电梯控制器课程设计

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1、 1 1 绪论 当今世界，部分地区人口高度密集，人和土地资源短缺的矛盾日益激 化。这就注定了必须合理的利用土地去解决人与土地的矛盾。而兴建高层 建筑是其中有效措施之一。因此能使人们快速便捷地到达目的楼层的电梯 就应运而生了。 电梯作为高层建筑的重要交通工具与人们的工作日益紧密 FPGA/CPLD 作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，在电梯 控制中得到广泛应用，从而使电梯由传统的继电器控制方式发展为计算机 控制的一个重要方向，成为当前电梯控制和技术改造的热点之一。 EDA 是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，在 20 世纪 90 年代初

2、从计算机辅助设计（CAD） 、计算机辅助制造（CAM） 、计 算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。EDA 技术就是以计算机为工具，设计者在 EDA 软件平台上，用硬件描述语言 VHDL 完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、 综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻 辑映射和编程下载等工作。EDA 技术的出现，极大地提高了电路设计的效 率和可行性，减轻了设计者的劳动强度。 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

3、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 2 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。 电梯控制器是控制电梯按顾客要求自动上下的装置。本文采用 VHDL 语言来设计实用三层电梯控制器，其代

4、码具有良好的可读性和易理解性。 2 电梯控制器的设计 2.1 设计要求 （1）设计一个三层楼房自动电梯控制器，用八个 LED 显示电梯行进 过程，并有数码管显示电梯当前所在楼层位置； （2）每层电梯入口处设有请求按钮开关，请求按钮按下则相应楼层的 LED 亮； 2.2 电梯功能 2.2.1 电梯运行规则 当电梯处在上升模式时，只响应比电梯所在位置高的上楼请求，由下 向上逐个执行，直到最后一个上楼请求执行完毕。如果高层有下楼请求， 直接升到有下楼请求的最高楼层，然后进入下降模式。 （1）请求信号分析：电梯的请求信号可分为梯内请求和梯外请求。 （2）电梯处于各楼层时的运行情况。 3 处于一层时，不

5、管是梯内梯外，电梯都只能接收上升的请求信号。 此后，电梯就进入预上升状态，准备作上升运行。如果电梯没有接收到请 求信号，则电梯在一层待机，其分析图如图 2 所示。 在一层 上升 一层 待机 上升请求信号 无请求信号 图 2-1 电梯处于一层时运行情况分析 处于二层时，电梯则可能出现以下三种情况： 电梯没有接收到梯 内梯外的任何请求信号时，则电梯在二层待机； 电梯接收到上升请求信 号，进入预上升状态； 电梯接收到下降请求信号，进入预下降状态，其 分析图如图 3 所示。 在二层 上升 下降 二层 待机 上升请求信号 无请求信号 下降请求信号 图 2-2 电梯处于二层时的运行情况分析 处于三层时，不

6、管是梯内梯外，电梯都只能接收到下降的请求信号。 此时，电梯就进入预下降状态，准备作下降运行。如果电梯没有接收到请 4 求信号，则电梯在三层待机，其分析图如图 4 所示。 在三层 下降 三层 待机 下降请求信号 无请求信号 图 2-3 电梯处于三层时的运行可能分析 （3）对电梯开门、关门等内部信号处理的分析，其流程如图 6 所示。 接到楼层请求信号 电梯运行到该楼层 开门使能信号 关门延时信号倒数 接受并处理请求信号 电梯进入运行状态 立即关门 立即关门请求 接到楼层请求信号 电梯运行到该楼层 开门使能信号 关门延时信号倒数 接受并处理请求信号 电梯进入运行状态 立即关门 立即关门请求 图 2-4 电梯内外信号处理 5 当电梯接收到请求信号后，运行到发出请求的楼层。运达后，开门使 能信号促使电梯开门载客，同时驱动关门延时信号。在电梯进行完关门倒 数计后，关门使能信号将促使电梯关门状态，然后上升或下降运行。 2.2.2 电梯整体设计 电梯控制器采用状态机来实现，思路比较清晰。可以将电梯等待的每 秒钟以及开门、关门都看成一个独立的状态。由于电梯又是每秒上升或下 降一层，所以就可