基于FPGA电梯控制器设计2.doc

四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告 PAGE 1 - 1.设计方案介绍 1.1 利用FPGA/CPLD进行电梯控制器设计的流程 通常为以下7个步骤。 第1步：设计输入。在传统设计中，设计人员是应该传统的原理图输入方法来开始设计的。自90年代初，Verilog、VHDL、AHDL等硬件描述语言的输入方法得到了广大工程设计人员的认可。 第2步：前仿真。所设计的电路必须在布局线前验证，目的主要是在仿真时，验证电路功能是否有效。在ASIC设计中，这一步骤称为第一次Sign-Off。 第3步：设计输入编译。设计输入之后就有一个从高层次系统行为设计向低层次门级逻辑电路的转化翻译过程，即把设计输入的某种或某几种数据格式（网表），以求达到与工艺无关。 第4步：设计输入的优化。对于上述综合生成的网表，根据布尔方程功能等效的原则，用更小更快的综合结果替代一些复杂的单元，并与指定的库映射生成新的网表，这是硬件描述语言输入方式中减小电路规模的一条必由之路。 第5步：布局布线。当初步的仿真被验证后，就开始布局布线。这一布局布线相对规划出ASIC和FPGA/CPLD的设计 第6步：后仿真。设计人员需要利用在布局布线中获得的更精确的RC参数再次验证电路的功能和时序。在ASIC设计中，这一步骤称为第二次Sign-off。 第7步：流片。布局布线和后仿真完成之后，当需要大批量生产该芯片时，就可以开始ASIC芯片的投产。 1.2电梯控制器的系统设计方案（一） 本次试验主要完成4层电梯控制器的设计，实现原理主要利用EDA层次设计思想，运用QuartusII软件的操作方法，首先完成三个模块的底层文件设计，此三个模块分别是控制器，报警器，显示器（分别用VHDL语言程序作出后，并打包成模块）；利用原理图输入设计的方法将此三个模块做成整个控制器的设计。原理框图如图1-1 其原理图输入如下： 图1-2 原理图设计图 1.3电梯控制器的系统设计方案（二） 本次试验基于FPGA电梯控制器的设计流程主要完成4层电梯控制器的设计，实现原理主要利用EDA层次设计思想，运用QuartusII软件的操作方法，首先完成两个模块的底层文件设计，此三个模块分别是主控制器（超重警告，到达下楼信号，外人请求信号）、分频器，最后分别用VHDL语言程序作出后，并打包成模块；利用原理图输入设计的方法将此三个模块做成整个控制器的设计。原理框图如图1-2 图1-2 电梯方向优先控制方式控制系统方框图 2.单元模块设计 2.1 电梯控制系统的设计 在此本组采用方案（二），控制器的功能模块如图2-1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，电梯所在的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的楼层数。由于分控制器相对简单很多，所以主控制器是核心部分。 图2-1 电梯控制器原理框图 2.1.1电梯控制器系统一般要求 1)每层电梯入口处设有上下请求开关各1个，电梯内设有乘客到达层次的数字开关。电梯当前所在的楼层位置用两位数码管显示，用两只发光二极管显示开门/关门状态,用发光二极管显示每层的上下请求状态。 2）显示电梯当前所处位置和电梯上行、下行及开门、关门状态。 3）电梯到达有停靠站请求的楼层后，电梯门就会自动打开门指示灯亮，开门6秒后，电梯门自动关闭（开门指示等灭）电梯继续运行。 4）能记忆电梯内外的所有请求信号，并按照电梯运行的规则次第响应，即电梯上升时只能响应高层的呼唤的请求，下降时只响应低层的呼唤请求，每个请求信号保留到执行后撤出。 5）当没有请求信号时，电梯停在一楼。 6）电梯有超载提示。当电梯内部超载过电梯规定的人数或重量后，电梯会自动报警，提示电梯已超载。 2.2电梯控制器系统组成及模块设计介绍 2.2.1系统组成： 该设计采用方向优先控制方式方案，方向优先控制是指电梯运行到某一楼层时先考虑这一楼层是否有请求：有?，则停止；无，则继续前进。停下来后再启动时的步骤：考虑前方——上方或下方是否有请求：有，则继续前进；无，则停止；检测后方是否有请求，有请求则转向运行，无请求则维持停止状态。 2.2.2 模块设计 （一）设计原理 电梯升降原理是利用步进电机在控制器的驱动下旋转固定角