EDA课程设计《电梯控制器》

前言11绪论21.1课程设计题目21.2设计目的21.3课程设计要求21.4课程设计思想32软件介绍43课程设计步骤63.1状态机的基本原理63.2电梯控制器的功能模块63.3电梯控制器的流程图73.4电梯控制器的VHDL描述模块流程83.5实体设计83.6结构体设计83.7 VHDL源代码语法的简单说明93.8电梯输入输出端口图104三层电梯控制器的调试及仿真114.1程序的调试114.2波形仿真115课程设计的意义155.1设计背景155.2课程设计的意义155.2.1中国电梯的现状155.2.2电梯的节能和环保165.2.3电梯的智能化166总结17参考文献18附录19冃U言电梯作为垂直方向的交通工具，在高层建筑和公共场所已成为不可或缺 的设备。中国是全球最大的电梯市场，也具有最强的电梯生产能力，但由于 缺乏自主知识产权和核心技术，自主品牌占市场的份额很少。因此要加大对 电梯技术的创新和发展，提升电梯的性能，就需要引进更好的技术，电梯控 制器就是很好的装置，大力开发控制器是很必要的。电梯控制器可以有很多实现方式，本设计用了 EDA技术进行操作。EDA 技术打破了软件和硬件间的壁垒，使计算机的软件技术与硬件实现、设计效 率与产品性能合二为一，它代表了电子设计技术和应用技术的发展方向。 VHDL主要用于描述数字系统的接口，结构和功能，它的语法简单易懂， 移植性好。我设计的是一个3层电梯控制器。分为主控制器和分控制器。主控制器 是电梯内部的控制器，每层电梯入口处有一个分控制器。本设计采用VHDL， 源程序Altera公司的Quartus II软件仿真。运用有限状态机的设计方法，设 计了两个进程相互配合，状态机进程作为主要进程，信号灯控制进程作为辅 助进程。在主进程中定义了十个状态，ST0P0N1，DOOROPEN， DOORCLOSE，DOORWAIT1，D00RWAIT2, D00RWAIT3, D00RWAIT4, UP，DOWN，STOP。在电梯时钟的触发下，通过当前状态和信号灯信号来 判定下一状态。信号灯控制进程中，信号灯信号存储按键请求情况，它的熄 灭是由状态机进程中传出的信号来控制。1绪论电梯控制器由硬件和软件两大部分组成。硬件包括控制器、控制器地板、 读卡天线、电源、写卡器、IC卡片等组成内呼控制器，软件包括下位机运行 控制软件、上位机写卡授权软件。我设计的三层电梯控制器主要应用EDA电 子电路技术。EDA的发展使得设计更具有灵活性。随着我国经济持续增长、城镇化建设的加速和房地产行业的进一步发展, 对电梯的需求越来越大。所以电梯控制器就需要大强度的发展，来满足社会 的需求。电梯的发展更加的智能化，节约化。对社会的发展，人民生活水平 的提咼具有很大的意义。所以加大对电梯控制器的发展，和技术上的研究是 很重要的。随着EDA技术发展和应用领域的扩大与深入，EDA技术在电子信息、 通讯、自动控制及计算机应用等领域的重要性突出。随着技术市场与人才市 场对EDA的需求不断提高,产品的市场需求和技术市场的要求也必然会反映 到教学领域和科研领域中来。EDA技术的提高，促进了电梯控制器的发展。电梯行业也随着科技的发展，不断地出现在人们生活的各个场所，因此, 对电梯控制器的设计是一个很实用的例子，对掌握EDA技术的应用也有很大 的帮助。1.1课程设计题目电梯控制器1.2设计目的进一步巩固理论知识，培养所学理论知识的在实际中的应用能力；掌握 EDA设计的一般方法；熟悉一种EDA软件，掌握一般EDA系统的调试方法; 利用EDA软件设计一个电子技术综合问题，培养VHDL编程、书写技术报 告的能力。为以后进行工程实际问题的研究打下设计基础。1.3课程设计要求设计一电梯控制器实现如下功能：一个3层电梯控制器。分为主控制器和分控制器。主控制器是电梯内部 的控制器，每层电梯入口处有一个分控制器。主控制器的功能如下：1在电梯开关时相应请求，否则不响应；2电梯初始位置是一层；3.电梯运行时，指示方向和当前所在楼层；4电梯每秒升降一层5.当电梯到达所请求的楼层时，自动开门，等待4秒后自动关门，继续 运行，如果没有请求信号，停留在当前楼层；6收到请求后，自动到达用户所在楼层，自动开门；7. 记忆电梯内外所有请求，并按电梯运行顺序执行，在执行后清除请求;8. 电梯运行规则：当电梯处于上升状态时，仅响应比电梯位置高的用户 的请求；当电梯处于下降状态时，仅响应比电梯位置更低的用户请求；分控制器的功能如下：1设有上升请求按钮和下降请求按钮，实时检测用户按键；2. 指示电梯当前坐在楼层3. 当电梯到达本层是，清除请求。1.4课程设计思想实验模拟生活中电梯运动控制，电梯总共三层，最简单的控制思想如下： 采集用户呼叫楼层，并放入相应的记忆单元中；不考虑电梯轿厢所在楼层。 若有用户呼叫，电梯上行直到达到用户呼叫最大层，再下行直到到达最低层， 由此构成一次行程；每完成一次行程，检测是否所用用户呼叫均已响应完毕。 如果没有，电梯继续运行，直到响应完所有用户呼叫。否则，电梯停止运行; 其中用户请求包括外部请求和内部请求。有外部升降请求信号需点亮相应的 外部请求指示灯，内部升降请求信号同外呼；根据电梯所在楼层，七段数码 管显示楼层数；根据用户运行方向，点亮相应升降指示灯；当电梯运行到有 相应外部呼叫或内部呼叫楼层时，电梯停止运行，灭掉相应的呼叫显示灯， 电梯开关门后，继续运行。电梯控制器设计两个进程相互配合，状态机进程作为主要进程，信号灯 控制进程作为辅助进程。根据电梯的实际工作情况，可以为状态机设置十个 状态，它们分别是“电梯停在一层” “开门” “关门” “开门等待第一秒” “开 门等待第二秒”“开门等待第三秒”“开门等待第四秒”“上升”“下降”和“停 止”。由于电梯每秒上升或下降一层，则可以用周期为1S的信号作为电梯状 态转换的触发时钟。状态机进程中的很多判断条件是以信号灯控制进程产生 的信号灯信号为依据，而信号灯控制进程中信号灯的熄灭又是由状态机进程 中传出的信号来控制。2软件介绍Quartus设计软件是Altera提供的完整的多平台设计环境，能够直接满足 特定设计需要，为可编程芯片系统（SOPC）提供全面的设计环境。Quartus 软件含有FPGA和CPLD设计所有阶段的解决方案。Quartus II作为一种可编程逻辑的设计环境，由于其强大的设计能 力和直观易用的接口，越来越受到数字系统设计者的欢迎。Quartus II（3.0和更高版本）设计软件是业界唯一提供FPGA和固定功能HardCopy器件统一设计流程的设计工具。工程师使用同样的低价位 工具对Stratix FPGA进行功能验证和原型设计，又可以设计HardCopy Stratix 器件用于批量成品。系统设计者现在能够用Quartus II软件评估HardCopy Stratix器件的性能和功耗，相应地进行最大吞吐量设计。Altera的Quartus II可编程逻辑软件属于第四代PLD开发平台。该平台支 持一个工作组环境下的设计要求，其中包括支持基于In ter net的协作设计。 Quartus 平台与 Cadence、xemplarLogic、MentorGraphics、ynopsys和 Synplicity 等EDA供应商的开发工具相兼容。改进了软件的LogicLock模块设计功能，增 添了 FastFit编译选项，推进了网络编辑性能，而且提升了调试能力。2.0版Quartus II设计软件现在除了支持 Altera的APEX 20KE，APEX 20KC，APEX II，ARM 的 Excalibur 嵌入处理器方案，Mercury，FLEX10KE 和 ACEX1K 之外，还支持 MAX3000A，MAX7000 系列乘积项器件。 MAX3000A和MAX7000设计者现在可以使用 QuartusII设计软件中才有 的所有强大的功能。QuartusII2.0安装软件为290M,完全安装为700M,如果定制安装，不 选择Excalibur嵌入处理器，则安装所需空间为460M,比QuartusII1.1版本减少一半以上的空间要求，却能支持ALTERA全部芯片的开发。同时软件的装载，编译，仿真速度比1.1版本大大加快。QuartusII2.0设计软件通过增强层次LogicLock模块级设计方式，将 性能平均改善15%。LogicLock设计流程把整个模块的放置交由设计者控 制，如果必要的话，可以采用辅助平面布置。LogicLock设计流程运行设 计者单独地优化和锁定每个模块的性能，在大型 SOPC设计的构建过程 中也保持整个系统的性能。2.0版Quartus II设计软件把新的LogicLock 设计流程算法集成到未来的Altera器件中，该算法充分利用了模块级设 计的优势。QuartusII2.0增加了一个新的快速适配编译选项，选择中这个选项， 将会比缺省设置要缩短50%的编译时间。快速适配功能保留了最佳性能 的设置，加快了编译过程。这样布局适配算法反复的次数更少，编译速度更快，对设计性能的影响最小。2.0版Quartus II设计软件引入了新的功能，加快验证过程，这通常 是SOPC设计流程中最漫长的阶段。在最初的编译时间中，新的 SignalProbe技术允许用户在保留设计最初布线，时限和设计文件的同时 把内部节点引到未用的管脚进行分析。SignalProbe技术完成了现有 SignalTap嵌入逻辑分析的功能。而且，设计者能够使用新版本中提供的 HDL测试模板快速地开发HDL仿真矢量。2.0版Quartus II设计软件也可以自动地从 QuartusII仿真器波形文件 中创建完整的HDL测试平台。2.0版Quartus II设计软件也支持高速I/O设计，生成专用I/O缓冲 信息规范（IBIS ）模型导入到常用的EDA信号集成工具中。IBIS模型根据 设计中每个管脚的I/O标准设置来定制，简化第三方工具的分析。3课程设计步骤3.1状态机的基本原理状态机是表示有限个状态以及这些状态之间的转移和动作等行为的数学 模型，它是由一组状态、一个初始状态、输入和根据输入及现有状态转换为 下一个状态的转换函数组成。有限状态机是一种基本的、简单的、重要的形 式化技术，在软件设计中常常采用。它是描述一个由有限个独立状态组成的 过程，这些状态可以互相迁移，直到最终离开这个过程。采用有限状态机可 以使设计过程直观简单易于理解，随着硬件设计软件化趋势的加剧，在运用 VHDL硬件描述语言设计数字系统时，利用有限状态机成为了可靠方便的途 径。控制器作为电子系统设计的核心部分，在EDA软件平台上，借助有限状 态机表示方法符合人的逻辑思维的特征，将控制功能用有限状态机来建模实 现，有许多优越之处，以使FSM成为大型控制电路设计的有力工具。除了输人信号、输出信号外，状态机还包含一组寄存器记忆内部状态。 状态机寄存器的下一个状态及输出，不仅同输入信号有关，而且还与寄存器 的当前状态有关，状态机有两个主要部分：即组合逻辑和寄存器部分。组合 逻辑部分又可分为状态译码器和输出译码器，状态译码器确定状态机的下一 个状态，即确定状态机的激励方程，输出译码器确定状态机的输出，即确定 状态机的输出方程。3.2电梯控制器的功能模块电梯控制器的功能模块如图4-1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。图3-1电梯控制器原理图图3-3电梯控制主流程图3.4电梯控制器的VHDL描述模块流程三层电梯控制器的设计主要是对实体和结构体的设计，它的VHDL描述 模块流程如图4-4所示：图3-4三成电梯控制器的VHDL描述模块流程3.5实体设计实体设计即是对端口名、端口模式及数据类型的说明。首先考虑输入端 口，一个异步复位端口 “RESET”，用于当电梯出现非正常情况时回到初始状 态；在电梯外部，一层入口处设有上升请求端，二层入口处设有上升和下降 请求端，三层入口处设有下降请求端；在电梯内部，应设有各层停站请求端 口； 一个电梯时钟输入端口，它提供周期为Is的时钟信号，用作电梯状态转 换的触发时钟；还有一个频率很高的按键时钟输入端口。其次考虑输出端口， 当有各层上升或下降请求时，各层入口处应该有端口显示请求是否被响应， 有请求时端口输出逻辑 1，被执行后则恢复成逻辑0；同样的，电梯 内部也应有各层停站请求是否被响应的指示端口； 一个开关门指示端口，当 门开着时，它为逻辑 1，门关着时，则为逻辑0；还需要端口来显示 电梯所处的位置和模式(上升或下降)。3.6结构体设计在结构体中，首先说明了状态机设置的十个状态，分别是：电梯停在1 层(STOPON1)、开门(DOOROPEN)、关门(DOORCLOSE)、开门等待第 1 秒(D00RWAIT1)、开门等待第2秒(D00RWAIT2)、开门等待第3秒 (D00RWAIT3)、开门等待第 4 秒(D00RWAIT4)、上升(UP)、下降(DOWN) 和停止(STOP)。在结构体最前端用如下的定义语句，来定义状态机。TYPE LIFT_STATE IS (STOPON1,DOOROPEN,DOORCLOSE,DOORWAIT1,DOORWAIT2,DO ORWAIT3,DOORWAIT4,UP,DOWN,STOP);图3-5状态图接着描述电梯内部功能实现，在结构体中设计了两个进程，一个状态机 进程（CTRLIFT），它是以RESET和LIFTCLK作为敏感信号，控制电梯的 状态转移；另外一个是信号灯控制进程（CTRLIGHT），它是以RESET和 BUTTONCLK作为敏感信号，控制寄存信号的逻辑值。在状态机进程中，电 梯关门后根据信号灯的情况，来决定下一个状态是上升、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 的灵敏度大，但是时钟频率不能过高，否则容易使按键过于灵敏，而信号灯 的熄灭是由状态机进程中传出CLEARUP和CLEARDN信号来控制。3.7 VHDL源代码语法的简单说明本程序设计调用了 IEEE库，IEEE库是VHDL设计中最为常用的库，它包含有IEEE标准的程序包和其他一些支持工业标准的程序包。本设计米用 STD-LOGIC-1164、STD-LOGIC-UNSIGNED、STD-LOGIC-ARITH 程序包。以关键词ENTITY引导，END ENTITY THREELIFT结尾的部分是程序 的实体部分。VHDL的实体描述了电路器件的外部情况，本设计定义了关于 三层电梯控制器用到的各类时钟、异步复位按键、信号灯指示端口、电梯的 请求端口。它描述了端口模式主要有IN、BUFFER、OUT,以及各端口信号 的数据类型主要有 STD-LOGIC、STD-LOGIC-VECTOR、INTEGERo以关键词 ARCHITECTURE 引导，END ARCHITECTURE ONE 结尾的 语句部分是结构体部分，结构体描述电路器件的内部逻辑功能。3.8电梯输入输出端口图BUTTONCLKPOSITION 1.0LIFTCLKUDSIGRESETFUPLIGHrr3.1F1UPBUTTONFDMLIGHT3.1F2UPBUTTONSTOPLIGHTI3.1F2DN BUTTONDOORLIGHTF3DN BUTTONDCUT13.OSTOP1 BUTTONSTOP2BUTTONSTOP3BUTTON: Z|X : : : : Z|X : 5宀图3-6电梯输入输出口4三层电梯控制器的调试及仿真4.1程序的调试在程序编写完成并保存于工程文件夹后，可以把它置顶进行编译，看是 否出现错误。在第一次编译时出现了很多问题，主要是由于没有注意到文件 名必须与实体名相同，并且后缀是.VHD,还有粗心所造成的端口名书写错误， 以及有的IF语句结束时忘了写END IF。在波形仿真中，发现一个错误，在 状态进程中，在当前状态为DOORCLOSE，讨论次态的过程中，忽略了对本 层请求的考虑，即当电梯停在某层时，当前层入口处有上升或下降请求时， 无法响应。经过思考，我添加了本层请求响应语句，最终实现了三层电梯控 制器的功能。4.2波形仿真在波形仿真中，根据实际，我们有必要做一些假设，即是：1.外部请求上升的乘客，进入电梯后一定是按更高层的停站按钮； 2外部请求下降的乘客，进入电梯后一定是按更低层的停站按钮；3.如果有乘客进入电梯，则一定有停站请求；4同一时刻有很多人按键的概率很小，所以我们认为请求信号都有一定 的先后顺序。设定仿真时间长度为 200us，LIFTCLK信号为周期10ns的时钟信 号,BUTTONCLK信号为周期1ns的时钟信号。DOORLIGHT信号逻辑1 表示开门，逻辑0表示关门。UDSIG信号为逻辑1表示电梯处在上升 模式，逻辑 0表示处在下降模式。FUPLIGHT,FDNLIGHT,STOPLIGHT 是三位二进制向量，波形图中的1代表“001”,表示一层有请求,2代表“010”， 表示二层有请求，4代表“100”，表示三层有请求。图4-1所示的波形是在一层有上升请求的仿真波形，在RESET信号产生 一个脉冲时，电梯回复初始状态，即STOPON1状态，然后等待4s，关门检 测没有请求信号，于是电梯此时停在一层。当电梯时钟上升沿检测到一层上 升请求信号FUPLIGHT为“ 1”时，电梯开门，FUPLIGHT(1)清零，等待 4s，关门检测到二层停站请求,于是电梯上升到二层停止,开门STOPLIGHT(2) 清零，POSITION信号由1变为2，电梯最终停在二层。9.6 nsPointer:Start: |34.19 nsInterval:24.59 ns| 怎 Master Time Bar:图4-1有上升请求的仿真波形图4-2所示的波形是三层有下降请求的波形，三楼有请求时FDNLIGHT 显示喂“100”为4。当电梯在一层关门后，检测到FDLIGHT为“100”，则 上升到三层，相应过请求后，FDNLIGHT变为“000”。开门等待4s，关门 检测到STOPLIGHT为“1”，于是电梯下降到一层，最终停在一层。POSITION 在一楼为“ 1”，在二楼为“2”，在三楼为“3”。Master Time Bar: |9.6 ns Pointer: |81.92 nsInterval: |72.32 nsStart: |End:Name200 ns60. Cn100.j HE140.0 ns180.址220.ns260.ns300-,ns9. 6 ns2. 6 n=P0BI.ITTONCLECA 11D00RUGHT丸LI1112 noi.rriA 3：X31X 210FIBPBBTTONA 0F2DNB1TTT0NA 09F2BPBBTT0NA 0*10F3DNB1TTT0NA 011+ FDNLIGHTA Li0LOJ参15 FlfTLIGHTA LU0P19LIFTCLKA 120S POSITIONA 3t1:2X3X1*23EESETA 01*24ST0P1BUTT0KA 025ST0P2BUTT0N丸LI1*26ST0P3BUTT0NA 0127 STOFUGHTA LU0X10：抄31l.fliSIGA 0JLJ图4-2有下降请求的仿真波形图4-3所示的波形是二层和三层都有下降请求的仿真波形，当电梯在一 层关门后，检测到FDNLIGHT为“010”为2,说明二楼有下降请求，然后 检测到FDNLIGHT为“ 110”为6，说明二楼三楼都有下降请求，则直接上 升到三层，开门后FDNLIGHT(3)清零，等待4s后，关门下降到二层停止， 开门后FDNLIGHT(2)和STOPLIGHT(2)清零，再下降到一层。9.6 ns1 Pointer: |Start: |Master Time Bar:92.97 nsInterval:Enc图4-3有多个下降请求的仿真波形图4-4所示的波形为有多个停站请求的仿真波形，电梯在一层关门后， 检测到有二楼停站请求，STOPLIGHT为“010”，又有三楼停站请求，所以 STOPLIGHT为“110”，则上升至二层停止开门，STOPLIGHT清零，等 待4s后关门，继续上升至三层，开门后STOPLIGHT(3)清零，乘客下站后电 梯最终停在三层。Master Time Bar: |9.6 ns彳 Pointer:98.56nsInterval:188.96 nsStart:1End:40.0 ns120.0 ns160.240.0 ns280.0 ns320.0 nsi1iN am e9. 6 ns10El.rTTONCLlLA 1妙1IiOORUGKTA 0L lI11 1I参2 D0UT1A 31*2X3ATFll.TEl.fTTONA 0rnF2DHBUTT0NA 0A9F2UFBUTT0NA 0 10F3DHBUTT0NA 011田 FDNLIGHTA 0L寻15 FUFUGHTA 00:EHX0 19UFTCLKA 120H POSITIONA 312X3A 23EESETA 0ST0F1BUTT0NA 0A 25ST0F2EUTT0NA 0nA 26ST0F3EUTT0NA 027田 STOFUGKTA 006X4X0衬31imsiGA 01|图4-4有多个停站请求的仿真波形图4-5所示，二层同时有上升和下降请求,FUPLIGHT (2)和FDNLIGHT(2)都为“1”，电梯上升至二层，门打开等待4s，关门后检测到STOPIGHT 和FDNLIGHT(2)都为“1”，它会先上升至三层，再下降至二层，待有下降请 求的乘客上电梯后，最后下降至一层。鸟 Master Time Bar:Pointer:|_81.83 nsInterval:72.23 nwStart:End:鈕2畛TP9畛10参11参15畛19参20畛23畛24M25126参2T31Value at9. 6 ns200 ns60. 0 ns工6 ns100.0 ns 140.0 ns180.0 ns 220. 0 ns 260. 0 ns 300.0 ns340.0 nsBUTTONCLKk 1DOOmGHTA 0田 D0UT1A 3FIUPBUTTOITk 0F2DKBUTT0Wk 0F21.TBl.rnOKA 0F3DffBirrT01TA 0国 FIIHUGHTA 0田 FUFUGHTA LiUFTCIZA 1S POSITIOffA 3RESET九0ST0F1BUTT0NA 0ST0P2BUTT0Hk 0ST0P3BUTT0M九0S ETDFUGHTA 0IHSIGk 0Name12X32I：1n0:：2X3CO2X012X3X：2:1Jnn0X, t41沖1/:rTiWf?iVrviVr?i :Wrii-i-图4-5同时有上升和下降请求的仿真波形从前面所有的仿真波形来看，电梯的运行情况完全符合它的运行规则。5课程设计的意义5.1设计背景近年来，随着我国房地产业的持续高速发展，高层建筑越来越多。因此， 一种能使人们快速、便捷地到达目的楼层的电梯便应运而生了。分析近几年 房地产业的发展趋势，特别是商品住宅的高速发展，将使住宅对电梯的需求 量持续攀升。人们对电梯安全性、高效性、舒适性的不断追求也推动了电梯 技术的进步。随着电梯技术的发展，绿色化、低能耗、智能化、网络化、蓝牙 技术的电梯成为一段时间内的发展趋势。为保证人们能更安全、更快捷地到 达目的楼层，实现人性化的功能，对电梯系统中的控制部分进行优化设计是 非常必要。因此这部分的设计也就成了在电梯设计领域里最为核心的技术。 为了实现电梯的智能化，可以采用许多方法。它的智能化控制可以有以下几 种形式：1.PLC控制；2.单板机控制；3.单片机控制；4.单微机控制；5.多微 机控制；6人工智能控制。随着EDA技术的快速发展，电子设计自动化（EDA）逐渐成为重要的 设计手段，已经广泛应用于模拟与数字电路系统等许多领域。它是一种实现 电子系统或电子产品自动化设计的技术，与电子技术、微电子技术的发展密 切相关，并吸收了计算机科学领域的大多数最新研究成果，以高性能的计算 机作为工作平台，促进了工程发展。传统单片机设计的电梯控制外围电路复 杂，性能不稳定，而采用EDA设计，却拥有电子系统小型化、低功耗、高可 靠性、开发过程投资小、周期短等优点，而且还可以通过软件编程对硬件结 构和工作方式进行重构，使得硬件设计如软件设计那般方便快捷。本次设计 就是应用EDA电子电路技术来设计电梯控制器,从而使用一片芯片就可以实 现对电梯的控制的。5.2课程设计的意义电梯作为垂直方向的交通工具，在高层建筑和公共场所已经成为重要的 建筑设备而不可或缺。电梯产业的前景和走势随着社会的需求而悄然发生着 改变，除了考虑安全、舒适、豪华装修等要求外，市场对新一代的绿色电梯、 节能电梯和智能电梯的需求越来越旺盛。国内外电梯企业顺应市场需要，加 大研发投入，都准备在未来新概念电梯产业发展中占得先机。5.2.1中国电梯的现状近年来，随着中国房地产业的快速发展，与之配套的电梯生产制造业也 经历了迅猛发展的阶段，电梯产量保持了每年20%以上的增长速度。我国电 梯的出口年均增长率将保持在35%以上，电梯行业逐步成为国内比较重要的 行业。随着我国经济持续增长、城镇化建设的加速和房地产行业的进一步发展, 对电梯的需求越来越大。估计未来50年中国新增住房面积将达到200亿平方 米。国家规定20米以上高楼就应安装电梯，因此未来电梯最大的市场就是住 宅市场。此外，机场、商场、地铁等大型公共设施建设对自动扶梯、观光电 梯等电梯的需求量也十分可观。电梯作为终端消费品，品牌在市场竞争中的作用非常明显。品牌往往成 为人们在选择电梯产品时的重要考虑因素，电梯生产要想建立良好的品牌并 获得市场的认可，也必须经过市场一定时间的不断考验。面对外资巨头的贴 身进逼，我国电梯品牌在服务和营销上难以匹敌，其生存状况不容乐观。所 以大力发展电梯控制器技术对我国电梯行业的发展至关重要。5.2.2电梯的节能和环保“绿色”已成为21世纪的主流色调，一个全球性的绿色市场为企业的发展 提供了广阔的空间，当今社会谁先推出绿色产品，抢占绿色营销市场，谁就 能掌握竞争的主动权。老式电梯噪音、占用空间、耗能等形成的危害积累起来是相当大的，因 此，在城市环保社区建设中，如何尽量减少电梯对环境的危害是相当重要的 课题之一。目前，我国市场每年销售各种类型的电梯达4.5万部，如果这些 电梯全部实现环保化，其环境效益是难以估量的。5.2.3电梯的智能化随着城市化的高速发展，越来越多的摩天大楼拔地而起。就摩天大楼的 高度而言，不仅受建筑技术上的制约，而且还有电梯升高方面的困惑，因而, 在摩天大楼日益完备智能化的趋势中，电梯的智能化也不容忽视。它不仅是 人们上上下下的代步工具，同时，也是摩天大楼智能化的一个重要标志。尽 管电梯在摩天大楼中只是一个细节，但电梯智能化程度的高低却决定着它服 务质量的优劣。因而，电梯的智能化在一定程度上反映出智能大厦的智能程 度。计算机技术，通讯技术与控制技术的发展使大厦的智能化成为现实，而 电梯是智能建筑中的重要交通工具，其技术发展及智能化程度也倍受世人关 注。智能化的电梯要与智能大厦中所有自动化系统联网，如与楼宇控制系统、 消防系统、保安监控系统等交互联系，使电梯成为高效优质、安全舒适的服 务工具。6总结在这一周的设计过程中，除找资料外，大多时间都是在电脑上进行的， 通过反复的编译，仿真，不断试验来实现所得结果。在设计上，运用了 EDA 自上而下的设计思想，逐步完善所设计功能，同时，用到V HDL语言中的状 态机，多进程，CASE、IF.ELSE等语句，才达到以上结果。在设计中也 遇到许多困难，在自己及同学的共同努力下才完成此设计。因此这次课设给 我带来的收获主要有：进一步熟悉Quartus II软件的使用和操作方法，以及硬件实现时的下载 方法与运行方法；对vhdl语言的自顶向下设计方法有了进一步的认识，对其 中的许多语句也有了新了解，掌握；对自己独立思考和解决问题的能力也有 了很大的锻炼，同时同学间的互帮互助精神也是在课程设计中很好体现的。自己做的三层电梯控制器的运行情况都能正确的实现，更好的理解了电 梯控制器的工作方式。人们生活中的每个地方都需要技术的支持，电梯的发展极大地提高了人 们的生活水平，使社会向着繁荣的方向发展！参考文献1 潘松黄继业.EDA技术实用教程.北京：科学出版社,2005.2 徐志军徐光辉.CPLD/FPGA的开发与应用.北京：电子工业出版社,2001.3 苏长赞.电梯设计与应用.北京:人民邮电出版社,2008.4 楼然苗.CPLD设计指导.北京：北京航空航天大学出版社，2007.彭为.数字系统设计北京：电子工业出版社，2006.戴佳.VHDL程序设计实例精讲.北京：电子工业出版社，2007.7李华.EDA实用接口技术.北京：北京航空航天大学出版社2003.附录LIBRARY IEEE;库的说明USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;-程序包的说明USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITY THREELIFT IS-实体PORT(BUTTONCLK:IN STD_LOGIC;-按键时钟信号LIFTCLK:IN STD_LOGIC;-电梯时钟信号RESET:IN STD_LOGIC;-异步复位端口F1UPBUTTON:IN STD_LOGIC;-一层上升请求端口F2UPBUTTON:IN STD_LOGIC;-一层上升请求端口F2DNBUTTON:IN STD_LOGIC;-一层下降请求端口F3DNBUTTON:IN STD_LOGIC;-二层下降请求端口STOP1BUTTON:IN STD_LOGIC;-一层停站请求端口STOP2BUTTON:IN STD_LOGIC;-一层停站请求端口STOP3BUTTON:IN STD_LOGIC;-二层停站请求端口P0SITI0N:BUFFER INTEGER RANGE 1 TO 3;-电梯位置信号UDSIG:BUFFER STD_LOGIC;-电梯模式（上升或下降）信号FUPLIGHT,FDNLIGHT,STOPLIGHT:BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO 1);-上升、下降、停站请求寄存信号DOORLIGHT:OUT STD_LOGIC;-开关门信号DOUT1:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);END ENTITY THREELIFT;ARCHITECTURE ONE OF THREELIFT IS-结构体TYPE LIFT_STATE IS-定义十个状态(STOPON1,DOOROPEN,DOORCLOSE,DOORWAIT1,DOORWAIT2,DOORWAIT3,DOORWAIT4,UP,DOWN,STOP);SIGNAL MYLIFT:LIFT_STATE;SIGNAL CLEARUP:STD_LOGIC;号-上升和停站请求清除信SIGNAL CLEARDN:STD_LOGIC;-下降和停站请求清除信号BEGINCTRLIFT:PROCESS(RESET,LIFTCLK)状态机进程VARIABLE POS:INTEGER RANGE 3 DOWNTO 1;BEGINIF RESET=T THEN-异步复位，电梯的初始状态为一层开门状态MYLIFTv=STOPONl;CLEARUPv=O;CLEARDNv=O;ELSEIF LIFTCLKEVENT AND LIFTCLK=T THENCASE MYLIFT ISWHEN STOPON1=DOORLIGHTv=T;POSITION=1;POS:=1;MYLIFTMYLIFTCLEARUP=0;CLEARDN=0;MYLIFTMYLIFTMYLIFT方式DOORLIGHT=0;IF UDSIG=T THENIF POSITION=3 THENIF FUPLIGHT=(-电梯等待4S-关门，判定电梯下一个运行-电梯处在上升模式AND FDNLIGHT=000 ANDSTOPLIGHT=000 THEN没有请求信号时，电梯停在当前层UDSIGv=O;MYLIFTv=DOORCLOSE;ELSIF FDNLIGHT(3)=T OR STOPLIGHT(3)=T THEN-本层有请求信号是，电梯开门UDSIG=0;MYLIFTv=DOOROPEN;ELSE否则下降UDSIG=0;MYLIFTv=DOWN;END IF;ELSIF POSITION=2 THENIF FUPLIGHT=000 AND FDNLIGHT=000 ANDSTOPLIGHT=000 THENUDSIGv=T;MYLIFTv=DOORCLOSE;ELSIF FUPLIGHT(2)=T OR STOPLIGHT(2)=T THEN-本层有上升或停站请求时时，电梯开门UDSIGv=T;MYLIFTv=DOOROPEN;ELSIF FUPLIGHT=000 AND STOPLIGHT=000 AND FDNLIGHT=010 THEN只有二层有下降请求时，电梯开门UDSIG=0;MYLIFTv=DOOROPEN;ELSIF STOPLIGHT(3)=T OR FDNLIGHT(3)=T THEN-三层有停站请求或下降请求，则上升UDSIGv=T;MYLIFT=UP;ELSEUDSIG=0;MYLIFT=DOWN;END IF;ELSIF POSITIONS THENIF FUPLIGHT=OOO AND FDNLIGHT=OOOSTOPLIGHT=000 THEN UDSIGv=T; MYLIFTv=DOORCLOSE;ELSIF STOPLIGHT(1)=T OR FUPLIGHT(1)=T THENUDSIGv=T;MYLIFTv=DOOROPEN;ELSEUDSIGv=T;MYLIFT=UP;END IF;END IF;ELSIF UDSIG=0 THEN电梯处在下降模式IF POSITION=3 THENIF FUPLIGHT=000 AND FDNLIGHT=000STOPLIGHT=000 THENUDSIG=0;MYLIFTv=DOORCLOSE;ELSIF FDNLIGHT(3)=T OR STOPLIGHT(3)=T THENUDSIG=0;MYLIFTv=DOOROPEN;ELSEUDSIG=0;MYLIFTv=DOWN;END IF;ELSIF POSITION=2 THENIF FUPLIGHT=000 AND FDNLIGHT=000STOPLIGHT=000 THENUDSIG=0;MYLIFTv=DOORCLOSE;ELSIF FDNLIGHT(2)=T OR STOPLIGHT(2)=T THENUDSIG=0;MYLIFTv=DOOROPEN;ELSIF FDNLIGHT=000 AND STOPLIGHT=000ANDANDANDANDFUPLIGHT=010 THENUDSIGv=T;MYLIFTv=DOOROPEN;ELSIF FUPLIGHT(1)=T OR STOPLIGHT(1)=T THEN-一层有停站请求或上升请求，则下降UDSIG=0;MYLIFTv=DOWN;ELSEUDSIGv=T;MYLIFT=UP;END IF;ELSIF POSITIONS THENIF FUPLIGHT=000 AND FDNLIGHT=000 ANDSTOPLIGHT=000 THENUDSIGv=T;MYLIFT=DOORCLOSE;ELSIF STOPLIGHT(1)=T OR FUPLIGHT(1)=T THENUDSIGv=T;MYLIFT=DOOROPEN;ELSEUDSIGv=T;MYLIFT-电梯处于上升状态POSITION=POSITION+1;电梯楼层数加一POS:=POS+1;IF POS3 AND (STOPLIGHT(POS)=T OR FUPLIGHT(POS)=T) THENMYLIFT=STOP;-电梯在一层或二层，本层有停站或上升请求时，则停止ELSIF POS=3 AND (STOPLIGHT(POS)=T OR FDNLIGHT(POS)=T)THENMYLIFT电梯处在下降状态POSmONv=POSITION-l;电梯楼层数减一POS:=POS-1;IF POS1 AND (STOPLIGHT(POS)=T AN