畢業(yè)設(shè)計(jì)----四層電梯控制器的vhdl設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　電梯是標(biāo)志現(xiàn)代物質(zhì)文明的垂直運(yùn)輸工具、是機(jī)—電一體化的復(fù)雜運(yùn)輸設(shè)備。它涉及電子技術(shù)、機(jī)械工程、電力電子技術(shù)、微機(jī)技術(shù)、電力拖動(dòng)系統(tǒng)和土建工程等多個(gè)科學(xué)領(lǐng)域。目前電梯的生產(chǎn)情況和使用數(shù)量已成為一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化程度的標(biāo)志之一。隨著現(xiàn)代化城市的高速發(fā)展，每天都有大量人流及物流需要輸送。為節(jié)約用地和適應(yīng)經(jīng)貿(mào)事業(yè)的發(fā)展，一幢幢高樓拔地

2、而起，這些高層建筑的垂直運(yùn)輸是一個(gè)突出問(wèn)題，與人們的工作和生活緊密相關(guān)。</p><p>　　隨著社會(huì)的發(fā)展，電梯的使用越來(lái)越普遍，已從原來(lái)只在商業(yè)大廈、賓館使用，過(guò)渡到在辦公樓、居民樓等場(chǎng)所使用，并且對(duì)電梯功能的要求也不斷提高，相應(yīng)地其控制方式也在不停地發(fā)生變化。對(duì)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(jìn)行控制，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)在電梯控制上的應(yīng)用日益廣泛，現(xiàn)在已進(jìn)入全微機(jī)化控制的時(shí)代

3、。</p><p>　　當(dāng)今時(shí)代隨著高層建筑的日益增多和建筑設(shè)計(jì)的檔次的提高，使得人們對(duì)電梯的要求也越來(lái)越高。目前已不僅限于要求電梯搭乘快速、舒適，制造堅(jiān)固，裝潢考究，人們對(duì)電梯的安全可靠性及多功能性正提出越來(lái)越高的要求，為此電梯正朝著控制智能化的方向發(fā)展。</p><p>　　而電梯的核心是電梯控制器,電梯控制器的實(shí)現(xiàn)也有多中方式,諸如PLC,單片機(jī),等等.在以前的電梯控制器設(shè)計(jì)中,大部

4、分都是采用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn),但是PLC是基于外圍的硬件實(shí)現(xiàn)電梯的控制,這樣的設(shè)計(jì)很難實(shí)現(xiàn)電梯的智能化,要實(shí)現(xiàn)電梯的智能化,就得選用其他的設(shè)計(jì)方法完成對(duì)電梯控制器的設(shè)計(jì),而采用硬件描述語(yǔ)言來(lái)完成電梯控制器的設(shè)計(jì),就能很容易的實(shí)現(xiàn)電梯的智能.</p><p>　　關(guān)鍵字：電梯控制器，CPLD，VHDL狀態(tài)機(jī)</p><p><b>　　Abstract</b></p&g

5、t;<p>　　The elevator is symbolized the modern material civilization verticaltransport means, are machine - the electricity integration complextransport vehicle. It involves the electronic technology, themechanical

6、 engineering, the electric power electronic technology, themicrocomputer technology, the electric power drives the system and thecivil engineering and so on many scientific domains. At present theelevator production situ

7、ation and the use quantity have become one ofnational modernization degree </p><p>　　Essential character: Elevator controller, CPLD, VHDL conditionmachine</p><p><b>　　目 錄</b></p

8、><p><b>　　第一章 引言</b></p><p>　　—中國(guó)電梯的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)……………………………..3</p><p>　　1.1 中國(guó)電梯市場(chǎng)的發(fā)展……………………………………….3</p><p>　　1.2 電梯需求將持續(xù)增長(zhǎng) 節(jié)能型是發(fā)展方向………………...3</p><p>

9、;　　1.3 隨著科技的進(jìn)步 電梯將實(shí)現(xiàn)智能化……………………...6</p><p>　　第二章 四層電梯控制器的VHDL設(shè)計(jì)…………………………..9</p><p>　　2.1 PLC電梯控制缺點(diǎn)..................................................................9</p><p>　　2.2 電

10、梯控制器流程…………………………………………...10</p><p>　　2.3 狀態(tài)機(jī)及其VHDL設(shè)計(jì)…………………………………..14</p><p>　　2.4 四層電梯控制器具體設(shè)計(jì)………………………………...21 </p><p>　　第三章 四層電梯控制器的調(diào)試及仿真………………………....32</p><p>　　3.1

11、 程序調(diào)試修改……………………………………………...32</p><p>　　3.2 波形仿真…………………………………………………...32</p><p>　　結(jié)束語(yǔ)……………………………………………………………..37</p><p>　　謝辭………………………………………………………………..37</p><p>　　參考文獻(xiàn)………

12、…………………………………………………..37</p><p>　　附錄…………………………………………………………………………...38</p><p><b>　　第一章 引 言</b></p><p>　　——中國(guó)電梯的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　1.1 中國(guó)電梯市場(chǎng)的發(fā)展</p><

13、;p>　　近幾年，隨著中國(guó)房地產(chǎn)業(yè)的持續(xù)高速發(fā)展，我國(guó)電梯業(yè)出現(xiàn)了空前繁榮的景象。分析近幾年房地產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，特別是商品住宅的高速發(fā)展，將使住宅電梯需求量持續(xù)攀升。另外，為了逐步提高我國(guó)城鎮(zhèn)人口比例，國(guó)家將加快推進(jìn)城鎮(zhèn)建設(shè)，走城市化經(jīng)濟(jì)的發(fā)展道路。專(zhuān)家認(rèn)為，２１世紀(jì)初，中國(guó)住宅建設(shè)可望保持平均每年１５％的增長(zhǎng)速度。到２００５年，全國(guó)至少需建城鎮(zhèn)住宅１５億平方米。對(duì)住宅電梯市場(chǎng)需求來(lái)說(shuō)，這無(wú)疑是一個(gè)巨大的潛在市場(chǎng)。</p&g

14、t;<p>　　據(jù)中國(guó)電梯協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，去年中國(guó)新裝電梯總量超過(guò)８萬(wàn)臺(tái)，電梯業(yè)正處于高速發(fā)展的浪尖上，中國(guó)已經(jīng)成為世界上最大的新裝電梯市場(chǎng)。在所有的電梯需求中，住宅電梯占據(jù)很大的分量，幾乎占到七成的份額。</p><p>　　隨著人們生活水平的提高，多層住宅內(nèi)電梯有被納入住宅基本功能的趨勢(shì)。新建樓安裝電梯，將大大完善住宅的居住功能。而且，新建樓房安裝電梯的費(fèi)用大約每平方米１００元，要比舊樓加裝電梯的費(fèi)

15、用節(jié)省很多。最早提出在多層樓房加裝電梯的上海交通大學(xué)教授朱昌明建議：多層住宅可“從新樓裝電梯抓起”。新蓋的五六層樓的房子就應(yīng)該把電梯作為基本的配套設(shè)施來(lái)安排。今后，主管部門(mén)有可能對(duì)不安裝電梯的多層住宅限建。按照目前的構(gòu)想，３層以上住宅就要加裝電梯，多層住宅的電梯市場(chǎng)將成為一個(gè)熱點(diǎn)，需求量會(huì)大幅增加。２００２年上海的房地產(chǎn)投資規(guī)模超過(guò)７２０億元，商品房竣工面積是１９８３萬(wàn)平方米，去年將超過(guò)２０００萬(wàn)平方米，多層住宅電梯市場(chǎng)潛力非常可觀。&

16、lt;/p><p>　　1.2 電梯需求將持續(xù)增長(zhǎng) 節(jié)能型是發(fā)展方向</p><p>　　有關(guān)專(zhuān)家近期表示，電梯行業(yè)將在“十一五”期間煥發(fā)活力，再次崛起。</p><p>　　專(zhuān)家認(rèn)為，中國(guó)電梯行業(yè)從市場(chǎng)規(guī)模上已經(jīng)有了很大提高，一些自主品牌也逐步提升了自己的產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)含量，我國(guó)政府提出的節(jié)約型社會(huì)正好讓電梯行業(yè)中擁有節(jié)能電梯技術(shù)的企業(yè)有機(jī)會(huì)發(fā)展，另外，國(guó)外用戶比以前

17、更多地青睞中國(guó)產(chǎn)品也為中國(guó)電梯的崛起提供了機(jī)會(huì)。</p><p>　　目前我國(guó)節(jié)能電梯技術(shù)在某些方面已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平，但是節(jié)能電梯的普及率還很低，可節(jié)電30%以上的無(wú)齒輪電梯普及率不及10%，可以能源再生的造能電梯普及率不及2%。因此專(zhuān)家預(yù)計(jì)，節(jié)能電梯市場(chǎng)會(huì)在“十一五”期間進(jìn)入快速增長(zhǎng)期。</p><p><b>　　市場(chǎng)將持續(xù)放量增長(zhǎng)</b></p>

18、;<p>　　節(jié)能電梯從2001年開(kāi)始進(jìn)入我國(guó)辦公樓、住宅樓、酒店等場(chǎng)所，經(jīng)過(guò)5年的發(fā)展，全國(guó)的無(wú)齒輪電梯市場(chǎng)從幾千臺(tái)增長(zhǎng)到近6萬(wàn)臺(tái)。截至2006年9月，全國(guó)取得電梯制造許可證的整機(jī)企業(yè)超過(guò)300家。電梯企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，產(chǎn)品利潤(rùn)率走低，WALESS、奧的斯、三菱等大企業(yè)保持了較高的市場(chǎng)份額，中小企業(yè)僅占全國(guó)1/5的市場(chǎng)份額，同時(shí)行業(yè)整體企業(yè)數(shù)目急劇增多。</p><p>　　有關(guān)專(zhuān)家表示，我國(guó)已超

19、過(guò)日本成為世界最大的新裝電梯市場(chǎng)。由于房地產(chǎn)業(yè)、城市公共建設(shè)等產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，預(yù)計(jì)未來(lái)10年，我國(guó)的電梯市場(chǎng)仍將保持每年20%的遞增速度，年平均銷(xiāo)售額至少500億美元。</p><p>　　受以下三個(gè)因素影響，我國(guó)節(jié)能電梯未來(lái)市場(chǎng)容量十分可觀。</p><p>　　房地產(chǎn)市場(chǎng)快速發(fā)展，對(duì)電梯的需求繼續(xù)擴(kuò)大。專(zhuān)家估計(jì)未來(lái)50年我國(guó)新增住房面積將達(dá)到200億平方米。目前國(guó)家規(guī)定20米以上高樓就應(yīng)

20、安裝電梯，因此未來(lái)電梯最大的市場(chǎng)就是住宅市場(chǎng)。此外，機(jī)場(chǎng)、商場(chǎng)、地鐵等大型公共設(shè)施建設(shè)對(duì)自動(dòng)扶梯、觀光電梯等電梯的需求量也十分可觀。</p><p>　　西部地區(qū)的小城鎮(zhèn)建設(shè)速度加快。東部地區(qū)城市化經(jīng)過(guò)20年的發(fā)展，有些發(fā)達(dá)地區(qū)城市化水平已達(dá)到80%，基本飽和，甚至出現(xiàn)了逆城市化的趨勢(shì)。而近年來(lái)西部地區(qū)國(guó)民生產(chǎn)總值的增長(zhǎng)速度，已經(jīng)與電梯需求高速發(fā)展所需的GDP水平相吻合。</p><p>

21、　　電梯更新進(jìn)入高峰期。雖然國(guó)家對(duì)電梯壽命目前沒(méi)有提出強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，但是按國(guó)外電梯使用壽命的慣例，一般日本系列電梯設(shè)計(jì)壽命為15年，歐美電梯設(shè)計(jì)壽命為25年。根據(jù)我國(guó)電梯選購(gòu)的實(shí)際情況，采用日本系列產(chǎn)品或技術(shù)的比例大約有60%以上，國(guó)內(nèi)在1990年前安裝的日系電梯已經(jīng)全部到了更新期。而且1990年以前的電梯生產(chǎn)技術(shù)相對(duì)比較落后，電梯的耗電水平是現(xiàn)在節(jié)能電梯的三到四倍。按電梯使用壽命及15年前電梯安裝數(shù)量看，預(yù)計(jì)2007年將有15000至20

22、000臺(tái)電梯需要更新。</p><p>　　2、電梯節(jié)能潛力巨大</p><p>　　電梯和空調(diào)被認(rèn)為大型建筑兩大耗能大戶。據(jù)了解，目前我國(guó)星級(jí)酒店每平方米平均年耗電量為150千瓦時(shí)，一座3萬(wàn)～5萬(wàn)平方米的星級(jí)酒店，其年總能耗大約相當(dāng)于3000至4000噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中將近一半用于電梯供電。電梯行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2005年在我國(guó)所有使用的電梯中如果有80%采用節(jié)能電梯，全年可以節(jié)約耗電122億千

23、瓦時(shí)。如果2015年全部采用節(jié)能電梯，將節(jié)電800億千瓦時(shí)，幾乎等于三峽大壩一年的發(fā)電量。</p><p>　　在政府采購(gòu)中對(duì)節(jié)能性能予以優(yōu)先考慮。目前國(guó)內(nèi)的電梯銷(xiāo)售有接近一半的數(shù)量在政府采購(gòu)領(lǐng)域或跟政府采購(gòu)有關(guān)，因此政府采購(gòu)對(duì)節(jié)能電梯的傾向性可以有效扶持節(jié)能電梯產(chǎn)業(yè)。由于節(jié)能電梯產(chǎn)量不大，市場(chǎng)價(jià)格偏高，政府在初期可將其作為環(huán)保項(xiàng)目給予政策傾斜，或者對(duì)采用節(jié)能電梯的開(kāi)發(fā)商以政策鼓勵(lì)。</p><

24、;p>　　節(jié)能電梯技術(shù)應(yīng)與其他技術(shù)相結(jié)合。與節(jié)能相比，使用者目前更為看重的還是電梯的安全性能。傳統(tǒng)電梯安全部件正在改用雙向安全系統(tǒng)，電梯使用的安全技術(shù)也在不斷擴(kuò)大。將節(jié)能技術(shù)和其他安全技術(shù)相結(jié)合有利于提升產(chǎn)品品質(zhì)，更容易進(jìn)入采購(gòu)商的視野。</p><p>　　1.3 隨著科技的進(jìn)步 電梯將實(shí)現(xiàn)智能化</p><p>　　當(dāng)今時(shí)代隨著高層建筑的日益增多和建筑設(shè)計(jì)的檔次的提高，使得人們對(duì)

25、電梯的要求也越來(lái)越高。目前已不僅限于要求電梯搭乘快速、舒適，制造堅(jiān)固，裝潢考究，人們對(duì)電梯的安全可靠性及多功能性正提出越來(lái)越高的要求，為此電梯正朝著控制智能化的方向發(fā)展。</p><p>　　我國(guó)很多新近安裝的電梯已經(jīng)采用了世界上最新的電梯技術(shù)，電梯運(yùn)行效效率和質(zhì)量都很高；但同時(shí)還存在著大量的“老舊”電梯，說(shuō)它們老舊其實(shí)它們運(yùn)行時(shí)間并不是很長(zhǎng)，只是沒(méi)能采用最新的電梯先進(jìn)技術(shù)，所以運(yùn)行效率和質(zhì)最相比之下不高。電梯智

26、能化改造針對(duì)的就是那些運(yùn)行時(shí)間不是太長(zhǎng)，而電梯的運(yùn)行效率和服務(wù)質(zhì)量已經(jīng)不能滿足用戶的要求的電梯。特別是當(dāng)一棟大廈的原有系統(tǒng)或是因?yàn)楫?dāng)初設(shè)計(jì)或是因?yàn)榇髲B功能的改變使得電梯系統(tǒng)的運(yùn)力不足，不能夠滿足大廈的上下運(yùn)輸需要時(shí)，這時(shí)要么采取添加或更換電梯，要么只能采取通過(guò)提高電梯群的運(yùn)行效率來(lái)提高電梯的運(yùn)力。通過(guò)對(duì)電梯系統(tǒng)的智能化改造，付出少量的代價(jià)使得原有電梯系統(tǒng)的性能有一個(gè)大的提升。電梯的智能化改造還有一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是如何與電梯原來(lái)的控制系統(tǒng)連接

27、，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)所需電梯的信號(hào)的采集和實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯的控制；還要考慮到一棟大廈如果安裝有多部不同品牌或型號(hào)的電梯的情況。</p><p><b>　　何為電梯的智能化</b></p><p>　　將人工智能應(yīng)用到電梯控制領(lǐng)域是從上世紀(jì)80年代開(kāi)始的，那時(shí)人工智能蓬勃發(fā)展，專(zhuān)家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制等許多最新的人工智能成果都被應(yīng)用到電梯群控的派梯算法上，但這些具有智能化派梯策

28、略的電梯在中國(guó)的使用卻很晚，使用量并不是很大。這是由多種原因造成的。智能化電梯群控系統(tǒng)可以大大提高電梯群的派梯效率，減少乘客的候梯時(shí)間，降低電梯的能耗?！?</p><p>　　2、電梯智能化改造的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　對(duì)電梯的原有機(jī)械電梯部分基本不作改動(dòng)，包括提升部分、廳門(mén)控制部分等等，只是在原有電梯控制系統(tǒng)之上增加一層接口層，在接口層實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯各種信號(hào)的采集和通過(guò)電梯的原有外部輸入

29、接口實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯控制信號(hào)的輸入，在接口層之上實(shí)現(xiàn)電梯群的智能化群控。</p><p><b>　　接口層的實(shí)現(xiàn)</b></p><p>　　電梯智能化改造的實(shí)現(xiàn)中與原有電梯的接口部分很重要。與原有系統(tǒng)的接口包括兩個(gè)部分，一是電梯的狀態(tài)的實(shí)時(shí)采集，二是控制信號(hào)的回送。始終強(qiáng)調(diào)電梯的改造最重要的是不可以降低原有系統(tǒng)的安全性。如果原有電梯控制系統(tǒng)仍能滿足需要，應(yīng)盡量減少對(duì)原有

30、電梯控制系統(tǒng)的改變，同時(shí)又要能夠及時(shí)得到電梯的狀態(tài)變化，并實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯的調(diào)度。</p><p>　　接口層的實(shí)現(xiàn)采用分布式控制技術(shù)，在每—臺(tái)電梯的每一樓層的外招板上加裝一塊外招接口板，在內(nèi)招板上加裝一塊內(nèi)招接口板，在電梯控制柜中加裝一塊梯態(tài)接口板，這些接口板上都有一個(gè)獨(dú)立的CPU控制著各自的信號(hào)采集、發(fā)送、接收、轉(zhuǎn)發(fā)，它們通過(guò)一條公用總線與信號(hào)采集主機(jī)相連，信號(hào)采集主機(jī)負(fù)責(zé)電梯所有信號(hào)的收集和轉(zhuǎn)發(fā)，負(fù)責(zé)將收集到的電

31、梯信號(hào)送達(dá)上層的群控主機(jī)和實(shí)時(shí)監(jiān)控主機(jī)，并轉(zhuǎn)發(fā)群控主機(jī)和監(jiān)控主機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)。</p><p>　　通過(guò)各樓層加裝的外招接口板采集所有外招信號(hào)，電梯內(nèi)加裝的內(nèi)招接口板采集電梯的內(nèi)招信號(hào)，電梯的控制柜中加裝的電梯狀態(tài)接口板采集電梯的目前狀態(tài)：如口前樓層、運(yùn)行方向、電梯門(mén)狀態(tài)、電梯停止等信號(hào)，通過(guò)串行總線送往群控主機(jī)，群控主機(jī)根據(jù)采集到的信號(hào)作派梯選澤，將派梯信號(hào)回送到外招接口板，由外招接口板將信號(hào)發(fā)送給電梯的外招

32、板，完成派梯。在接口板與電梯原電氣裝置連接時(shí)采用光電耦合結(jié)構(gòu)，以隔絕相互之間的電磁干擾。電梯外招接口板的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，它既要保證乘客的按鍵召喚信號(hào)和電梯的響應(yīng)信號(hào)能夠被及時(shí)、準(zhǔn)確地采集并送到信號(hào)采集主機(jī)，還要能夠及時(shí)地將群控主機(jī)發(fā)山的派梯信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給外招板，并且還要保證在群控主機(jī)或與之通信的線路有故障時(shí)也能夠完成乘客的請(qǐng)求，而不會(huì)山現(xiàn)乘客的請(qǐng)求不能被滿足的情況，同時(shí)也適合不同品牌的電梯。</p><p>　　系統(tǒng)總

33、線采用雙向RS485總線。這既可以保證長(zhǎng)距離大量數(shù)據(jù)傳送，又由于這種接口用途廣泛，成本也較為合理。RS485采用差分傳輸方式，較低的信號(hào)放大就可以做到較高的抗干擾能力，損耗也低。就電磁兼容性（EMV）而言，這對(duì)可靠的無(wú)故障傳輸很重要，而且使得現(xiàn)場(chǎng)配線減少，降低安裝復(fù)雜性。</p><p>　?。?）群控策略的選擇</p><p>　　近20年來(lái)，人們對(duì)電梯的智能群控策略有很多研究，提出了各

34、種智能群控算法，它們實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性和性能也各不相同。一種是采用專(zhuān)家系統(tǒng)，即收集專(zhuān)家在電梯控制領(lǐng)域的各種知識(shí)，也就是說(shuō)對(duì)在電梯的各種不同情況下專(zhuān)家們有可能采取的策略進(jìn)行匯總、分類(lèi)，組織成規(guī)則庫(kù)，然后根據(jù)采集到的電梯的數(shù)據(jù)以規(guī)則庫(kù)里的推理規(guī)則確定電梯的派梯方案。另一種是采用模糊推理規(guī)則，即綜合考慮評(píng)價(jià)梯群性能的各種標(biāo)準(zhǔn)，如平均等待時(shí)間、長(zhǎng)時(shí)間等待率、電梯能耗等等，確定一個(gè)隸屬度函數(shù)，將電梯的各種輸入?yún)?shù)模糊化后輸入系統(tǒng)，通過(guò)模糊判斷規(guī)則根據(jù)隸

35、屬度函數(shù)來(lái)確定一個(gè)最佳派梯。</p><p>　　還有一種是采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)時(shí)熟悉大樓的交通模式，根據(jù)電梯前一小段時(shí)間的客流狀況來(lái)推理出電梯未來(lái)的客流狀況，并根據(jù)電梯處于不同的客流模式如上行高峰、下行高峰、層間客流、空閑交通等等來(lái)采取不同的派梯策略。</p><p>　　另外，就是通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理根據(jù)電梯前一小段時(shí)間的客流狀況來(lái)推測(cè)出電梯在未來(lái)一小段時(shí)間里可能產(chǎn)生的召喚信號(hào)，然后根據(jù)推測(cè)

36、的結(jié)果來(lái)精確計(jì)算電梯到達(dá)某一樓層響應(yīng)召喚的等待時(shí)間，然后選擇使得所有召喚信號(hào)的等待時(shí)間最短的派梯策略。這不是一種智能群控算法。</p><p>　　四層電梯控制器的VHDL設(shè)計(jì)</p><p>　　電梯的微機(jī)化控制主要有以下幾種形式：1 PLC控制；2 單板機(jī)控制；3 單片機(jī)控制；4 單微機(jī)控制；5 多微機(jī)控制；6 人工智能控制。隨著EDA技術(shù)的快速發(fā)展，CPLD/FPGA已廣泛應(yīng)用于電子

37、設(shè)計(jì)與控制的各個(gè)方面。但是本設(shè)計(jì)屏棄以前老式的采用PLC設(shè)計(jì)電梯控制器，而是使用一片來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯的控制的。</p><p>　　2.1 PLC電梯的缺點(diǎn)</p><p>　　當(dāng)今電梯市場(chǎng)已經(jīng)有多種電梯控制器的設(shè)計(jì)方案。但大多數(shù)仍然是采用PLC實(shí)現(xiàn)電梯的升降控制，但是采用 PLC實(shí)現(xiàn)電梯控制器的設(shè)計(jì)存在大量的缺點(diǎn)缺點(diǎn)。如果采用硬件描述語(yǔ)言來(lái)完成電梯控制器的設(shè)計(jì)，就可以克服PLC電梯的大部分

38、缺點(diǎn)。</p><p>　　目前，在我國(guó)國(guó)產(chǎn)電梯大部分為繼電器及PLC控制方式，繼電器控制系統(tǒng)性能不穩(wěn)定、故障率高，大大降低了電梯的舒適性、可靠性和安全性，經(jīng)常造成停梯，給乘用人員的生活和工作帶來(lái)了很多不便，因而傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)的更新勢(shì)在必行。</p><p>　　當(dāng)前電梯發(fā)展的智能化發(fā)方向是IC卡智能電梯，但最終的發(fā)展是聲控智能電梯，IC卡智能電梯PLC都需通過(guò)外加IC讀卡芯片才能實(shí)現(xiàn)

39、，PLC單獨(dú)是不能實(shí)現(xiàn)的，那以后的聲控智能電梯PLC就能不能單獨(dú)實(shí)現(xiàn)，然而我們采用VHDL技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)電梯的智能化，節(jié)能，也可以提高電梯的舒適性，可靠性和安全性。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)嘗試用硬件描述語(yǔ)言（VHDL）來(lái)實(shí)現(xiàn)電梯控制，可進(jìn)行多層次的邏輯設(shè)計(jì)，也可進(jìn)行仿真驗(yàn)證、時(shí)序分析等以保證設(shè)計(jì)的正確。</p><p>　　在使用VHDL進(jìn)行電梯控制器的設(shè)計(jì)，主要就是對(duì)電梯軟件部分進(jìn)

40、行設(shè)計(jì)，使用VHDL中的邏輯關(guān)系建立電梯的升降模式，開(kāi)門(mén)，關(guān)門(mén)達(dá)到動(dòng)作，而外部的硬件設(shè)備基本上保持不變。但是使用VHDL硬件描述語(yǔ)言設(shè)計(jì)電梯控制器可以為以后電梯實(shí)現(xiàn)智能控制奠定基礎(chǔ)。</p><p><b>　　電梯控制器的流程</b></p><p><b>　　總流程圖</b></p><p><b>　　N

41、</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　電梯運(yùn)行流程圖</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　

42、Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　停車(chē)門(mén)控流程圖</b></p><p>　　電梯控制器可以通過(guò)多種方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中采用狀態(tài)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，思路比較清晰?？梢詫㈦娞莸却拿棵腌娨约伴_(kāi)門(mén)

43、，關(guān)門(mén)都看成一個(gè)獨(dú)立的狀態(tài)。由于電梯又是每秒上升或下降一層，所以就可以通過(guò)一個(gè)統(tǒng)一的1秒為周期的時(shí)鐘來(lái)觸發(fā)狀態(tài)機(jī)。</p><p>　　2.3 狀態(tài)機(jī)及其VHDL設(shè)計(jì)</p><p>　　有限狀態(tài)機(jī)（Finite State Machine，簡(jiǎn)稱(chēng)FSM）是一類(lèi)很重要的時(shí)序電路，是許多數(shù)字系統(tǒng)的核心部件，也是實(shí)時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一種數(shù)學(xué)模型，是一種重要的、易于建立的、應(yīng)用比較廣泛的、以描述控制

44、特性為主的建模方法，它可以應(yīng)用于從系統(tǒng)分析到設(shè)計(jì)的所有階段。有限狀態(tài)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于簡(jiǎn)單易用，狀態(tài)間的關(guān)系清晰直觀。建立有限狀態(tài)機(jī)主要有兩種方法：“狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖”和“狀態(tài)轉(zhuǎn)移表”。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)機(jī)通?？煞譃镸oore和Mealy兩種類(lèi)型。</p><p>　　狀態(tài)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和功能</p><p>　　狀態(tài)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。除了輸人信號(hào)、輸出信號(hào)外，狀態(tài)機(jī)還包含一組寄存器記憶狀態(tài)機(jī)的內(nèi)部狀態(tài)。狀

45、態(tài)機(jī)寄存器的下一個(gè)狀態(tài)及輸出，不僅同輸入信號(hào)有關(guān)，而且還與寄存器的當(dāng)前狀態(tài)有關(guān)，狀態(tài)機(jī)可以認(rèn)為是組合邏輯和寄存器邏輯的特殊組合。它包括兩個(gè)主要部分：即組合邏輯部分和寄存器。組合邏輯部分又可分為狀態(tài)譯碼器和輸出譯碼器，狀態(tài)譯碼器確定狀態(tài)機(jī)的下一個(gè)狀態(tài)，即確定狀態(tài)機(jī)的激勵(lì)方程，輸出譯碼器確定狀態(tài)機(jī)的輸出，即確定狀態(tài)機(jī)的輸出方程。寄存器用于存儲(chǔ)狀態(tài)機(jī)的內(nèi)部狀態(tài)。</p><p><b>　　組合邏輯</

46、b></p><p>　　圖2.1　狀態(tài)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　狀態(tài)機(jī)的基本操作有兩種：</p><p>　　1．狀態(tài)機(jī)的內(nèi)部狀態(tài)轉(zhuǎn)換。</p><p>　　狀態(tài)機(jī)經(jīng)歷一系列狀態(tài)，下一狀態(tài)由狀態(tài)譯碼器根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)和輸入條件決定。</p><p>　　2．產(chǎn)生輸出信號(hào)序列。</p><

47、p>　　輸出信號(hào)由輸出譯碼器根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)和輸入條件確定。</p><p>　　用輸入信號(hào)決定下一狀態(tài)也稱(chēng)為“轉(zhuǎn)移”。除了轉(zhuǎn)移之外，復(fù)雜的狀態(tài)機(jī)還具有重復(fù)和歷程功能。從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另一狀態(tài)稱(chēng)為控制定序，而決定下一狀態(tài)所需的邏輯稱(chēng)為轉(zhuǎn)移函數(shù)。</p><p>　　在產(chǎn)生輸出的過(guò)程中，根據(jù)是否使用輸入信號(hào)可以確定狀態(tài)機(jī)的類(lèi)型。兩種典型的狀態(tài)機(jī)是米立（Mealy）狀態(tài)機(jī)和摩爾（Moore）

48、狀態(tài)機(jī)。摩爾狀態(tài)機(jī)的輸出只是當(dāng)前狀態(tài)的函數(shù)，而米立狀態(tài)機(jī)的輸出一般是當(dāng)前狀態(tài)和輸入信號(hào)的函數(shù)。對(duì)于這兩類(lèi)狀態(tài)機(jī)，控制定序都取決于當(dāng)前狀態(tài)和輸入信號(hào)。大多數(shù)實(shí)用的狀態(tài)機(jī)都是同步的時(shí)序電路，由時(shí)鐘信號(hào)觸發(fā)進(jìn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。時(shí)鐘信號(hào)同所有的邊沿觸發(fā)的狀態(tài)寄存器和輸出寄存器相連，使?fàn)顟B(tài)的改變發(fā)生在時(shí)鐘的上升或下降沿。</p><p>　　在數(shù)字系統(tǒng)中．那些輸出取決于過(guò)去的輸入和當(dāng)前的輸入的部分都可以作為有限狀態(tài)機(jī)。有限狀態(tài)

49、機(jī)的全部“歷史”都反映在當(dāng)前狀態(tài)上。當(dāng)給FSM一個(gè)新的輸入時(shí)，它就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)輸出。輸出由當(dāng)前狀態(tài)和輸入共同決定，同時(shí)FSM也會(huì)轉(zhuǎn)移到下一個(gè)新?tīng)顟B(tài)，也是隨著FSM的當(dāng)前狀態(tài)和輸入而定。FSM中，其內(nèi)部狀態(tài)存放在寄存器中，下一狀態(tài)的值由狀態(tài)譯碼器中的一個(gè)組合邏輯——轉(zhuǎn)移函數(shù)產(chǎn)生，狀態(tài)機(jī)的輸出由另一個(gè)組合邏輯——輸出函數(shù)產(chǎn)生。</p><p>　　建立有限狀態(tài)機(jī)主要有兩種方法：狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（狀態(tài)圖）和狀態(tài)轉(zhuǎn)移表（狀態(tài)表）

50、。它們是等價(jià)的，相互之間可以轉(zhuǎn)換。</p><p>　　狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖　如圖2所示，圖中每個(gè)橢圓表示狀態(tài)機(jī)的一個(gè)狀態(tài)，而箭頭表示狀態(tài)之間的一個(gè)轉(zhuǎn)換，引起轉(zhuǎn)換的輸入信號(hào)及當(dāng)前輸出表示在轉(zhuǎn)換箭頭上。</p><p>　　圖2.2 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖</p><p>　　如果能夠?qū)懗鯢SM的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，就可以使用VHDL的狀態(tài)機(jī)語(yǔ)句對(duì)它進(jìn)行描述。</p><p&g

51、t;　　狀態(tài)轉(zhuǎn)移表　形式如表4所示。表中的行列出了全部可能的輸入信號(hào)組合和內(nèi)部狀態(tài)以及相應(yīng)的次狀態(tài)和輸出，因此狀態(tài)表規(guī)定了狀態(tài)機(jī)的轉(zhuǎn)換函數(shù)和輸出函數(shù)。然而，狀態(tài)表不適合具有大量輸入的系統(tǒng)，因?yàn)殡S著輸入的增加其狀態(tài)數(shù)和系統(tǒng)的復(fù)雜性會(huì)顯著增加。</p><p><b>　　狀態(tài)轉(zhuǎn)移表</b></p><p><b>　　表2.1</b></p&

52、gt;<p>　　狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)移表這兩種有限狀態(tài)機(jī)的建立方法是等價(jià)的，都描述了同一硬件結(jié)構(gòu)，它們可以相互轉(zhuǎn)換，但各有優(yōu)缺點(diǎn)，分別適合于不同場(chǎng)合。</p><p>　　2、一般狀態(tài)機(jī)的VHDL設(shè)計(jì)</p><p><b>　　狀態(tài)機(jī)的一般組成</b></p><p>　　用VHDL設(shè)計(jì)有限狀態(tài)機(jī)方法有多種，但最一般和最常用的狀

53、態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)通常包括說(shuō)明部分，主控時(shí)序部分，主控組合部分和輔助進(jìn)程部分。</p><p><b>　　1 說(shuō)明部分</b></p><p>　　說(shuō)明部分中使用TYPE語(yǔ)句定義新的數(shù)據(jù)類(lèi)型，此數(shù)據(jù)類(lèi)型為枚舉型，其元素通常都用狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)名來(lái)定義。狀態(tài)變量定義為信號(hào)，便于信息傳遞，并將狀態(tài)變量的數(shù)據(jù)類(lèi)型定義為含有既定狀態(tài)元素的新定義的數(shù)據(jù)類(lèi)型。說(shuō)明部分一般放在結(jié)構(gòu)體的ARCH

54、ITECTURE和BEGIN之間。</p><p><b>　　2 主控時(shí)序進(jìn)程</b></p><p>　　是指負(fù)責(zé)狀態(tài)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)和在時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)正負(fù)現(xiàn)狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)換的進(jìn)程。狀態(tài)機(jī)隨外部時(shí)鐘信號(hào)以同步方式工作，當(dāng)時(shí)鐘的有效跳變到來(lái)時(shí)，時(shí)序進(jìn)程將代表次態(tài)的信號(hào)next_state中的內(nèi)容送入現(xiàn)態(tài)信號(hào)current_state中，而next_state中的內(nèi)容完全由其他進(jìn)程根據(jù)實(shí)

55、際情況而定，此進(jìn)程中往往也包括一些清零或置位的控制信號(hào)。</p><p><b>　　3 主控組合進(jìn)程</b></p><p>　　根據(jù)外部輸入的控制信號(hào)（包括來(lái)自外部的和狀態(tài)機(jī)內(nèi)容的非主控進(jìn)程的信號(hào)）或（和）當(dāng)前狀態(tài)值確定下一狀態(tài)next_state的取值內(nèi)容，以及對(duì)外或?qū)?nèi)部其他進(jìn)程輸出控制信號(hào)的內(nèi)容。</p><p><b>

56、　　4 輔助進(jìn)程</b></p><p>　　用于配合狀態(tài)機(jī)工作的組合、時(shí)序進(jìn)程或配合狀態(tài)機(jī)工作的其他時(shí)序進(jìn)程。</p><p>　　在一般狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了能獲得可綜合的，高效的VHDL狀態(tài)機(jī)描述，建議使用枚舉類(lèi)數(shù)據(jù)類(lèi)型來(lái)定義狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)，并使用多進(jìn)程方式來(lái)描述狀態(tài)機(jī)的內(nèi)部邏輯。例如可使用兩個(gè)進(jìn)程來(lái)描述，—個(gè)進(jìn)程描述時(shí)序邏輯，包括狀態(tài)寄存器的工作和寄存器狀態(tài)的輸出，另

57、一個(gè)進(jìn)程描述組合邏輯，包括進(jìn)程間狀態(tài)值的傳遞邏輯以及狀態(tài)轉(zhuǎn)換值的輸出。必要時(shí)還可以引入第三個(gè)進(jìn)程完成其它的邏輯功能。</p><p>　　下例描述的狀態(tài)機(jī)由兩個(gè)主控進(jìn)程構(gòu)成，其中進(jìn)程REG為主控時(shí)序進(jìn)程，COM為主控組合進(jìn)程。</p><p><b>　　例：</b></p><p>　　LIBRARY IEEE;</p><

58、;p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;</p><p>　　ENTITY s_machine IS</p><p>　　PORT (clk, reset: IN STD_LOGIC;</p><p>　　State_inputs: IN STD_LOGIC_VECTOR(0 TO 1);</p><p>　　

59、comb_outputs: OUT STD_LOGIC_VECTOR(0 TO 1));</p><p>　　END ENTITY s_machine;</p><p>　　ARCHITECTURE behv OF s_machine IS</p><p>　　TYPE states IS (st0,st1,st2,st3); --定義states

60、為枚舉型數(shù)據(jù)類(lèi)型</p><p>　　SIGNAL current_state, next_state : states;</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　REG: PROCESS (reset, clk) --時(shí)序邏輯進(jìn)程</p><p><b>　

61、　BEGIN</b></p><p>　　IF reset='1' THEN　　　 --異步復(fù)位</p><p>　　Current_state<=st0; </p><p>　　ELSIF clk='1' AND clk'EVENT THEN</p><p&

62、gt;　　current_state<=next_state; --當(dāng)檢測(cè)到時(shí)鐘上升沿時(shí)轉(zhuǎn)換至下一狀態(tài)</p><p><b>　　END IF;</b></p><p>　　END PROCESS;</p><p>　　--由信號(hào)current_state將當(dāng)前狀態(tài)值帶出此進(jìn)程，進(jìn)入進(jìn)程COM</p>&l

63、t;p>　　COM: PROCESS(current_state, state_Inputs) --組合邏輯進(jìn)程</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　CASE current_state IS -- 確定當(dāng)前狀態(tài)的狀態(tài)值</p><p>　　WHEN st0 =>comb

64、_outputs <= "00"; --初始狀態(tài)譯碼輸出"00"</p><p>　　IF state_inputs="00" THEN </p><p>　　--根據(jù)外部的狀態(tài)控制輸入"00"</p><p>　　next_state<=st0; </p>

65、<p>　　--在下一時(shí)鐘后，進(jìn)程REG的狀態(tài)將維持為st0</p><p><b>　　ELSE</b></p><p>　　next_state<=st1; --否則，在下一時(shí)鐘后，進(jìn)程REG的狀態(tài)將為st1</p><p><b>　　END IF;</b></p>&

66、lt;p>　　WHEN st1=> comb_outputs<="01"; </p><p>　　--對(duì)應(yīng)狀態(tài)st1的譯碼輸出"01"</p><p>　　IF state_inputs="00" THEN </p><p>　　--根據(jù)外部的狀態(tài)控制輸人"00"<

67、;/p><p>　　next_state<=st1; </p><p>　　--在下一時(shí)鐘后，進(jìn)程REG的狀態(tài)將維持為st1</p><p><b>　　ELSE</b></p><p>　　next_state<=st2;</p><p>　　-- 否則，在下一時(shí)鐘后，進(jìn)程REG的狀態(tài)將

68、為st2</p><p><b>　　END IF;</b></p><p>　　WHEN st2=> comb_outputs<="10"; --以下依次類(lèi)推</p><p>　　IF state_inputs="11" THEN</p><p>　　next_

69、state<=st2;</p><p><b>　　ELSE</b></p><p>　　next_state<=st3;</p><p><b>　　END IF;</b></p><p>　　WHEN st3=>comb_outputs<="11";&

70、lt;/p><p>　　IF state_inputs="11" THEN</p><p>　　next_state<=st3;</p><p><b>　　ELSE</b></p><p>　　next_state<=st0;</p><p><b>　　E

71、ND IF;</b></p><p><b>　　END CASE;</b></p><p>　　END PROCESS;</p><p>　　END ARCHITECTURE behv;</p><p>　　圖4為上述狀態(tài)機(jī)的工作時(shí)序圖。reset為異步復(fù)位信號(hào)，低電平有效，而clk為上升沿有效。如在第3個(gè)

72、脈沖上升沿到來(lái)時(shí)current_state=“st0”，state_inputs＝“01”，輸出comb_outputs=“01”。第4個(gè)脈沖上升沿到來(lái)時(shí)current_state=“st1”，state_inputs＝“00”，輸出comb_outputs=“01”。綜合后的RTL圖如圖5所示。</p><p>　　圖2.3 狀態(tài)機(jī)的工作時(shí)序圖</p><p>　　圖2.4 狀態(tài)機(jī)的RT

73、L圖</p><p>　　一般來(lái)說(shuō)，程序的不同進(jìn)程間是并行運(yùn)行的，但由于敏感信號(hào)設(shè)置的不同和電路的延遲，在時(shí)序上進(jìn)程間的動(dòng)作是有先后的。如對(duì)上例中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換行為來(lái)說(shuō)，有進(jìn)程REG和COM，它們的敏感信號(hào)表分別為（reset,clk）和（current_state,state_inputs），在clk上升沿到來(lái)時(shí)，進(jìn)程REG將首先運(yùn)行，完成狀態(tài)轉(zhuǎn)換的賦值操作。如果外部控制信號(hào)state_inputs不變，只有當(dāng)來(lái)自

74、進(jìn)程REG的信號(hào)current_state改變時(shí)，進(jìn)程COM才開(kāi)始動(dòng)作，并將根據(jù)current_state和state_inputs的值來(lái)決定下一有效時(shí)鐘沿到來(lái)后，進(jìn)程REG的狀態(tài)轉(zhuǎn)換方向。這個(gè)狀態(tài)機(jī)的兩位組合邏輯輸出comb_outputs是對(duì)當(dāng)前狀態(tài)的譯碼。我們可以通過(guò)這個(gè)輸出值來(lái)了解狀態(tài)機(jī)內(nèi)部的運(yùn)行情況，同時(shí)還可以利用外部控制信號(hào)state_inputs任意改變狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)變化模式。</p><p>　　注

75、意：在上例中，有兩個(gè)信號(hào)起到了互反饋的作用，完成了兩個(gè)進(jìn)程間的信息傳遞的功能，這兩個(gè)信號(hào)分別是current_state〔進(jìn)程REG－>進(jìn)程COM)和next_state(進(jìn)程COM－>進(jìn)程REG)。</p><p>　　在VHDL中可以有兩種方式來(lái)創(chuàng)建反饋機(jī)制：即使用信號(hào)的方式和使用變量的方式。通常傾向于使用信號(hào)的方式（如例3）。一般而言，在進(jìn)程中使用變量傳遞數(shù)據(jù)，然后使用信號(hào)將數(shù)據(jù)帶出進(jìn)程。在設(shè)計(jì)

76、過(guò)程中，如果希望輸出的信號(hào)具有寄存器鎖存功能，則需要為此輸出寫(xiě)第3個(gè)進(jìn)程，并把clk和reset信號(hào)放入敏感信號(hào)表中。但必須注意避免由于寄存器的引入而創(chuàng)建了不必要的異步反饋路徑。根據(jù)VHDL綜合器的規(guī)則，對(duì)于所有可能的輸入條件，如果進(jìn)程中的輸出信號(hào)沒(méi)有被明確的賦值時(shí)，此信號(hào)將自動(dòng)被指定，即在未列出的條件下保持原值，這就意味著引入了寄存器。因此，我們?cè)诔绦虻木C合過(guò)程中，應(yīng)密切注意VHDL綜合器給出的警告信息，并根據(jù)警告信息對(duì)程序作必要的修

77、改。</p><p>　　一般來(lái)說(shuō)，利用狀態(tài)機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)有如下幾個(gè)步驟：</p><p>　　(1) 分析設(shè)計(jì)要求，列出狀態(tài)機(jī)的全部可能狀態(tài)，并對(duì)每一個(gè)狀態(tài)進(jìn)行編碼。</p><p>　　(2) 根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系和輸出函數(shù)畫(huà)出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。</p><p>　　(3) 由狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，用VHDL語(yǔ)句對(duì)狀態(tài)機(jī)描述。</p><p&

78、gt;<b>　　狀態(tài)機(jī)的編碼方案</b></p><p>　　在狀態(tài)機(jī)的編碼方案中，有兩種重要的編碼方法：二進(jìn)制編碼和一位熱碼(One—Hot)編碼。</p><p>　　在二進(jìn)制編碼的狀態(tài)機(jī)中，狀態(tài)位(B)與狀態(tài)(S)的數(shù)目之間的關(guān)系為B=log2S，如兩位狀態(tài)位就有00，01，10，11四個(gè)不同狀態(tài)，它們?cè)诓煌目刂菩盘?hào)下可以進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，但如果各觸發(fā)器又沒(méi)有準(zhǔn)

79、確地同時(shí)改變其輸出值，那么在狀態(tài)01變到10時(shí)則會(huì)出現(xiàn)暫時(shí)的11或00狀態(tài)輸出，這類(lèi)險(xiǎn)象可能使整個(gè)系統(tǒng)造成不可預(yù)測(cè)的結(jié)果。這時(shí)，采用格雷碼二進(jìn)制編碼是特別有益，在該編碼方案中，每次僅一個(gè)狀態(tài)位的值發(fā)生變化。</p><p>　　一位熱碼編碼就是用n個(gè)觸發(fā)器來(lái)實(shí)現(xiàn)n個(gè)狀態(tài)的編碼方式，狀態(tài)機(jī)中的每一個(gè)狀態(tài)都由其中一個(gè)觸發(fā)器的狀態(tài)來(lái)表示。如4個(gè)狀態(tài)的狀態(tài)機(jī)需4個(gè)觸發(fā)器，同一時(shí)間僅一個(gè)狀態(tài)位處于邏輯1電平，四個(gè)狀態(tài)分別為

80、：0001、0010、0100、1000。</p><p>　　在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)狀態(tài)機(jī)的復(fù)雜程度、所使用的器件系列和從非法狀態(tài)退出所需的條件來(lái)選擇最適合的編碼方案，使之能確保高效的性能和資源的利用。</p><p>　　對(duì)復(fù)雜的狀態(tài)機(jī)，二進(jìn)制編碼需用的觸發(fā)器的數(shù)目比一位熱碼編碼的少。如100個(gè)狀態(tài)的狀態(tài)機(jī)按二進(jìn)制編碼僅用7個(gè)觸發(fā)器就可以實(shí)現(xiàn)，而一位熱碼編碼則要求100個(gè)觸發(fā)器。另一方面，

81、雖然一位熱碼編碼要求用較多的觸發(fā)器，但邏輯上通常相對(duì)簡(jiǎn)單些。在二進(jìn)制編碼的狀態(tài)機(jī)中，控制從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)狀態(tài)的邏輯與所有7個(gè)狀態(tài)位以及狀態(tài)機(jī)的輸入均有關(guān)。這類(lèi)邏輯通常要求到狀態(tài)位輸入的函數(shù)是多輸入變量的。然而，在一熱戀位編碼的狀態(tài)機(jī)中，到狀態(tài)位的輸入常常是其它狀態(tài)位的簡(jiǎn)單函數(shù)。</p><p>　　站在器件結(jié)構(gòu)的角度，不同結(jié)構(gòu)支持其確定的編碼類(lèi)型。MAX+plus II編譯程序?qū)λ捎玫钠骷盗凶詣?dòng)地選擇最

82、合適的編碼方法（除非在設(shè)計(jì)文件中規(guī)定了具體的編碼方案）。例如，F(xiàn)LEX 7000器件系列是寄存器增強(qiáng)型（Register-intensive），以這類(lèi)器件為對(duì)象的狀態(tài)機(jī)最好選用一位熱碼編碼方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于一位熱碼編碼的狀態(tài)機(jī)降低了送到每一個(gè)狀態(tài)位的邏輯電路的復(fù)雜程度，因而可提高用FLEX 7000器件實(shí)現(xiàn)的狀態(tài)機(jī)的性能。MAX 5000和MAX 7000器件系列最適合二進(jìn)制狀態(tài)機(jī)編碼方案。這兩類(lèi)器件都能夠利用共享和并聯(lián)的擴(kuò)展乘積項(xiàng)有效地

83、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯函數(shù)。因此，在這兩類(lèi)器件小，可以容納復(fù)雜的組合邏輯函數(shù)而不會(huì)浪費(fèi)資源或損失性能。</p><p>　　2.4 四層電梯控制器具體設(shè)計(jì)</p><p>　　四層電梯控制器的功能</p><p>　　電梯控制器是控制電梯按照顧客要求自動(dòng)上下的裝置。四層電梯控制器的功能如下：</p><p>　　(1) 每層電梯入口處設(shè)有上下請(qǐng)求開(kāi)

84、關(guān)，電梯內(nèi)設(shè)有顧客到達(dá)層次的停站請(qǐng)求開(kāi)關(guān)。</p><p>　　(2)設(shè)有電梯入口處位置指示裝置及電梯運(yùn)行模式(上升或下降)指示裝置。</p><p>　　(3)電梯每秒上升(下降)一層樓。</p><p>　　(4)電梯到達(dá)有停站請(qǐng)求的樓層，經(jīng)過(guò)1秒電梯門(mén)打開(kāi)，開(kāi)門(mén)指示燈亮，開(kāi)門(mén)4秒后，電梯門(mén)關(guān)閉(開(kāi)門(mén)指示燈滅)，電梯繼續(xù)進(jìn)行，直至執(zhí)行完最后一個(gè)請(qǐng)求信號(hào)停留在當(dāng)前

85、層。</p><p>　　(5)能記憶電梯內(nèi)外所有請(qǐng)求，并按照電梯運(yùn)行規(guī)則按順序響應(yīng)，每個(gè)請(qǐng)求信號(hào)保留至執(zhí)行后消除。</p><p>　　(6)電梯運(yùn)行規(guī)則—當(dāng)電梯處于上升模式時(shí)，只響應(yīng)比電梯所在位置的上樓請(qǐng)求信號(hào)，由下而上逐個(gè)執(zhí)行，直到最后一個(gè)上樓請(qǐng)求執(zhí)行完畢；如果高層有下樓請(qǐng)求，則直接升到由下樓請(qǐng)求的最高樓層，然后進(jìn)入下降模式。當(dāng)電梯處于下降模式則與上升模式相反。</p>

86、<p>　　(7)電梯初始狀態(tài)為一層開(kāi)門(mén)狀態(tài)。</p><p>　　四層電梯控制器的設(shè)計(jì)思路</p><p>　　采用狀態(tài)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)電梯控制器，思路比較清晰，通過(guò)一個(gè)統(tǒng)一的1秒為周期的時(shí)鐘來(lái)觸發(fā)狀態(tài)機(jī)。根據(jù)電梯的實(shí)際工作情況，可以把狀態(tài)機(jī)設(shè)置10個(gè)狀態(tài)，分別是“電梯停留在1層”、“開(kāi)門(mén)”、“關(guān)門(mén)”、“開(kāi)門(mén)等待第1秒”、“開(kāi)門(mén)等待第二秒”、“開(kāi)門(mén)等待第三秒”、“開(kāi)門(mén)等待第四秒”、“

87、上升”、“下降”和“停止”狀態(tài)。各個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換條件可由上面的設(shè)計(jì)要求所決定。</p><p>　　3、四層電梯控制器的綜合設(shè)計(jì)</p><p>　?。?）四層電梯控制器的實(shí)體實(shí)際</p><p>　　首先考慮輸入端口，一個(gè)異步復(fù)位端口reset，用于在系統(tǒng)不正常時(shí)回到初始狀態(tài)；在電梯外部，必須有升降請(qǐng)求端口，一層最低，不需要下降請(qǐng)求，四層是最高層。不需要有上升請(qǐng)

88、求，二層與三層則上升，下降請(qǐng)求端口都有；在電梯內(nèi)部，應(yīng)該設(shè)有各層停留的請(qǐng)求端口；一個(gè)電梯時(shí)鐘輸入端口，該輸入時(shí)鐘以1秒為周期，用于驅(qū)動(dòng)電梯的升降及開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)等動(dòng)作；另有一個(gè)是按鍵時(shí)鐘輸入端口，時(shí)鐘頻率比電梯時(shí)鐘高。</p><p>　　其次是輸出端口，有升降請(qǐng)求信號(hào)，就得有一個(gè)輸出端口來(lái)指示請(qǐng)求是否被響應(yīng)，有請(qǐng)求信號(hào)以后，該輸出端口輸出邏輯’1’，被響應(yīng)以后則恢復(fù)邏輯’0’；同樣，在電梯內(nèi)部也應(yīng)該有這樣的輸出端口來(lái)

89、顯示各層停留是否被響應(yīng)；在電梯外部，需要一個(gè)端口來(lái)指示電梯現(xiàn)在所處的位置；電梯開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)的狀態(tài)也能用一個(gè)輸出端口來(lái)指示；為了觀察電梯的運(yùn)行是否正確，可以設(shè)置一個(gè)輸出端口來(lái)指示電梯的升降狀態(tài)。</p><p>　　在端口的定義中定義position時(shí)選用的是整型數(shù)據(jù)類(lèi)型（INTEGRER），主要是為了在電梯運(yùn)行是便于觀察。整型直接可以看出電梯運(yùn)行是樓層的變化，在第一層就顯示1，第二層就顯示2，很直觀。當(dāng)然，posit

90、ion的定義也可以用標(biāo)準(zhǔn)邏輯矢量（STD_LOGIC_VECTOR）來(lái)定義，但是如果選用標(biāo)準(zhǔn)邏輯矢量，在電梯運(yùn)行時(shí)就不是那么好觀察。這里是四層的電梯控制器，那么只需定義一個(gè)兩位的就足夠顯示了?！?0”的時(shí)候?qū)?yīng)電梯的第一層，”11”的時(shí)候就對(duì)應(yīng)第四層。但是”11”的十進(jìn)制值為3，沒(méi)有和層次顯示的第四層想對(duì)應(yīng)起，所以就放棄選用標(biāo)準(zhǔn)邏輯矢量來(lái)定義position，而選用的整型。</p><p>　?。?） 四層電梯

91、控制器的結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)</p><p>　　首先說(shuō)明一下?tīng)顟B(tài)。狀態(tài)機(jī)設(shè)置了10個(gè)狀態(tài)，分別是電梯停留在1層(stopon1)、開(kāi)門(mén)(dooropen)、關(guān)門(mén)(doorclose)、開(kāi)門(mén)等待第1秒(doorwait1)、開(kāi)門(mén)等待第2秒(doorwait2)、開(kāi)門(mén)等待第3秒(doorwait3)、開(kāi)門(mén)等待第4秒(doorwait4)、上升(up)、下降(down)和停止(stop)。在實(shí)體說(shuō)明中定義完端口之后，在結(jié)構(gòu)體個(gè)

92、之間需要有如下的定義語(yǔ)句，來(lái)定義狀態(tài)機(jī)。</p><p>　　TYPE lift_state IS</p><p>　　(stopon1,dooropen,doorclose,doorwait1,doorwait2,doorwait3,</p><p>　　doorwait4,up,down,stop) --電梯的10個(gè)狀態(tài)</p&g

93、t;<p>　　SIGNAL mylift:lift_state; --定義為lift類(lèi)型的信號(hào)mylift</p><p>　　在結(jié)構(gòu)體中，設(shè)計(jì)了兩個(gè)進(jìn)程互相配合，一個(gè)狀態(tài)機(jī)進(jìn)程作為主要進(jìn)程，另外一個(gè)是信號(hào)燈控制進(jìn)程作為輔助進(jìn)程。狀態(tài)機(jī)進(jìn)程中的很多判斷條件是以信號(hào)燈進(jìn)程產(chǎn)生的信號(hào)燈信號(hào)為依據(jù)的，而信號(hào)燈進(jìn)程中信號(hào)燈的熄滅又是有狀態(tài)機(jī)進(jìn)程中傳出clearup和cleardn

94、信號(hào)來(lái)控制。</p><p>　　在狀態(tài)機(jī)進(jìn)程中，在電梯上升狀態(tài)中，通過(guò)對(duì)信號(hào)燈的判斷，決定下一個(gè)狀態(tài)是繼續(xù)上升還是停止；在電梯下降狀態(tài)中，也是通過(guò)對(duì)信號(hào)燈的判斷，決定下一個(gè)狀態(tài)是繼續(xù)下降還是是停止；在電梯停止?fàn)顟B(tài)中，判斷是最復(fù)雜的，通過(guò)對(duì)信號(hào)的判斷，決定電梯是上升、下降還是停止。</p><p>　　在信號(hào)燈控制進(jìn)程中，由于使用了專(zhuān)門(mén)的頻率較高的按鍵時(shí)鐘，所以使得按鍵的靈敏度增大，但是時(shí)

95、鐘頻率不能過(guò)高，否則容易使按鍵過(guò)于靈敏。按鍵后產(chǎn)生的點(diǎn)亮的信號(hào)燈(邏輯值為’1’)用于作為狀態(tài)機(jī)進(jìn)程中的判斷條件，而clearup和cleardn信號(hào)為邏輯’1’使得相應(yīng)的信號(hào)燈熄滅。</p><p><b>　　四層電梯控制器設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　輸入輸出端口定義表</b></p><p><b

96、>　　表2.2</b></p><p>　　四層電梯控制器的VHDL描述源程序</p><p>　　LIBRARY IEEE;</p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;</p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;</p><p&

97、gt;　　USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;</p><p>　　ENTITY fourfilft IS</p><p>　　PORT(buttonclk:IN STD_LOGIC;</p><p>　　liftclk:IN STD_LOGIC;</p><p>　　reset:IN STD_LOGIC;</p&

98、gt;<p>　　f1upbutton:IN STD_LOGIC;</p><p>　　f2upbutton:IN STD_LOGIC;</p><p>　　f2dnbutton:IN STD_LOGIC;</p><p>　　f3upbutton:IN STD_LOGIC;</p><p>　　f3dnbutton:IN ST

99、D_LOGIC;</p><p>　　f4dnbutton:IN STD_LOGIC;</p><p>　　fuplight:BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(4 DOWNTO 1);</p><p>　　fdnlight:BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(4 DOWNTO 1); </p><p>　　stop1

100、button,stop2button,stop3button,stop4button:IN STD_LOGIC;</p><p>　　stoplight:BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(4 DOWNTO 1);</p><p>　　position:BUFFER INTEGER RANGE 1 TO 4;</p><p>　　doorlight:OU

101、T STD_LOGIC;</p><p>　　udsig:BUFFER STD_LOGIC);</p><p>　　END fourfilft;</p><p>　　ARCHITECTURE art OF fourfilft IS</p><p>　　TYPE lift_stata IS</p><p>　　(stop

102、on1,dooropen,doorclose,doorwait1,doorwait2,doorwait3,doorwait4,up,down,stop);</p><p>　　SIGNAL mylift:lift_stata;</p><p>　　SIGNAL clearup:STD_LOGIC;</p><p>　　SIGNAL cleardn:STD_LOGIC

103、;</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　ctrlift:PROCESS(reset,liftclk)</p><p>　　VARIABLE pos:INTEGER RANGE 4 DOWNTO 1;</p><p><b>　　BEGIN</b></p>

104、<p>　　IF reset='1' THEN</p><p>　　mylift<=stopon1;</p><p>　　clearup<='0';</p><p>　　cleardn<='0';</p><p><b>　　ELSE</b>&

105、lt;/p><p>　　IF liftclk'EVENT AND liftclk='1' THEN</p><p>　　CASE mylift IS</p><p>　　WHEN stopon1=>doorlight<='1';</p><p>　　position<=1;pos:=1;&

106、lt;/p><p>　　mylift<=doorwait1;</p><p>　　WHEN doorwait1=>mylift<=doorwait2;</p><p>　　WHEN doorwait2=>clearup<='0';</p><p>　　cleardn<='0';&

107、lt;/p><p>　　mylift<=doorwait3;</p><p>　　WHEN doorwait3=>mylift<=doorwait4;</p><p>　　WHEN doorwait4=>mylift<=doorclose;</p><p>　　WHEN doorclose=>doorlight

108、<='0';</p><p>　　IF udsig='0' THEN</p><p>　　IF position=4 THEN</p><p><b>　　IF</b></p><p>　　stoplight="0000"AND fuplight="00

109、00" AND fdnlight="0000" THEN</p><p>　　udsig<='1';</p><p>　　mylift<=doorclose;</p><p>　　ELSE udsig<='1';mylift<=down;clearup<='1'

110、;;</p><p><b>　　END IF;</b></p><p>　　ELSIF position=3 THEN</p><p><b>　　IF </b></p><p>　　stoplight="0000" AND fuplight="0000"

111、and fdnlight="0000" THEN</p><p>　　udsig<='0';</p><p>　　mylift<=doorclose;</p><p><b>　　ELSIF </b></p><p>　　stoplight(4)='1' O

112、R fdnlight(4)='1' THEN</p><p>　　udsig<='0';</p><p>　　mylift<=up;clearup<='1';</p><p>　　ELSE udsig<='1';mylift<=down;clearup<='1

113、';</p><p><b>　　END IF;</b></p><p>　　ELSIF position=2 THEN</p><p><b>　　IF</b></p><p>　　stoplight="0000" AND fuplight="0000&quo

114、t; AND fdnlight="0000" THEN</p><p>　　udsig<='0';mylift<=doorclose;</p><p><b>　　ELSIF</b></p><p>　　(stoplight(3)='1' OR fuplight(3)='

115、1') THEN</p><p>　　udsig<='0';mylift<=up;clearup<='1';</p><p><b>　　ELSIF</b></p><p>　　(stoplight(4)='1' OR fdnlight(4)='1')