基于VHDL的三层电梯控制器的标准设计 - 图文(3)

图2.5 状态机转换图

第三章 总体设计电路图

第一节 顶层电路原理图

电梯控制器为其中的核心部件，控制其电梯的运行情况，而其控制则由按钮来决定，通过按钮指示灯判断电梯的工作状态及显示其运行情况。实验板上输入过大的脉冲序列，通过分频器将高频转换为低频，即buttonclk，通过此时钟信号控制电梯信号灯。当按钮为高电平时，电梯开始工作，并通过按钮信号灯决定电梯的运行。电梯所处位置显示通过译码器，再通过数据选择器显示到数码管上。udsig和doorlight显示电梯门和电梯的状态。stoplight[3..1] fuplight[3..1] fdnlight[3..1] 显示按钮指示。Reset按钮使电梯恢复到初始位置。楼层position变化相应的数码管也跟着变。

其顶层原理图如图3.1：

图3.1 顶层原理图

第二节 三层电梯控制器的实体设计

首先考虑输入端口，一个异步复位端口reset，用于在系统不正常时回到初始状态；在电梯外部，必须有升降请求端口，一层是最低层，不需要有下降请求，三层是最高层，不需要有上升请求，二层则上升、下降请求端口都有；在电梯的内部，应该设有各层停留的请求端口：一个电梯时钟输入端口，该输入时钟以1秒为周期，用于驱动电梯的升降及开门关门等动作；另有一个按键时钟输入端口，时钟频率比电梯时钟高。

其次是输出端口，有升降请求信号以后，就得有一个输出端口来指示请求是否被响应，有请求信号以后，该输出端口输出逻辑‘l’。被响应以后则恢复逻辑‘0’；同样，在电梯内部也应该有这样的输出端口来显示各层停留是否被响应；在电梯外部，需要一个端口来指示电梯现在所处的位置；电梯开门关门的状态也能用一个输出端口来指示；为了观察电梯的运行是否正确，可以设置一个输出端口来指示电梯的升降状态。

第三节 三层电梯控制器的结构体设计

首先说明一下状态。状态机设置了7个状态，分别是电梯停留在l层(stoponl)、开门(dooropen)、关门(doorclose)、开门等待4秒(doorwait4)、上升(up)、下降(down)

和停止(stop)。在实体说明定义完端口之后，在结构体architecture和begin之间需要有如下的定义语句，来定义状态机。 type lift_state is

(stoponl，dooropen，doorclose， doorwait4，up，down，stop)： signal mylift：lift_state：

在结构体中，设计了两个进程互相配合，一个是状态机进程作为主要进程，另外一个是信号灯控制进程作为辅助进程。状态机进程中的很多判断条件是以信号灯进程产生的信号灯信号为依据的，而信号灯进程中信号灯的熄灭又是由状态机进程中传出的clearup和cleardn信号来控制。

在状态机进程中，在电梯的上升状态中，通过对信号灯的判断，决定下一个状态是继续上升还是停止；在电梯下降状态中，也是通过对信号灯的判断，决定下一个状态是继续下降还是停止；在电梯停止状态中，判断是最复杂的，通过对信号的判断，决定电梯是上升、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增大，但是时钟频率不能过高，否则容易使按键过于灵敏。按键后产生的点亮的信号灯(逻辑值为‘1’)用于作为状态机进程中的判断条件，而clearup和cleardn信号为逻辑‘1’使得相应的信号灯熄灭。

第四节 三层电梯控制器VHDL设计

三层电梯控制器的源代码可知。

一、 本程序设计调用了IEEE库，IEEE库是VHDL[6]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。本设计采用了

STD_LOGIC_1164、STD_LOGIC_ARITH、STD_LOGIC_UNSIGNED程序包。

二、 以关键词ENTITY引导，END ENTITY lift结尾的语句部分，称为实体。VHDL

的实体描述了电路器件的外部情况及各信号端口的基本性质。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、电梯的请求。端口模式主要就是IN、BUFFER、OUT端口。及定义了各端口信号的数据类型，主要是STD_LOGIC(标准逻辑位数据类型)、INTEGER(整数类型)、STD_LOGIC_VECTOR(标准逻辑矢量数据类型)。这些都满足上面调用的IEEE库中的程序包[7]。

三、 以关键词ARCHITECTURE引导，END ARCHITECTURE art结尾的语句部分，

称为结构体[8]。结构体负责描述电路器件的内部逻辑功能或电路结构。本设计定义了7个状态。描述了在三层电梯中出现的各种可能的情况作为控制电梯的主要进程。信号灯控制作为辅助进程[9]。

第五节 选择器件

一、数据选择器

逻辑功能表如表3.1

二、译码器

逻辑功能表如表3.2

第六节 功能模块

一、电梯主控制模块

如图3.3：

图3.3 电梯主控制模块

电梯主控制模块端口说明：

buttonclk 按钮时钟信号 liftclk 电梯时钟信号 reset 复位键 f1upbutton 一楼上楼按钮

f2upbutton 二楼上楼按钮 f2dnbutton 二楼下楼按钮 f3dnbutton 三楼下楼按钮 stop1button 电梯内部一楼按钮 stop2button 电梯内部二楼按钮 stop3button 电梯内部三楼按钮 fuplight[3..1] 每楼层上升指示灯 fdnlight[3..1] 每楼层下降指示灯 stoplight[3..1] 电梯内部楼层指示灯 position[2..0] 楼层位置显示 doorlight 电梯门状态显示 udsig 电梯上升下降显示

二、分频器模块

如图3.4：

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