電梯控制器實驗報告.doc

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電子技術(shù)實驗報告電梯控制器的設(shè)計與分析班級： 姓名： 學(xué)號： 日期：2016年6月25日聯(lián)系電話：一實驗?zāi)康碾娮蛹夹g(shù)專題實驗是對“數(shù)字邏輯”課程內(nèi)容的全面、系統(tǒng)的總結(jié)、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(yīng)的題目，在老師的指導(dǎo)下，由學(xué)生獨立完成。目的是通過實驗使學(xué)生掌握數(shù)字邏輯電路設(shè)計的基本方法和技巧，正確運用Quartus軟件及實驗室多功能學(xué)習(xí)機(jī)硬件平臺，完成所選題目的設(shè)計任務(wù)，并掌握數(shù)字邏輯電路測試的基本方法，訓(xùn)練學(xué)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(xué)生更深入的理解所學(xué)知識，為以后的計算機(jī)硬件課程的學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)。二項目設(shè)計概要1. 設(shè)計實現(xiàn)的目標(biāo) 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(yīng)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(jìn)行控制，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，微型計算機(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)化控制的時代。 2. 整體設(shè)計概述電梯的微機(jī)化控制主要有以下幾種形式： PLC控制； 單板機(jī)控制； 單片機(jī)控制； 單微機(jī)控制； 多微機(jī)控制； 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)用于電子設(shè)計與控制的各個方面。本設(shè)計就是使用一片CPLD/FPGA來實現(xiàn)對電梯的控制的3. 項目設(shè)計特點我們在項目設(shè)計過程中采用模塊化設(shè)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(shè)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(diào)試。在最終整合時，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(shè)計方案根據(jù)系統(tǒng)設(shè)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(shè)計如圖1所示：系統(tǒng)工作用2 Hz基準(zhǔn)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(guān)門輸入鍵CLOSE，延遲關(guān)門輸入鍵DELAY，電梯運行的開關(guān)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(zhǔn)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(jié)合DIRECT完成樓層選擇的鍵入，高電平有效；CLOSE:提前關(guān)門輸入鍵。可實現(xiàn)無等待時間的提前關(guān)門操作，高電平有效；DELAY:延遲關(guān)門輸入鍵?？蓪崿F(xiàn)有等待時間的延遲關(guān)門操作，高電平有效；RUN_STOP:電梯運行或停止開關(guān)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(dāng)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。1. 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計示意圖2.項目分塊及其實現(xiàn)方案電梯的控制狀態(tài)包括運行狀態(tài)、停止?fàn)顟B(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(guān)門，?？亢蛦?。乘客可通過鍵入開、關(guān)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(yīng)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(wù)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(shè)計的關(guān)鍵是確定上升及下降寄存器的置位與復(fù)位。整個系統(tǒng)的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。Vhdl程序：-DTKZQ.VHD -顯示電路LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY led ISPORT(LEDIN: IN STD_LOGIC_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(jié)構(gòu)體BEGIN PROCESS(LEDIN) BEGIN CASE LEDIN IS -共陰極LED顯示譯碼 g f e d c b a WHEN0000=ledoutledoutledoutledoutledoutledoutledoutledoutledoutledoutledoutledoutledoutledoutledoutledoutledout=0000000; -其他情況時燈滅 END CASE; END PROCESS; END ART;LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITY 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(jié)合DIRECT完成樓層選擇的鍵入 CLOSE:IN STD_LOGIC; -提前關(guān)門輸入鍵 DELAY:IN STD_LOGIC; -延遲關(guān)門輸入鍵 RUN_STOP:IN STD_LOGIC;-電梯運行的開關(guān)鍵 LAMP:OUT STD_LOGIC; -電梯運行或停止指示鍵 RUN_WAIT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); -結(jié)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 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 DOWNTO 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(fù)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(guān)門及延遲變量 BEGIN -內(nèi)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=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(jìn)程 P0:PROCESS(CLK) BEGIN IF (CLKEVENT AND CLK=1) THEN CLKIN=NOT CLKIN; END IF;END PROCESS P0;-分頻及樓選信號產(chǎn)生進(jìn)程P1:PROCESS(CLKIN)BEGINIF (CLKINEVENT AND CLKIN=1) THEN DIVID=NOT DIVID; IF (DIR=4) THEN DIR=0; ELSE DIRNUM)AND (ST_CH=1)OR (UPIN=1)THEN CASE T IS WHEN 1 = UR(1) UR(2) UR(3) UR(4) UR(5) UR(6) UR(7) UR(8) UR(9) UR(10) UR(11) UR(12) UR(13) UR(14) UR(15) UR(16)NULL; END CASE;-電梯運行時間到 ELSIF (HAND=1)THEN CASE NUM IS WHEN 1 = UR(1) UR(2) UR(3) UR(4) UR(5) UR(6) UR(7) UR(8) UR(9) UR(10) UR(11) UR(12) UR(13) UR(14) UR(15) UR(16)NULL; END CASE; END IF;-選擇樓層小于當(dāng)前樓層或者有下降請求IF (T DR(1) DR(2) DR(3) DR(4) DR(5) DR(6) DR(7) DR(8) DR(9) DR(10) DR(11) DR(12) DR(13) DR(14) DR(15) DR(16)NULL; END CASE;-電梯運行時間到 ELSIF (HAND=1) THEN CASE NUM IS WHEN 1 = DR(1) DR(2) DR(3) DR(4) DR(5) DR(6) DR(7) DR(8) DR(9) DR(10) DR(11) DR(12) DR(13) DR(14) DR(15) DR(16)NULL; END CASE; END IF;ELSE UR=0000000000000000; DR=0000000000000000; END IF; END PROCESS P2;-電梯運行次態(tài)的控制進(jìn)程P3:PROCESS(UR,DR,DIR,LIFTOR,LADD,WAI_T,RUN_STOP) BEGIN IF (RUN_STOP=1) THEN -電梯運行時 IF (WAI_T=110) THEN IF (UR OR DR)=0000000000000000) THEN LADD(1)IF (UR(1)OR DR(1)0) THEN LADD(1)=0; -等待狀態(tài) ELSE LADDIF (UR(2)OR DR(2)0) THEN LADD(1)00000000000000) OR(UR(1)OR DR(1)=0) THEN LADD =11; -上升狀態(tài) ELSE LADDIF (UR(3) OR DR(3)0) THEN LADD(1)0000000000000) OR(UR(2 DOWNTO 1) OR DR(2 DOWNTO 1)=00) THEN LADD=11; ELSE LADDIF (UR(4) OR DR(4)0) THEN LADD(1)000000000000) OR(UR(3 DOWNTO 1) OR DR(3 DOWNTO 1)=000) THEN LADD=11; ELSE LADDIF (UR(5) OR DR(5)0) THEN LADD(1)00000000000) OR(UR(4 DOWNTO 1) OR DR(4 DOWNTO 1)=0000) THEN LADD=11; ELSE LADDIF (UR(6) OR DR(6)0) THEN LADD(1)0000000000 ) OR(UR(5 DOWNTO 1) OR DR(5 DOWNTO 1)=00000) THEN LADD=11; ELSE LADDIF (UR(7) OR DR(7)0) THEN LADD(1)000000000) OR(UR(6 DOWNTO 1) OR DR(6 DOWNTO 1)=000000) THEN LADD=11; ELSE LADDIF (UR(8) OR DR(8)0) THEN LADD(1)00000000 ) OR(UR(7 DOWNTO 1) OR DR(7 DOWNTO 1)=0000000) THEN LADD=11; ELSE LADDIF (UR(9) OR DR(9)0) THEN LADD(1)0000000 ) OR(UR(8 DOWNTO 1) OR DR(8 DOWNTO 1)=00000000) THEN LADD=11; ELSE LADDIF (UR(10) OR DR(10)0) THEN LADD(1)000000 ) OR(UR(9 DOWNTO 1) OR DR(9 DOWNTO 1)=000000000) THEN LADD=11; ELSE LADDIF (UR(11) OR DR(11)0) THEN LADD(1)00000) OR(UR(10 DOWNTO 1) OR DR(10 DOWNTO 1)=0000000000) THEN LADD=11; ELSE LADDIF (UR(12) OR DR(12)0) THEN LADD(1)0000 ) OR(UR(11 DOWNTO 1) OR DR(11 DOWNTO 1)=00000000000) THEN LADD=11; ELSE LADDIF (UR(13) OR DR(13)0) THEN LADD(1)000 ) OR(UR(12 DOWNTO 1) OR DR(12 DOWNTO 1)=000000000000) THEN LADD=11; ELSE LADDIF (UR(14) OR DR(14)0) THEN LADD(1)00 ) OR(UR(13 DOWNTO 1) OR DR(13 DOWNTO 1)=0000000000000) THEN LADD=11; ELSE LADDIF (UR(15)OR DR(15)0) THEN LADD(1)0) OR (UR(14 DOWNTO 1) OR DR(14 DOWNTO 1)=00000000000000) THEN LADD=11; ELSE LADDIF (UR(16) OR DR(16)0) THEN LADD(1)=0; ELSE LADDNULL; 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(guān)門控制進(jìn)程P4:PROCESS(DIVID,WAI_T,LADD,CLOSEX,DELAYX) BEGIN IF (DIVIDEVENT AND DIVID=1) THEN -分頻后的時鐘上升沿 IF (WAI_T=000 OR CLOSEX=1) THEN WAI_T=110; ELSE IF (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) THEN IF (LADD=11) THEN -電梯上升，樓層加1 LIFTOR=LIFTOR+1; ELSIF (LADD=10) THEN LIFTOR=LIFTOR-1; END IF; END IF; END IF; END IF; END PROCESS P4;END ART; -頂層模塊設(shè)計LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;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(jié)合DIRECT完成樓層選擇的鍵入 CLOSE:IN STD_LOGIC; -提前關(guān)門輸入鍵 DELAY:IN STD_LOGIC; -延遲關(guān)門輸入鍵 RUN_STOP:IN STD_LOGIC;-電梯運行的開關(guān)鍵 LAMP:OUT STD_LOGIC; -電梯運行或停止指示鍵 RUN_WAIT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0); -結(jié)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 STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);-輸出信號 END COMPONENT LED;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(jié)合DIRECT完成樓層選擇的鍵入 CLOSE:IN STD_LOGIC; -提前關(guān)門輸入鍵 DELAY:IN STD_LOGIC; -延遲關(guān)門輸入鍵 RUN_STOP:IN STD_LOGIC;-電梯運行的開關(guān)鍵 LAMP:OUT STD_LOGIC; -電梯運行或停止指示鍵 RUN_WAIT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); -結(jié)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); BEGIN U1: DTKZQ PORT MAP(CLK, UPIN, DOWNIN, ST_CH, CLOSE, 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(jié)果及分析1.模擬仿真測試波形圖2.DTKZQ器件圖五項目總結(jié)通過本次課程設(shè)計進(jìn)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(shè)計方法有了進(jìn)一步的認(rèn)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。