基于VHDL的电梯控制系统设计文档.doc

VHDL数字系统设计与测试 按键输入乘坐电梯者所想要去的楼层，控制电梯门的开关，可编程逻辑芯片接收到信号后进行处理，发送信号给控制电机系统来控制电梯的上升下降等状态，同时通过LED数码管显示所在的楼层，以及电梯的运动状态。 该控制器完成6层电梯的载客服务，而且遵循方向优先原则，并能相应提前关门、延时关门，并且有超载报警和故障报警。同时指示电梯的运行情况以及电梯内外请求信息。 二、设计框图及模块说明 设计电梯系统框图如下图所示： 电梯系统大致包括4个模块： 外部数据采集模块 对外部信号采集、处理要求电梯控制器：实现对外部请求信号的实时、准确采集；准确实时地捕捉达到楼层的信号；有效防止楼层到达信号、外部请求信号的误判。采用FPGA为系统控制核心，系统时钟频率足够满足此系统实时采集数据的要求。外部请求信号的输入形式为按键输入，到达楼层信号来自光敏传感器，关门中断信号及超载信号则产生于压力传感器。 信号存储模块 电梯控制系统的请求输入信号有18个（电梯外有6个上升请求和6个下降请求的用户输入端口，电梯内有6个请求用户输入端口），由于系统对内外请求没有设置优先级，各楼层的内外请求信号被采集后可先进行运算，再存到存储器内。要注意的是电梯运行过程中，由于用户的请求信号的输入是离散的，而且系统对请求的响应也是离散的，因此请求信号的存储要新的请求信号不能覆盖原来的请求信号，只有响应动作完成后才能清除存储器内对应的请求信号位。 基于FPGA的中央处理器模块 中央数据处理模块是系统的核心，通过对存储的数据（含请求、到达楼层等信号）进行比较、判断以驱动系统状态的流转。电梯工作过程中共有9种状态：等待、上升、下降、开门、关门、停止、休眠、超载报警及故障报警状态。一般情况下电梯的工作始点是第一层，起始状态是等待状态，启动条件是接受上升请求。超载状态时电梯关门动作取消，同时发出警报，直到警报被清除（看门狗信号有效的条件是一层楼连续发生关门中断情况超过3次）。本系统由请求信号启动，运行中每检测到一个到达楼层信号，再参考原方向信号来决定是否停止，转向等动作。 系统状态流程图如下图所示： 信号的输出、显示模块 本系统的输出信号有两种：一种是电机的升降控制信号（两位）和开门/关门控制信号；另一种是面向用户的提示信号（含楼层显示、方向显示、已接受请求显示等）。 电机控制信号一般需要两位，本系统中电机有3种工作状态：正转、反转和停转状态。两位控制信号作为一个三路开关的选通信号，此三路开关选用模拟电子开关。 系统的显示输出包括数码管楼层显示、数码管请求信号显示和表征运动方向箭头指示灯的开关信号。LED七段数码管显示部分在前面的作业中已经做了详细的介绍及说明，在本系统中省略。 本系统具有请求信号显示功能，结合方向显示，可以减少用户对同一请求的输入次数，这样就延长了电梯按键的寿命。 三、电梯控制程序设计源代码及端口说明 输入端口信号说明： clk：时钟信号，2Hz； clr：清除警报信号，高有效，清除故障报警； c_u1、c_u2、c_u3、c_u4、c_u5：电梯外人的上升请求； c_d2、c_d3、c_d4、c_d5、c_d6：电梯外人的下降请求； deng：关门中断，用于在需要等待时，让电梯门一直打开，停止运动； d1、d2、d3、d4、d5、d6：电梯内人的请求信号； full：超载信号，高时表示电梯内的人过多，超载报警； g1、g2、g3、g4、g5、g6：到达楼层信号，数码管LED将显示其值； quick：提前关门信号，高有效，当为高时，电梯门马上关闭； 输出端口信号说明： door[1:0]：电梯门控信号； led[6:0]：电梯所在楼层显示； led_c_u[5:0]：电梯外人上升请求信号显示； led_c_d[5:0]：电梯外人下降请求信号显示； led_d[5:0]：电梯内请求信号显示； alarm：超载警告信号； up：电梯运动状态显示，高时表示上升； down：电梯运动状态显示，高时表示为下降； ud：电机控制信号，控制电梯的上升下降，“1”表示为上升，“0”表示为下降； wawawa：看门狗报警信号，高时表示故障报警。 源代码如下所示： ---------------------------------------------------------------------------------- library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; use ieee.std_logic_arith.all; entity dianti is port ( clk : in std_logic;