1、 論文題目: 基于fpga的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì) 三層電梯控制器 摘 要介紹了基于vhdl語(yǔ)言設(shè)計(jì)的電梯控制器，并進(jìn)行了電路綜合和仿真。該控制器遵循方向優(yōu)先的原則，提供3個(gè)樓層多用戶的載客服務(wù)并指示電梯的運(yùn)行情況。eda技術(shù)不是某一學(xué)科的分支，或某種新的技能技術(shù)，它是一們綜合性學(xué)科，融合多學(xué)科于一體，打破了軟件和硬件間的壁壘，使計(jì)算機(jī)的軟件與硬件實(shí)現(xiàn)、設(shè)計(jì)效率和產(chǎn)品性能合二為一，它代表了電子設(shè)計(jì)技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展方向。vhdl具有與具體硬件電路無(wú)關(guān)和設(shè)計(jì)平臺(tái)無(wú)關(guān)的特性，并且具有良好的電路行為描述和系統(tǒng)描述的能力，并在語(yǔ)言易讀性和層次化結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方面，表現(xiàn)了強(qiáng)大的生命力和應(yīng)用潛力。eda是指以計(jì)算機(jī)為

2、工作平臺(tái)，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最新成果，進(jìn)行電子產(chǎn)品的字自動(dòng)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：vhdl、控制器、eda、電梯abstractintroduced based on the vhdl language design elevator controller, and has carried on the electric circuit synthesis and the simulation. this controller follows the direction first principle, provides 3 floors multiuser to c

3、arry passengers to serve and to instruct the elevator the movement situation. the eda technology is not some discipline branch, or some kind of new of skill technology, it is a comprehensive discipline, fuses multily-disciplinary in a body, has broken barrier between the software and the hardware, c

4、auses the computer the software and the hardware realization, the rated capacity and the product performance combines, it has represented the electronic design technology and the application technology development direction. vhdl has with the concrete hardware electric circuit has nothing to do with

5、 and designs the characteristic which the platform has nothing to dowith, and has the good electric circuit behavior description and the system description ability, and in language legible and has orderliness the structurization design aspect, has displayed the formidable vitality and the applicatio

6、n potential. eda is refers take the computer as the working platform, fused the application electronic technology, computer technology, the information processing and the intellectualized technology newest achievement, carries on the electronic products automatic to design.key word： vhdl, controller

7、, eda, elevator目 錄第1章 引言.11.1設(shè)計(jì)內(nèi)容簡(jiǎn)介.11.2選題背景.2第2章 vhdl、eda語(yǔ)言分析.32.1 vhdl的基本技術(shù)特征.32.2 eda概況.42.3當(dāng)今eda技術(shù)綜述.5第3章 電梯控制器的具體設(shè)計(jì). 83.1簡(jiǎn)要說(shuō)明 . 83.2電梯控制器的任務(wù)和要求 83.3電梯控制器的設(shè)計(jì) .83.4模塊、模塊功能及相應(yīng)程序 123.5仿真結(jié)果 . 20第4章 硬件連線及管腳設(shè)置 4.1 簡(jiǎn)要說(shuō)明 .4.2 8位數(shù)字開(kāi)關(guān)組的設(shè)置與連接 4.3 7段數(shù)碼管電路連線與使用（動(dòng)態(tài)方式） 總結(jié).32 致謝.33參考文獻(xiàn) 33第1章 引言11設(shè)計(jì)內(nèi)容簡(jiǎn)介 現(xiàn)代硬件設(shè)計(jì)運(yùn)用

8、eda（electronic desion automation）技術(shù)采用并行工程和“自頂向下”的設(shè)計(jì)方法，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)入手，在頂層進(jìn)行層次劃分和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在功能模塊一級(jí)進(jìn)行方針、糾錯(cuò)，并用vhdl、veriloghdl等硬件描述語(yǔ)言對(duì)高層次的系統(tǒng)行為進(jìn)行描述。在系統(tǒng)一級(jí)進(jìn)行驗(yàn)證，最后用邏輯綜合優(yōu)化工具生成門級(jí)邏輯電路網(wǎng)表，其對(duì)應(yīng)的物理實(shí)現(xiàn)可以是印刷電路板或?qū)Ｓ眉呻娐?。eda技術(shù)就是依賴功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，在eda工具軟件平臺(tái)上，對(duì)以硬件描述語(yǔ)言hdl（hardware description language）為系統(tǒng)邏輯描述手段完成的設(shè)計(jì)文件，自動(dòng)地完成邏輯編輯、邏輯化簡(jiǎn)、邏輯分割、邏輯綜合、

9、結(jié)構(gòu)綜合（布局布線），以及邏輯優(yōu)化和仿真測(cè)試，直至實(shí)現(xiàn)既定的電子線路系統(tǒng)功能。eda技術(shù)使得設(shè)計(jì)者工作僅限于利用軟件的方式，即利用硬件描述語(yǔ)言和eda軟件來(lái)完成對(duì)系統(tǒng)硬件功能的實(shí)現(xiàn)。 eda技術(shù)在硬件實(shí)現(xiàn)方面融合了大規(guī)模集成電路制造技術(shù)，ic版圖設(shè)計(jì)技術(shù)、asic測(cè)試和封裝技術(shù)、fpga/cpld編程下載技術(shù)、自動(dòng)測(cè)試技術(shù)等；在計(jì)算機(jī)輔助工程方面融合了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（cad）、計(jì)算機(jī)輔助制造（cam）、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（cat）、計(jì)算機(jī)輔助工程（cae）技術(shù)以及多種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的設(shè)計(jì)概念；而在現(xiàn)代電子學(xué)方面則容納了更多的內(nèi)容，如電子線路設(shè)計(jì)理論、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、數(shù)字系統(tǒng)建模和優(yōu)化技術(shù)及長(zhǎng)線技術(shù)理

10、論等等。因此eda技術(shù)為現(xiàn)代電力理論和設(shè)計(jì)的表達(dá)與實(shí)現(xiàn)提供了可能性。eda技術(shù)不是某一學(xué)科的分支，或某種新的技能技術(shù)，它是一們綜合性學(xué)科，融合多學(xué)科于一體，打破了軟件和硬件間的壁壘，使計(jì)算機(jī)的軟件與硬件實(shí)現(xiàn)、設(shè)計(jì)效率和產(chǎn)品性能合二為一，它代表了電子設(shè)計(jì)技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展方向。利用eda技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，最后目標(biāo)是完成專用繼承電路asic的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，asic作為最終的物理平臺(tái)，集中容納了用戶通過(guò)eda技術(shù)將電子應(yīng)用系統(tǒng)的既定功能和技術(shù)指標(biāo)具體實(shí)現(xiàn)的硬件實(shí)體。vhdl（very high speed integrated circuit hardware description lang

11、uage）即超高速集成電路硬件描述語(yǔ)言，主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的行為、結(jié)構(gòu)、功能和接口。vhdl不僅可以作為系統(tǒng)模擬的建模工具，而且可以作為電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工具；可以利用軟件工具將vhdl源碼自動(dòng)地轉(zhuǎn)化為文本方式表達(dá)的基本邏輯元件連接圖，即網(wǎng)表文件。vhdl語(yǔ)言具有很強(qiáng)的電路描述和建模能力，能從多個(gè)層次對(duì)數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行建模和描述，從而大大簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)任務(wù)，提高了設(shè)計(jì)效率和可靠性。vhdl具有與具體硬件電路無(wú)關(guān)和設(shè)計(jì)平臺(tái)無(wú)關(guān)的特性，并且具有良好的電路行為描述和系統(tǒng)描述的能力，并在語(yǔ)言易讀性和層次化結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方面，表現(xiàn)了強(qiáng)大的生命力和應(yīng)用潛力。vhdl在支持各種模式的設(shè)計(jì)方法、自頂向下與自底向上或混合

12、方法方面，在面對(duì)當(dāng)今許多電子產(chǎn)品生命周期的縮短，需要多次重新設(shè)計(jì)以溶入最新技術(shù)，改變工藝等方面都表現(xiàn)了良好的適應(yīng)性。用vhdl進(jìn)行電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的一個(gè)很大的特點(diǎn)是設(shè)計(jì)者可以專心致力于其功能的實(shí)現(xiàn)，而不需要對(duì)不影響功能的與工藝有關(guān)的因素花費(fèi)過(guò)多的時(shí)間和精力。本文采用vhdl語(yǔ)言來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)用電梯控制器，其代碼具有良好的可讀性和易理解性。目標(biāo)器件選用fpga器件。1.2 選題背景隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、近年來(lái)，我國(guó)的電梯生產(chǎn)技術(shù)得到了迅速發(fā)展一些電梯廠也在不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)、修改工藝。更新?lián)Q代生產(chǎn)更新型的電梯，電梯主要分為機(jī)械系統(tǒng)與控制系統(tǒng)兩大部份，隨著自動(dòng)控制理論與微電子技術(shù)的發(fā)展，電梯的拖動(dòng)方式與控制手段均

13、發(fā)生了很大的變化，交流調(diào)速是當(dāng)前電梯拖動(dòng)的主要發(fā)展方向。目前電梯控制系統(tǒng)主要有三種控制方式：繼電路控制系統(tǒng)(早期安裝的電梯多位繼電器控制系統(tǒng))、fpga/cpld控制系統(tǒng)、微機(jī)控制系統(tǒng)。繼電器控制系統(tǒng)由于故障率高、可靠性差、控制方式不靈活以及消耗功率大等缺點(diǎn)，目前已逐漸被淘汰。微機(jī)控制系統(tǒng)雖在智能控制方面有較強(qiáng)的功能，但也存在抗擾性差，系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，一般維修人員難以掌握其維修技術(shù)等缺陷。而fpga/cpld控制系統(tǒng)由于運(yùn)行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強(qiáng),設(shè)計(jì)和調(diào)試周期較短等優(yōu)點(diǎn)，倍受人們重視等優(yōu)點(diǎn)，已成為目前在電梯控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式，目前也廣泛用于傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的技術(shù)改造。目

14、前國(guó)內(nèi)七八十年代安裝的許多電梯電氣部分用繼電器接觸器控制系統(tǒng)，線路復(fù)雜，接線多，故障率高，維修保養(yǎng)難，許多已處于閑置狀態(tài)，其拽引系統(tǒng)多采用交流雙速電機(jī)系統(tǒng)換速，效率低，調(diào)速性能指標(biāo)較差，嚴(yán)重影響電梯運(yùn)行質(zhì)量。由于這些電梯交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)，交流雙速電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)性能及乘坐舒適感較差，交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)屬能耗型調(diào)速的機(jī)械部分無(wú)大問(wèn)題，為節(jié)約資金，大部分老式電梯用戶希望對(duì)電梯的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，提高電梯的運(yùn)行性能。因此對(duì)電梯控制技術(shù)進(jìn)行研究，尋找適合我國(guó)老式電梯的改造方法具有十分重要的意義。電梯作為高層建筑物的重要交通工具與人們的工作和生活日益緊密聯(lián)系。fpga/cpld作為新一代工業(yè)控制器，以其高

15、可靠性和技術(shù)先進(jìn)性，在電梯控制中得到廣泛應(yīng)用，從而使電梯由傳統(tǒng)的繼電器控制方式發(fā)展為計(jì)算機(jī)控制的一個(gè)重要方向，成為當(dāng)前電梯控制和技術(shù)改造的熱點(diǎn)之一。fpga/cpld是一種專門從事邏輯控制的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。由于fpga/cpld具有性能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、設(shè)計(jì)配置靈活等特點(diǎn)。因此在工業(yè)控制方面得到了廣泛應(yīng)用。自90年代后期fpga/cpld引入我國(guó)電梯行業(yè)以來(lái)，由fpga/cpld組成的電梯控制系統(tǒng)被許多電梯制造廠家普遍采用。并形成了一系列的定型產(chǎn)品。在傳統(tǒng)繼電器系統(tǒng)的改造工程中，fpga/cpld系統(tǒng)一直是主流控制系統(tǒng)。電梯控制系統(tǒng)分為調(diào)速部分和邏輯控制部分。調(diào)速部分的性能對(duì)電梯運(yùn)行是乘客的

16、舒適感有著重要影響，而邏輯控制部分則是電梯安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。為了改善電梯的舒適感和運(yùn)行的可靠性，現(xiàn)在都改為用fpga/cpld來(lái)控制電梯的運(yùn)行，這樣大大提高了電梯的性能。fpga(fiela programmable gates array,現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)與cpld (cornplex programmable logic device ，復(fù)雜可編程邏輯器件)都是可編程邏輯器件，它們是在pal、gal等邏輯器件的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來(lái)的。同以往的pal, gal.等相比較，fpga/cpld的規(guī)模比較大，適合于時(shí)序、組合等邏輯電路應(yīng)用場(chǎng)合，它可以替代幾十甚至上百塊通用ic芯片。這樣的fpga/

17、cpld實(shí)際上就是一個(gè)子系統(tǒng)部件。這種芯片具有可編程性和實(shí)現(xiàn)方案容易改動(dòng)的特點(diǎn)。由于芯片內(nèi)部硬件連接關(guān)系的描述可以存放在磁盤、rom , prom或eprom中，因而在可編程門陣列芯片及外圍電路保持不動(dòng)的情況下，換一塊eprom芯片，就能實(shí)現(xiàn)一種新的功能。fpga芯片及其開(kāi)發(fā)系統(tǒng)問(wèn)世不久，就受到世界范圍內(nèi)電子工程設(shè)汁人員的廣泛關(guān)注和普遍歡迎。所以，綜上所述，本設(shè)計(jì)就以fpga/cpld作為工具對(duì)升降電梯的各種操作進(jìn)行控制。我打算先對(duì)六層電梯的硬件部分作分析，看需要什么樣的開(kāi)關(guān)，電機(jī)，信號(hào)燈等。，然后在軟件設(shè)計(jì)，寫出流程圖，寫出語(yǔ)句。最后是進(jìn)行調(diào)試，看看此程序是否可行。第2章 vhdl、eda語(yǔ)

18、言簡(jiǎn)介vhdl語(yǔ)言產(chǎn)生于80年代，它的全稱是“超高速集成電路硬件描述語(yǔ)言(vhsic hardware description language), vhdl的結(jié)構(gòu)和方法受到da語(yǔ)言的影響，吸收了其它硬件描述語(yǔ)言的某些優(yōu)點(diǎn)，1986年3月，iee開(kāi)始致力于vhdl的標(biāo)準(zhǔn)化工作，為此，成立了審查和完善vhdl的標(biāo)準(zhǔn)化小組。1987年12月，ieee推出了ieee std1076-1987. vhdl語(yǔ)言成為iee標(biāo)準(zhǔn)以后，很快在世界各地得到廣泛應(yīng)用。1995年，中國(guó)國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局組織編撰并出版了cad通用技術(shù)規(guī)范，推薦vhdl作為我國(guó)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(eda)硬件描述語(yǔ)言的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。為了增強(qiáng)vhd

19、l語(yǔ)言的描述能力，方便設(shè)計(jì)應(yīng)用，ieee在廣泛征集各方面意見(jiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)ieee std 1076-1987進(jìn)行了改進(jìn)和擴(kuò)充。修訂版與1993年4月成為美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局(ansi)標(biāo)準(zhǔn)。并于同年9月被ieee認(rèn)可為標(biāo)準(zhǔn)，即ieee std 1076-1993.vhdl己經(jīng)作為最重要的一種描述和驗(yàn)證硬件的標(biāo)準(zhǔn)被廣泛接受，并逐步取代了原有的非標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語(yǔ)言。多數(shù)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化廠商都提供了支持標(biāo)準(zhǔn)vhdl綜合和驗(yàn)證環(huán)境?，F(xiàn)在，vhdl和verilog作為iee工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語(yǔ)言，得到了眾多eda公司的持，已經(jīng)成為了事實(shí)上的通用硬件描述語(yǔ)言。2.1 vhdl的基本技術(shù)特征vhdl是一種獨(dú)立于實(shí)現(xiàn)技術(shù)

20、的語(yǔ)言，它不受某一種特定工藝的束縛，允許使用者在其范圍內(nèi)選擇工藝和方法，為了適應(yīng)未來(lái)的數(shù)字硬件技術(shù)，vhdl還提供將新技術(shù)引入現(xiàn)有設(shè)計(jì)的潛力。vhdl是一個(gè)在程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的意義上全類型化的語(yǔ)言，即所有硬件部件和元件的描述必須給出明確的類型。語(yǔ)言的語(yǔ)法分析程序可以檢查描述的類型的一致性。支持硬件設(shè)計(jì)的層次設(shè)計(jì)方法，支持從抽象的系統(tǒng)規(guī)范到詳細(xì)的門級(jí)描述，支持以模擬為主的驗(yàn)證過(guò)程。它具有豐富的數(shù)據(jù)類型、并發(fā)和順序的語(yǔ)言構(gòu)件，它不受某一特定工藝的束縛，允許設(shè)計(jì)者在其使用范圍內(nèi)選擇工藝和方法。vhdl語(yǔ)言的最大特點(diǎn)是描述能力極強(qiáng)，覆蓋了邏輯設(shè)計(jì)的諸多領(lǐng)域和層次，并支持眾多的硬件模型。具體而言，vhdl較

21、其他的硬件描述語(yǔ)言有如下優(yōu)越之處1.描述方式上，支持從系統(tǒng)級(jí)到門級(jí)電路的描述，同時(shí)也支持多層次的混合描述;描述形式可以是結(jié)構(gòu)描述，也可以是行為描述，或者二者兼而有之;2.設(shè)計(jì)方法上，既支持自底向上(botom-up)的設(shè)計(jì)，也支持自頂向下(top-down)的設(shè)計(jì);既支持模塊化設(shè)計(jì)，也支持層次化設(shè)計(jì);支持大規(guī)模設(shè)計(jì)的分解和設(shè)計(jì)重用;3.既支持同步電路，也支持異步電路;既支持同步方式，也支持異步方式;4.既支持傳輸延遲，也支持慣性延遲，可以更準(zhǔn)確地建立復(fù)雜的電路硬件模型;5.數(shù)據(jù)類型豐富，既支持預(yù)定義的數(shù)據(jù)類型，又支持自定義的數(shù)據(jù)類型;vhdl是強(qiáng)類型語(yǔ)言，設(shè)計(jì)電路的安全性好;6.支持過(guò)程與函數(shù)

22、的概念，有助于設(shè)計(jì)者組織描述，對(duì)行為功能進(jìn)一步分類:7.提供了將獨(dú)立的工藝集中于一個(gè)設(shè)計(jì)包的方法，便于作為標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)文檔保存，也便于設(shè)計(jì)資源的重用。8. vhdl的類屬提供了向設(shè)計(jì)實(shí)體傳送環(huán)境信息的能力;9. vhdl的斷言語(yǔ)句可用來(lái)描述設(shè)計(jì)實(shí)體本身的約束信息，支持設(shè)計(jì)直接在描述中書寫錯(cuò)誤和約束條件，不僅便于模擬調(diào)試，而且為綜合化簡(jiǎn)提供了重要信息。2.2 eda概況eda(electronic design automatic)技術(shù)是在電子cad (computer aided design)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理及

23、智能化技術(shù)的最新成果，進(jìn)行電子產(chǎn)品的自動(dòng)設(shè)計(jì)。利用eda工具，可以將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計(jì)、性能分析到計(jì)出集成電路(ic:integrated circuits)版圖或印刷電路板(pcb: printedcircuit board)制圖的整個(gè)過(guò)程都在計(jì)算機(jī)上自動(dòng)處理完成。在機(jī)械、電子、通信、空航天、化工.礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學(xué)、軍事等各個(gè)領(lǐng)域，eda技術(shù)都得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)前eda技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是政府重視、使用普及、應(yīng)用廣泛、品種多樣、eda工具軟件功能強(qiáng)大。為了迅速推動(dòng)中國(guó)eda產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，中國(guó)自1995年以來(lái)加速發(fā)展半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，尤其是在近幾年更是加大了對(duì)此行業(yè)的扶持力度，建立了多個(gè)國(guó)家級(jí)集成電路設(shè)

24、計(jì)產(chǎn)業(yè)化基地，推動(dòng)系列設(shè)計(jì)活動(dòng)以應(yīng)對(duì)亞太地區(qū)其它eda市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)。當(dāng)前中國(guó)eda市場(chǎng)已漸趨成熟，據(jù)最新統(tǒng)計(jì)顯示，中國(guó)止在成為電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展最快的市場(chǎng)，年復(fù)合增民率達(dá)到了50%.不過(guò)大部分設(shè)計(jì)ivy.師面向的是pc主板和小型asic領(lǐng)域，僅有小部分(約11%)的設(shè)計(jì)人員開(kāi)發(fā)復(fù)雜芯片上系統(tǒng)器件。為了與臺(tái)灣和美國(guó)的設(shè)計(jì)工程師形成更有力的競(jìng)爭(zhēng)，中國(guó)的設(shè)計(jì)隊(duì)伍迫切需要應(yīng)用最新的eda具產(chǎn)品，參與和完成大規(guī)模，深層次的研發(fā)工作。2.3當(dāng)今eda技術(shù)綜述隨著眾多先進(jìn)的技術(shù)和工藝，尤其是數(shù)字信號(hào)處理(dsi)技術(shù)和集成電路(ic)工藝，在電子技術(shù)中的廣泛應(yīng)用，當(dāng)今所有的電子工程技術(shù)都在向著高速度、大容

25、量、小型化、模塊化的方向發(fā)展，力求以最少量的元器件、最小的體積重量來(lái)完成更強(qiáng)、更多的功能，并盡可能地縮短產(chǎn)品從概念提出、系統(tǒng)設(shè)計(jì)到投人使用的時(shí)間，這樣才會(huì)有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力.由于電子技術(shù)逐漸深人到工業(yè)農(nóng)業(yè)、國(guó)防軍事、家庭生活等各個(gè)領(lǐng)域，要求各種工程技術(shù)人員都能熟悉微電子技術(shù)和半導(dǎo)體工藝是不可能的;并且由于電子技術(shù)領(lǐng)域本身各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)和先進(jìn)工藝的迅速推廣使用，電子工程師用傳統(tǒng)的方法設(shè)計(jì)產(chǎn)品也將顯得力不從心，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(electronic designautomation-eda)技術(shù)正是為了適應(yīng)這一需要而在近幾年中發(fā)展起來(lái)的全新的設(shè)計(jì)方法.電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(eda)技術(shù)是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造(ca

26、d/cam)技術(shù)在電子系統(tǒng)與設(shè)備中應(yīng)用的一個(gè)嶄新階段。它是以高性能的計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，綜合了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、邏輯拓?fù)鋵W(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)、人工智能、電子線路和微電子技術(shù)等許多學(xué)科領(lǐng)域的最新成就和發(fā)展而形成的一整套軟件工具，用來(lái)幫助工程技術(shù)人員從事電子系統(tǒng)、電子線路和電子元器件設(shè)計(jì)的一門范圍涉及到有關(guān)電子學(xué)各個(gè)領(lǐng)域的綜合性邊緣技術(shù)。當(dāng)今的eda技術(shù)是以系統(tǒng)級(jí)的仿真與綜合，vhdl語(yǔ)言描述，自頂向下(top-down)的設(shè)計(jì)方法，集成的并行設(shè)計(jì)環(huán)境，以及圖形化的編程方式為特征的。具體地說(shuō)，它有以下特點(diǎn):(l)從概念提出，系統(tǒng)劃分，到電路設(shè)計(jì)，物理實(shí)現(xiàn)的全過(guò)程自動(dòng)化設(shè)計(jì)成為現(xiàn)實(shí)。設(shè)計(jì)本身與工藝脫離，最后的物理

27、實(shí)現(xiàn)可以根據(jù)不同的需要采取多種方式來(lái)完成. (2)采用自頂向下的設(shè)計(jì)流程和不同層次間的并行設(shè)計(jì)，以確保設(shè)計(jì)一次成功，而設(shè)計(jì)人員只要把精力集中在系統(tǒng)概念和方案的優(yōu)化上。(3)所有不同層次的設(shè)計(jì)、仿真、測(cè)試和接口工具都集中在統(tǒng)一的開(kāi)放環(huán)境之中，它們都有統(tǒng)一的原始模型、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式與數(shù)據(jù)庫(kù)管理直至統(tǒng)一的人機(jī)界面，使得不同專業(yè)、不同廠家的工程設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)成果，可以在各個(gè)層次上相互調(diào)用.(4)所有的設(shè)計(jì)結(jié)果都以符合ieee 1076標(biāo)準(zhǔn)的vhdl語(yǔ)言存檔，使成果的存貯、共享、轉(zhuǎn)化、改進(jìn)都得以方便地進(jìn)行。(5)在設(shè)計(jì)時(shí)就考慮到成果的測(cè)試與驗(yàn)證，在eda設(shè)計(jì)中一般需要四級(jí)驗(yàn)證:功能驗(yàn)證、邏輯驗(yàn)證、時(shí)序驗(yàn)

28、證和故障驗(yàn)證.每一個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程都能產(chǎn)生出完整的測(cè)試代碼，為設(shè)計(jì)結(jié)果的測(cè)試檢驗(yàn)提供了極大的方便.超級(jí)計(jì)算機(jī)的c代碼圖 2-2采用eda技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的總體流程圖2-2采用eda技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的總體流程eda技術(shù)依托于各類通用的集成電路制造工藝和高性能的數(shù)字信號(hào)處理專用片，各種全定制、半定制集成電路技術(shù)，使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮獨(dú)立于生產(chǎn)工藝成為現(xiàn)實(shí)，把設(shè)計(jì)人員從繁重的手工編程、印制板(pcb)布線或系統(tǒng)測(cè)試(聯(lián)調(diào))等重復(fù)勞動(dòng)中解放出來(lái)，使他們集中精力于系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)和方案優(yōu)化上.圖1-1給出了采用eda技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體流程.從圖中可以看出，eda技術(shù)為設(shè)計(jì)人供了從算法描述、系統(tǒng)仿真、指標(biāo)優(yōu)化、電路仿真直

29、到物理實(shí)現(xiàn)等各個(gè)層次的一整套集成設(shè)計(jì)工具和環(huán)境。設(shè)計(jì)者根據(jù)系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)和功能建立系統(tǒng)模型，以框圖或語(yǔ)言的形式給出算法描述后，軟件工具自動(dòng)進(jìn)行系統(tǒng)功能仿真，并優(yōu)化指標(biāo)。在完成高層次仿真之后，軟件工具可以進(jìn)人電路級(jí)仿真.其間也可以人為地進(jìn)行多層次的修改和反饋.最后軟件工具以圖形、文本等多種方式給出設(shè)計(jì)結(jié)果。這時(shí)設(shè)計(jì)者可以根據(jù)自己的需要，利用與物理實(shí)現(xiàn)的接口工，選擇多種不同的實(shí)現(xiàn)方法.軟件實(shí)現(xiàn)如直接生成dsp芯片的匯編代、c語(yǔ)言代碼，或以pcb , asic或fpgaiepld等硬件的方法來(lái)實(shí)具碼現(xiàn)目前世界上主要的eda廠商有cadence design system inc. ,mentor g

30、raphics inc.，synopsysinc，dazix-intergraph inc等.第3章 電梯控制器的具體設(shè)計(jì)3.1簡(jiǎn)要說(shuō)明利用vhdl語(yǔ)言完成一個(gè)多層自動(dòng)升降的電梯的控制電路，控制電路遵循方向優(yōu)先原則控制電梯完成多層樓的載客服務(wù)，同時(shí)指示電梯運(yùn)行情況和電梯內(nèi)外請(qǐng)求信息。3.2電梯控制器的任務(wù)和要求（1）每層電梯入口處設(shè)有上下請(qǐng)求開(kāi)關(guān)，電梯內(nèi)設(shè)有乘客到達(dá)層次的停站請(qǐng)求開(kāi)關(guān)。（2）設(shè)有電梯所處位置指示裝置級(jí)電梯運(yùn)行模式（上升或下降）指示裝置。（3）電梯每秒升（降）一層樓。（4）電梯到達(dá)停站請(qǐng)求的樓層后，經(jīng)過(guò)1s電梯門打開(kāi)，開(kāi)門指示燈亮，開(kāi)門4s后，電梯門關(guān)閉（開(kāi)門指示燈滅），電梯繼續(xù)

31、運(yùn)行，直至執(zhí)行完最后一個(gè)請(qǐng)求信號(hào)后停在當(dāng)前層。（5）能記憶電梯內(nèi)外的所有請(qǐng)求信號(hào)，并按照電梯運(yùn)行規(guī)則次序響應(yīng)，每個(gè)請(qǐng)求信號(hào)保留至執(zhí)行后消除。（6）電梯運(yùn)行規(guī)則：當(dāng)電梯處于上升模式時(shí)，只響應(yīng)比電梯所在位置高的上樓請(qǐng)求信號(hào)，有下而上逐個(gè)執(zhí)行，直到最后一個(gè)上樓請(qǐng)求執(zhí)行完畢，如更高層有下樓請(qǐng)求，則直接升到有下樓請(qǐng)求的最高樓接客，然后便進(jìn)入下降模式。當(dāng)電梯處于下降模式時(shí)，則與上升模式相反。（7）電梯初始狀態(tài)為一層開(kāi)門。3.3電梯控制器的設(shè)計(jì)控制器的功能模塊如圖1所示，包括主控制器、分控制器、樓層選擇器、狀態(tài)顯示器、譯碼器和樓層顯示器。乘客在電梯中選擇所要到達(dá)的樓層，同過(guò)主控制器的處理，電梯開(kāi)始運(yùn)行，狀態(tài)

32、顯示器顯示電梯的運(yùn)行狀態(tài)。電梯所在的樓層數(shù)通過(guò)譯碼器譯碼從而在樓層顯示器中顯示。分控制器把有效的請(qǐng)求傳給主控制器進(jìn)行處理，同時(shí)顯示電梯的運(yùn)行狀態(tài)和電梯所在的樓層數(shù)。由于控制器相對(duì)簡(jiǎn)單很多，所以主控制器是核心部分。樓層顯示器樓層顯示器譯碼器狀態(tài)顯示器主控制器分控制器 圖1 電梯控制器原理框圖主控制器系統(tǒng)由vhdl語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，其輸入輸出端口定義如下：library ieeeuse ieee std_loigic_unsigned.allentity ladder 3 isporl(clk,switch,close,delay:std_logic； /時(shí)鐘、開(kāi)關(guān)、提前開(kāi)門、延時(shí)關(guān)門 dir: in s

33、td_logic_vector(2 down to 0); /所選的樓層 up lift、down lift : in std_logic_vector(3 down to 0); /分控制器上升、下降請(qǐng)求qout : out std_logic_vector(3 down to 0)； /所到達(dá)的樓層lamp : out std_logic_vector(1 down to 0); /電梯運(yùn)行狀態(tài)end ladder 3結(jié)構(gòu)體分為3個(gè)進(jìn)程，分別完成寄存器的置位復(fù)位、電梯運(yùn)行狀態(tài)判斷、時(shí)序電路及電梯運(yùn)行樓層變化和響應(yīng)提前延時(shí)請(qǐng)求。程序中定義urr（3b上升寄存器），drr（3b的下降寄存器），

34、ur(上升寄存器各位相或)，dr（下降寄存器各位相或），let（判斷狀態(tài)的使能信號(hào)），輸出端口qout, lamp的內(nèi)部信號(hào)lift、ladd, 時(shí)序內(nèi)部信號(hào)time。樓層請(qǐng)求寄存器的復(fù)位和置位。如果乘客進(jìn)入電梯后所選的樓層大于所在的樓層，而且電梯處于上升或者是ladd為“01”的等待狀態(tài)，則給上升請(qǐng)求寄存器urr相應(yīng)的為置位。當(dāng)電梯運(yùn)行到所在的樓層，在time等于“110”時(shí)給該位復(fù)位。如果有多個(gè)請(qǐng)求則urr響應(yīng)的位都置位。下降請(qǐng)求寄存器drr原理相似。寄存器urr和drr的各位相或后得到ur和dr信號(hào)作為狀態(tài)變化的條件信號(hào)。電梯運(yùn)行狀態(tài)的判斷 分為3個(gè)狀態(tài) wait, upper, dow

35、n。狀態(tài)圖如圖2所示。 wait(等待)switch=1down（下降）upper(上升) ur=1 ur=0,dr=0 ur=0,dr=0 ur =1 dr=1ur=1 圖2 電梯控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖當(dāng)電梯開(kāi)關(guān)switch為“0”時(shí)，為等待狀態(tài)，狀態(tài)指示信號(hào)ladd為“00”。switch為“1”時(shí)，time為“101”而且使能信號(hào)let有效時(shí)，進(jìn)行狀態(tài)確定。沒(méi)有上升下降請(qǐng)求時(shí)也為等待狀態(tài)。狀態(tài)信號(hào)ladd為“01”；上升狀態(tài)時(shí)信號(hào)ladd為“11”；下降狀態(tài)時(shí)狀態(tài)信號(hào)為“10”。時(shí)序電路及電梯運(yùn)行時(shí)樓層變化和提前延時(shí)關(guān)門功能：根據(jù)ladd狀態(tài)對(duì)所到達(dá)的樓層數(shù)信號(hào)lift做相應(yīng)的增減。電梯在t

36、ime信號(hào)跳變到“110”時(shí)關(guān)門，此時(shí)設(shè)置使能信號(hào)let為“1”，當(dāng)time信號(hào)跳變到“010”時(shí)，如果電梯狀態(tài)信號(hào)ladd為“11”，而且使能信號(hào)let有效時(shí)，電梯層數(shù)指示器就增加，如果電梯達(dá)到了所選擇的樓層，則使能信號(hào)復(fù)位。電梯門打開(kāi)。下降原理類似。當(dāng)電梯處于上升狀態(tài)時(shí)，如果有上升請(qǐng)求的分控制器所在樓層數(shù)大于電梯所在的樓層數(shù)，當(dāng)電梯運(yùn)行到相應(yīng)的樓層數(shù)時(shí)，電梯開(kāi)門，讓有請(qǐng)求的乘客進(jìn)入電梯。分控制器下降請(qǐng)求的原理類似。如果提前開(kāi)門有效，則等待時(shí)間縮短，如果延時(shí)信號(hào)有效，則等待時(shí)間加長(zhǎng)。電梯控制器通過(guò)乘客在電梯內(nèi)外的請(qǐng)求信號(hào)控制上升和下降，而樓層信號(hào)由電梯本身的裝置觸發(fā)，從而確定電梯處在哪個(gè)樓層

37、，乘客在電梯中選擇所要到達(dá)的樓層通過(guò)主控制器的處理，電梯開(kāi)始運(yùn)行，狀態(tài)顯示器顯示電梯的運(yùn)行狀態(tài)，電梯所在的樓層數(shù)通過(guò)led數(shù)碼管顯示，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下：電梯狀態(tài)顯示信號(hào)存儲(chǔ)電梯外請(qǐng)求主控制器電梯內(nèi)請(qǐng)求樓層顯示關(guān)門控制到達(dá)樓層信號(hào)電梯門的狀態(tài)分為開(kāi)門，關(guān)門和正在關(guān)門3種狀態(tài)，并通過(guò)開(kāi)門信號(hào)，上升預(yù)操作和下降預(yù)操作來(lái)控制。這里可設(shè)為“00”表示門已關(guān)閉，“10”表示門已開(kāi)啟，“01”表示正在關(guān)門?？傮w框圖如下圖所示： 3.4 模塊、模塊功能及相應(yīng)程序模塊threeflift見(jiàn)圖3。該模塊是整個(gè)程序的核心。圖3 threefliftlibrary ieee;use ieee.std_logic_11

38、64.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity threeflift is port(buttonclk:in std_logic; liftclk:in std_logic; reset:in std_logic; f1upbutton:in std_logic; f2upbutton:in std_logic; f2dnbutton:in std_logic; f3dnbutton:in std_logic; fuplight:buffer std_logic_vector(3 downt

39、o 1); fdnlight:buffer std_logic_vector(3 downto 1); stop1button,stop2button,stop3button:in std_logic; stoplight:buffer std_logic_vector(3 downto 1); position:buffer integer range 1 to 3; doorlight:out std_logic; udsig:buffer std_logic);end threeflift;architecture a of threeflift istype lift_state is

40、(stopon1,dooropen,doorclose,doorwait1,doorwait2,doorwait3,doorwait4,up,down,stop);signal mylift:lift_state;signal clearup:std_logic;signal cleardn:std_logic;beginctrlift:process(reset,liftclk)variable pos:integer range 3 downto 1; begin if reset=1then mylift=stopon1; clearup=0; cleardn doorlight=1;

41、position=1; pos:=1; mylift mylift clearup=0; cleardn=0; mylift mylift mylift doorlight=0; if udsig=0then if position=3 then if stoplight=000 and fuplight=000and fdnlight=000then udsig=1; mylift=doorclose; else udsig=1; mylift=down; end if; elsif position=2 then if stoplight=000 and fuplight=000 and

42、fdnlight=000then udsig=0; mylift=doorclose; elsif stoplight(3)=1 or (stoplight(3)=0 and fdnlight(3)=1) then udsig=0; mylift=up; else udsig=1; mylift=down; end if; elsif position=1 then if stoplight=000 and fuplight=000 and fdnlight=000 then udsig=0; mylift=doorclose; else udsig=0; mylift=up; end if;

43、 end if; elsif udsig=1 then if position=1 then if stoplight=000 and fuplight=000 and fdnlight=000 then udsig=0; mylift=doorclose; else udsig=0; mylift=up; end if; elsif position=2 then if stoplight=000 and fuplight=000 and fdnlight=000 then udsig=1; mylift=doorclose; elsif stoplight(1)=1 or (stoplig

44、ht(1)=0 and fuplight(1)=1) then udsig=1; mylift=down; else udsig=0; mylift=up; end if; elsif position=3 then if stoplight=000 and fuplight=000 and fdnlight=000 then udsig=1; mylift=doorclose; else udsig=1; mylift position=position+1; pos:=pos+1; if pos3 and (stoplight(pos)=1 or fdnlight(pos)=1) then

45、 mylift=stop; elsif pos=3 and (stoplight(pos)=1 or fdnlight(pos)=1) then mylift=stop; else mylift position1 and (stoplight(pos)=1 or fdnlight(pos)=1) then mylift=stop; elsif pos=1 and (stoplight(pos)=1 or fuplight(pos)=1) then mylift=stop; else mylift mylift doorlight=1; if udsig=0then if position=2

46、 and (stoplight(position)=1 or fuplight(position)=1)then clearup=1; else clearup=1; cleardn=1; end if; elsif udsig=1then if position=2 and (stoplight(position)=1 or fdnlight(position)=1)then clearup=1; else clearup=1; cleardn=1; end if; end if; mylift=doorwait1; end case; end if; end if;end process ctrlift;ctrlight:process(reset,buttonclk)begin if reset=1 then stoplight=000; fuplight=000; fdnlight=000; else if buttonclkevent and buttonclk=1then if clearup=1then stoplight(position)=0; fuplight(position)=0; else if f1upbutton=1then fuplight(1)=1; elsif f2upbutton=1then fuplight(2)=1;