部按up1請求進入，進入電梯后按stop1請求出電梯　　電梯在二樓，乘客在外部按down2請求進入，進入電梯后按stop1請求下一樓

47、　　三、課程設計總結(jié)　　本設計是基于VHDL語言開發(fā)的兩層電梯控制器。以Quartus Ⅱ為開發(fā)環(huán)境，最終在EDA實驗箱上實現(xiàn)其演示的基本功能。其功能包括：顯示電梯當前所在樓層，顯示有請求發(fā)生的樓層，響應樓層請求，關(guān)門延時設置，電梯開關(guān)門顯示。　　這個課程設計還有很多不足之處：　　1、電梯各個

48、進程依賴于3個不同的時鐘，這樣做雖然比較精確但是顯得有些多余，經(jīng)老師的指導后發(fā)現(xiàn)其實除了開關(guān)門過程時需要時鐘以外其他地方不用時鐘也沒有關(guān)系。　　2、沒有考慮到消抖問題。　　3、電梯控制程序只實現(xiàn)了兩層樓電梯的控制，這種電梯在現(xiàn)實生活中應用很少，而且此程序不方便向更多層電梯控制器程序擴展。　　本課程設計遇到了不少困

49、難，主要原因是由于平時學習沒有特別系統(tǒng)認真，所以對VHDL語言沒有熟練掌握，很多語句的具體含義和應用都不是很了解，編程時遇到一定的困難。我是第一次接觸這種EDA實驗箱，第一次設計一個完整的程序然后連線運行，這個過程讓我感受到了動手做實驗的樂趣。很感謝老師的悉心教導和同學的熱心幫助，讓我比較順利的做出了這個課程設計。通過這次課程設計，我深刻了解到光學會課本上的知識沒有用，還要運用到實踐中，考試100分不代表就能熟練掌握這項技術(shù)。</

50、p>　　四、參考文獻　　侯伯亨,劉凱,顧新 . VHDL硬件描述語言與數(shù)字邏輯電路設計（第三版）. 西安電子科技大學出版社 . 2009　　曾繁泰,陳美金 . VHDL數(shù)字系統(tǒng)設計 . 清華大學出版社 . 2001　　曾繁泰,陳美金 . VHDL程

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