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1、基于FPGA的电梯控制器的设计学生专业： 电子信息科学与技术学生姓名：指导教师：摘要电梯作为现代化的产物，早在上个世纪就进入了我们的生活之中。本设 计就是基于 FPGA 用 VHDL 语言所开发的十六层电梯控制程序。 VHDL 具有 与具体硬件电路无关和设计平台无关的特性，并且具有良好的电路行为描述 和系统描述的能力，并在语言易读性和层次化结构化设计方面，表现了强大 的生命力和应用潜力。本设计主要是基于FPGA的电梯控制器，并在MAX+plus II平台上进行了 电路综合和仿真， FPGA 芯片 EPF10K30EFC484-3 完成各个时序逻辑控制。 该电梯控制器遵循方向优先的原则，提供 1
2、6个楼层多用户的载客服务并指示 电梯的运行情况。通过程序调试及运行仿真，结果表明，本设计可以完成： 电梯运行所在楼层指示、电梯运行方向指示、关门延时设置、超载报警、长 按按键取消请求、可以锁住指定的楼层按键等。关键词 电梯；控制系统； FPGA；VHDLAbstractThe product of the elevator as a modern, early last century into our lives. The design is based on the electronic design automation technology in the very high speed
3、 integrated circuit hardware description language developed by sixteen languages elevator control procedures. VHDL has nothing to do with specific hardware circuit design and characteristics of platform-independent, and has a good description of circuit behavior description and system capacity, and
4、accessibility of language and hierarchical structured design, demonstrated great vitality and potential applications.This design introduces FPGA-based elevator controller, and in the MAX + plus II platforms circuit synthesis and simulation, FPGA chip EPF10K30EFC484-3 to complete the various sequenti
5、al logic control. The controller follows the direction of the principle of priority, to provide 16 floors of the passenger service and multi-user direct the operation of the elevator. Debugging and running through the simulation results show that the design can be completed: floor where the elevator
6、 running direction, indicating the direction of the elevator, closing delay setting, overload alarm, press button to cancel the request, you can lock the keys so designated floors.Keywords Elevator Control System FPGA VHDL目录摘要 IAbstract II第 1 章 绪论 11.1 课题背景和意义 11.2 发展现状 21.2.1 国内发展现状 21.2.2 国外发展现状 2
7、1.3 FPGA 31.3.1 FPGA 简介 31.3.2 FPGA 引脚分配 3第 2 章 电梯控制器设计 52.1 电梯控制系统组成 52.2 主控制器 52.2.1 信号寄存器 52.2.2 核心控制器 5第 3 章 电梯控制器程序 63.1 电梯主控制器程序设计 63.2 电梯主控制器状态机设计 6第 4 章 电梯仿真 74.1 MAX+plusII 开发系统 74.1.1 MAX+plusII 软件操作流程 74.1.2 MAX+plusII 开发系统的特点 74.2 主控制器的仿真 7结论 8致谢 9参考文献 10附录 1 原理图 11附录 2 程序 12CONTENTSAbst
8、ract(Chinese) 错误！未定义书签。Abstract(English) 错误！未定义书签。Chapter 1 Introduction 11.1 Background and Significance 11.2 Status Design 21.2.1 Domestis Situation 21.2.2 Foreign Situation 21.3 FPGA 31.3.1 FPGA Introduction 31.3.2 FPGA pinouts 3Chapter 2 The Elevator Controller 52.1 Elevator Control System 52.2
9、Mai-Controller 52.2.1 Signal Register 52.2.2 Core Controller 5Chapter 3 Elevator Controller Programming 63.1 Design of the elevator main controller pragram 63.2 The design of the elevator main controller state machine 6Chapter 4 Simulation of elevator controller 74.1 MAX+plusII Development System 74
10、.1.1 MAX+plusII Software Operating Procedures 74.1.2 MAX+plusII Development System Features 74.2 Mai-Controller Simulation 7Conclusion 8Acknowledgement 9References 10Appendix 1 Schematic 11Appendix 2 Program 12第1章 绪论1.1 课题背景和意义现代社会的物质水平不断提高，越来越高的建筑是其中标志之一，对于 高层建筑来说，电梯是必不可少的。除了高层建筑需要电梯外，对于服务和 生产部门来说，
11、同样需要各种各样的服务电梯和载货电梯。 FPGA 正是发挥 了它可编程的特点、绕过定制集成电路的复杂环节，极大地缩短了新品上市 时间、提高了设计和使用的灵活性随着城市建设的不断发展 1。当今世界，电梯控制系统主要分为三种控制方式：继电器控制系统早期 安装的电梯多位继电器控制系统 ）、FPGA/CPLD 控制系统和微机控制系统。 继电器控制系统由于故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大 等缺点，目前已逐渐被淘汰 2。微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功 能，但也存在抗干扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技 术等缺陷。而 FPGA/CPLD 控制系统由于运行可靠性高，使用
12、维修方便，抗 干扰性强,设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视等优点，已成为目前在 电梯控制系统中使用最多的控制方式，更新换代生产更新型的电梯，目前也 广泛用于传统继电器控制系统的技术改造。FPGA（Field ProgrammableGate Array ），即现场可编程门阵列，它是在 PAL、GAL、CPLD 等可编程器 件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（asic）领域中的一 种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器 件门电路数有限的缺点，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
13、要 方向，成为当前电梯控制和技术改造的热点之一 3。电梯作为高层建筑物的重要交通工具与人们的工作和生活日益紧密联 系。所以本次设计的电梯控制系统对于现实生活有很大的意义。1.2 发展现状1.2.1 国内发展现状目前，我国电子产品突飞猛进，这也使得我国国内的电梯产品在数量和 质量都有了显著的提高。国内的速度控制的运行方式和理想运行曲线基本上 和国外的差不多。考虑到经济性，现有国内的电梯控制系统，通常采用微机 或可编程逻辑控制器对变频器进行多段速控制在电梯传动系统方面，对于新 装客梯及旧梯改造项目，大多数采用了交流变压变频调速电梯。在电梯反馈 系统方面，采用闭环速度反馈，利用套在电机轴上的增量编码
14、器产生脉冲信 号反馈给控制系统。在井道信号采集方面，目前国内电梯一般都采用增量编 码器记数方式配合双稳态磁开关或光电开关来识别轿厢位置。 近年来，为保 证电梯最终质量，在建立全国性完整的电梯管理法规、落实检查机构、壮大 安装调试队伍、组建维修保养网络和提高相关人员技术素质等方面，正在进 行着一系列实质性的工作。我国电梯行业，正在走向法规化，加速步入世界 先进行列。有些生产企业开发了紧急供电装置、放火厅们、地震控制、自检 测以及语言合成等电梯新功能 ;对机械系统采用了新结构、新材料、新技术和 新工艺。总之，与国外先进技术水平相比，虽然还存在一定差距，但国内电 梯技术正以迅猛的发展速度赶超世界先进
15、水平。 中国电梯在亚洲市场占有越 来越重要的位置，每年销售量己达 1 万台左右，约占亚洲市场的 1/50，一些 合资企业在出口创汇方面也做出了贡献 4。1.2.2 国外发展现状在电梯控制系统方面，目前，国外除了以交流电梯取代直流电梯以外， 在低层楼房越来越多的使用液压电梯。此外，家用小型电梯将成为电梯家族 中新的组成部分。 国外发达国家的电梯正在推广 32 位微机控制系统。他们 都采用闭环反馈单微处理机控制系统或多微处理机协调控制系统。在电梯传 动系统方面，采用交流变压变频调速技术，实现电梯从超低速到高速无级调 速的高精度运行，具有节能、对电网污染小、乘坐舒适感佳等优点。很多厂 家在电梯反馈系统方面，采用了旋转编码器获得电梯轿厢位置信号，还有一 些厂家则采用绝对值编码器从电梯轿厢上反馈位置信号给系统，对曳引电机 进行以距离为原则的控制，以实现直接平层技术，以使得电梯的运行效果能 够做到最好。 世界上有名的几家电梯公司，诸如 :美国奥梯斯公司、瑞士讯 达公司、日本三菱和日立公司、芬兰科恩等，其电梯的产量已占世界市场的 51%5。1.3 FPGA1.3.1 FPGA 简介1.3.2 FPGA 引脚分配控制系统采用“ MAX+p
