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1、基于FPGA的电梯控制器的设计,专 业： 电子信息工程姓 名： 张炜玮学 号： 20086377班 级： 0809-3指导老师：高迎霞,一、研究背景和意义,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趋激化。这就注定了必须合理地利用土地去解决人和土地的矛盾。而兴建高层建筑是其中的有效措施之一。因此，能使人们快速、便捷地到达目的楼层的电梯便应运而生了。,二、设计目的,目的：三层电梯广泛应用在大型的货运之中。其使用便捷，货运周期短，效率高，成本低，对货运事业具有相当的经济价值。在客运上，三层电梯虽然涉及楼层不高，应用范围不大，但就特殊而言，可以为一些上下楼层不方便的人们提供相当的帮助，
2、照顾了这些特殊群体的感情。因此，在某些层面上说，三层电梯的设计也具有一定的社会价值。,三、系统软件设计,1、 简要说明 此系统是3个层楼的电梯控制器设计。该控制器可控制电梯完成3层楼的载客服务而且遵循方向优先原则，即上升（下降）时只响应上升（下降）信号，直到执行完最顶层（底层），再转入另一模式。电梯具有显示电梯楼层数、电梯运行方向、响应楼层请求、电梯开关门、电梯复位。,2、本控制设计拟实现以下功能（1）每层电梯入口处设有上下请求开关，电梯内设有顾客到达层次的停站请求开关。 （2）设有电梯入口处位置指示装置及电梯运行模式(上升或下降)指示装置。 （3）电梯到达有停站请求的楼层，开门指示灯亮，开门
3、10秒后，电梯门关闭(开门指示灯灭)，电梯继续进行，直至执行完最后一个请求信号后停留在当前层。 （4）能记忆电梯内外所有请求，并按照电梯运行规则按顺序响应，每个请求信号保留至执行后消除。,（5）电梯运行规则：当电梯处于上升模式时，只响应比电梯所在位置高的上楼请求信号，由下而上逐个执行，直到最后一个上楼请求执行完毕；如果高层有下楼请求，则直接升到由下楼请求的最高层，然后进入下降模式。当电梯处于下降模式时则与上升模式相反。 （6）电梯初始状态为一层开门状态。,3、电梯控制器的设计思路 本系统的主要输入有电梯外上下控制按钮Button（其中Button(0)表示一楼电梯外上升请求，Button(1)
4、表示二楼电梯外上升请求， Button(2)表示二楼电梯外下降请求， Button(3)表示三楼电梯外下降请求）；电梯内到达楼层控制按钮floor（其中floor(0)表示请求到达一层， floor(1)表示请求到达二层， floor(2)表示请求到达三层）。 系统的输出包括电梯位置标识position，表示电梯当前所在楼层；电梯开门关门显示按钮door（当door=1时表示开门，door=0表示关门）；电梯当前运行状态按钮up_down（当up_down=1时表示电梯处于上升状态，当up_down=0时表示电梯处于下降状态）。,4 、电梯处于各楼层的分析处于一楼时，不管是电梯内或电梯外，电梯
5、都只可能接收到上升的请求信号。此时，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，电梯则在一楼待机。处于二楼时，电梯则可能出现三种情况：1.电梯并没有接受到电梯内或电梯外的任何请求信号时，电梯则停留在当前楼层。2.电梯接收到上升请求信号，进入预上升状态。3.电梯接收到下降请求信号，进入预下降状态。处于最高层时，不管电梯内或电梯外电梯都只可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求信号，电梯则停留在最高层。如图所示：,图3-1 处于一楼,图3-2 处于二楼,图3-3 处于三楼,电梯的运行规则确立后，需对整个控制程序的设计做一个流
6、程规范。总流程图如下图,图3-4 总流程图,5 、 状态原理图说明 本系统的状态比较复杂，状态中嵌套状态。图3-5为系统状态原理说明图，其中b0、b1、 b2、 b3 分别表示Button(0) 、Button(1)、 Button(2)、 Button(3)；f0、f1、f2分别表示 floor(0)、 floor(1)、 floor(2)；S0表示一层上状态、S1U和S1D分别表示二层上和下状态、S2表示三层下状态。,（1）电梯始终处于S0状态 （b0|f0)&(!(f1|f2)表示一楼上或一楼内有请求时，但没有一楼到达二楼或三楼请求，电梯仍处于S0状态；!(b0|f0|b1|b2|b3|
7、f1|f2)表示一楼上、一楼内、二楼上、二楼下、二楼内、三楼下或三楼内没有请求，电梯仍处于S0状态。 （2）电梯由S0状态到S1U状态 (b0|f0)&(f1|f2)表示一楼外或一楼内有请求，且有一楼到达二楼或三楼请求，电梯由S0状态到S1U状态；!(b0|f0)&(b1|b2|b3|f2|f1) 表示一楼外或一楼内有请求，且有二楼上、二楼下、三楼下、三楼内或二楼内请求时，电梯由S0状态到S1U状态。 （3）电梯由S1U状态到S0状态 f1&(b0|b2|f0)表示二楼内有请求，一楼上、二楼下或一楼内请求时，电梯由S1U状态到S0状态；!f1&b1&（b0|f0|b2）)表示二楼内没有请求，二
8、楼上有请求，一楼上、一楼内或二楼下有请求时，电梯由S1U状态到S0状态；!f1&!b1&(f0|b0) 表示二楼内没有请求，二楼上没有请求，一楼内或一楼上有请求时，电梯由S1U状态到S0状态。,（4）电梯始终处于S1U状态 f1&(!(b0|b1|b2|b3|f0)表示二楼内有请求，且一楼上、二楼上、二楼下、三楼下或一楼内没请求时，电梯始终处于S1U状态；!f1&b1&(f2|b3|b0|f0|b2) )表示二楼内没请求，二楼上有请求，且三楼内、三楼下、一楼上、一楼内或二楼下没请求时，电梯始终处于S1U状态；!f1&!b1&b2&(!(f0|b0) )表示二楼内没请求，二楼上没请求，二楼下有请
9、求，但一楼内或一楼下没请求时电梯始终处于S1U状态。 （5）电梯由S1U状态到S2状态 f1&(b1|b3|f2)表示二楼内有请求时，二楼上、三楼下或三楼内有请求时，电梯由S1U状态到S2状态；!f1&b1&(f2|b3) 表示二楼内没请求时，二楼上有请求，三楼内或三楼下有请求时，电梯由S1U状态到S2状态；!f1&!b1&(b3|f2) 表示二楼内没请求时，二楼上没请求，三楼下或三楼内有请求时，电梯由S1U状态到S2状态。 （6）电梯始终处于S2状态 （b3|f3）&(!(f0|f1)表示三楼下或三楼内有请求时，但没有一楼到达二楼或三楼请求，电梯始终处于S2状态；！（b3|f2|b0|b1|
10、b2|f0|f1）表示三楼下、三楼内、一楼上、二楼上、二楼下、一楼内或二楼内没请求时，电梯始终处于S2状态。,（7）电梯由S2状态到S1D状态 (b3|f2)&(f0|f1)表示三楼下或三楼内有请求时，且有一楼到达二楼或三楼请求时，电梯由S2状态到S1D状态；! (b3|f2)&(b0|b1|b2|f0|f1) 表示三楼下或三楼内没请求时，且一楼上、二楼上、二楼下、一楼内或二楼内有请求时，电梯由S2状态到S1D状态。 （8）电梯由S1D状态到S2状态 f1&(b1|b3|f2)表示二楼内有请求，且二楼上、三楼下或三楼内有请求时，电梯由S1D状态到S2状态；!f1&b2&(b1|f2) 表示二楼
11、内没请求，二楼下有请求时，且二楼上或三楼内有请求时，电梯由S1D状态到S2状态；!f1&!b2&(b1|f2|b3) 表示二楼没有请求，二楼下没请求时，且二楼上、三楼内或三楼下有请求时，电梯由S1D状态到S2状态。 （9）电梯始终处于S1D状态 f1&(!(b2|b0|f0|b1|b3|f2)表示二楼内有请求时，但二楼下、一楼上、一楼内、二楼上、三楼下或三楼内没请求时，电梯始终处于S1D状态；!f1&b2&(!(f0|b0|b1| |f2) 表示二楼内没请求时，二楼下有请求，但一楼内、一楼上、二楼上或三楼内没请求时，电梯始终处于S1D状态；!f1&!b2&b1&(!(f2|b3) 表示二楼内没
12、请求时，二楼下没请求，二楼上有请求时，但三楼内或三楼下没请求时，电梯始终处于S1D状态。,（10）电梯由S1D状态到S0状态 f1&(b2|b0|f0)表示二楼内有请求，且二楼下、一楼上或一楼内有请求时，电梯由S1D状态到S0状态；!f1&b2&(f0|b0) 表示二楼内没请求，二楼下有请求，且一楼内或一楼上有请求时，电梯由S1D状态到S0状态；!f1&!b2&(b0|f0) 表示二楼内没请求，二楼下没请求，且一楼内或一楼上有请求时，电梯由S1D状态到S0状态。 本状态图主要说明系统运行当前状态与下一个状态的关系，考虑了从当前状态到下一状态的所有触发因素，较为复杂。,6 、 三层电梯的电路图,
13、7 、 电梯外部端口设计,时钟信号（clk）； 一楼电梯外人的上升请求信号（button0），二楼电梯外人的上升请求（Button1）; 二楼电梯外人的下降请求信号（Button2），三楼电梯外人的下降请求（Button3）； 电梯内人请求到达一楼的信号（fllor0），电梯内人请求到大二楼的信（floor1），电梯内人请求到大三楼的信号（floor2）； 电梯控制信号（opendoor）； 电梯所在楼层显示（position30）； 电梯开门状态（door）； 电梯上下指示（up-down）；,8 、 进程分析,1 、状态转化进程 状态转换进程P1的作用是：时钟为上升沿时，把下一状态赋值给当
14、前状态。 2、状态处理进程 此状态处理进程的作用是：使电梯控制系统在一楼、二楼、三楼处理状态之间转化。 （1 ）一楼状态处理 当它收到二层电梯外上下楼请求、三层电梯外下楼请求、一层电梯内到达二层和三层请求时，电梯会按照指令上升到相应楼层并开门、关门；若收到一层电梯外上楼请求只做开门响应，随后根据使用者进入电梯后请求进行响应；其他请求不响应。 （2）二楼状态处理 当电梯处在第二层时，若系统收到二层电梯外上下楼请求只做开门响应；若收到三层电梯外下楼或二层电梯内到达三层请求，则做上楼响应、开门；若收到一层电梯外上楼或二层电梯内到达一层请求，则做下楼楼响应并开门；其他请求不响应。,（3）三楼状态处理
15、当电梯处在第三层时，若它收到二层电梯外上下楼请求、一层电梯外上楼请求、电梯内到达二层和一层请求时，电梯会按照指令下降到相应楼层并开门、关门；若收到三层电梯外下楼请求只做开门响应，随后根据使用者进入电梯后请求进行响应；其他请求不响应。 若电梯正处在上升状态中收到外部请求，则只响应比当前所在楼层高的楼层的请求，到达需要到达最高楼层时再响应低层请求。若电梯正处在下降状态中收到外部请求，则只响应比当前所在楼层低的楼层的请求，到达需要到达最低楼层时再响应高层请求。 3 、 显示进程 此显示进程P3的作用是：显示电梯上下，开关门显示。,四、设计结果,当电梯处于一层时，D1_1灯亮（处于一层），按下K1、K
16、6键时，D2_1灯亮（开门），等待10秒后D2_1灯灭（关门），D1_2灯亮（上升到二楼），D2_1灯亮（开门），等待10秒后D2_1灯灭（关门），D2_8亮（上升状态），完成一楼到二楼的载客请求。如图：3-6一楼上升到二楼,3-6一楼上升到二楼,当电梯处于三楼时，D1_3灯亮（处于三层），当按下K4、K6时，D2_1灯亮（开门），等待10秒后D2_1灯灭（关门），D1_3灯灭， D2_8灭（下降状态），D1_2灯亮（下降到二楼），D2_1灯亮（开门），等待10秒后D2_1灯灭（关门），完成三楼到二楼的载客请求。如图：3-7三楼下降到二楼,3-7三楼下降到二楼,5、 结论,本设计状态较为复杂，状态中嵌套状态，状态图的绘制比较困难。本实验使用的状态图考虑了不同状态转移过程中的所有情况。 外部请求按键较多，电梯在上升过程中只能响应高于其当前所在楼层的请求，反之在下降过程中只能响应低于其当前所在楼层的请求。而且系统要求记忆目前没有被响应的请求。 使用者在电梯内外提出的请求不一致，例如：使用者本来是要下楼，但在电梯外却按下上楼按钮，对于这种情况，系统认定使用者进入电梯后提出的请求为最终请求。,
