基于VHDL三層電梯控制器的設(shè)計(jì)

0 引言
電梯控制器是控制電梯按顧客要求自動(dòng)上下的裝置。本文采用VHDL語(yǔ)言來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)用三層電梯控制器，其代碼具有良好的可讀性和易理解性，源程序經(jīng)A1tera公司的MAX+plus II軟件仿真，目標(biāo)器件選用CPLD器件。通過(guò)對(duì)三層電梯控制器的設(shè)計(jì)，可以發(fā)現(xiàn)本設(shè)計(jì)有一定的擴(kuò)展性，而且可以作為更多層電梯控制器實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。

1 三層電梯控制器將實(shí)現(xiàn)的功能
(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)有顧客到達(dá)層次的停站請(qǐng)求開(kāi)關(guān)。
(2)設(shè)有電梯入口處位置指示裝置及電梯運(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)有停站請(qǐng)求的樓層，經(jīng)過(guò)1秒電梯門打開(kāi)，開(kāi)門指示燈亮，開(kāi)門4秒后，電梯門關(guān)閉(開(kāi)門指示燈滅)，電梯繼續(xù)進(jìn)行，直至執(zhí)行完最后一個(gè)請(qǐng)求信號(hào)后停留在當(dāng)前層。
(5)能記憶電梯內(nèi)外所有請(qǐng)求，并按照電梯運(yùn)行規(guī)則按順序響應(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)則一當(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)，由下而上逐個(gè)執(zhí)行，直到最后一個(gè)上樓請(qǐng)求執(zhí)行完畢；如果高層有下樓請(qǐng)求，則直接升到由下樓請(qǐng)求的最高層，然后進(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)門狀態(tài)。

2 設(shè)計(jì)方案和論證
2．1 控制器的設(shè)計(jì)方案
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，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)和電梯所在樓層數(shù)。由于分控制器相對(duì)簡(jiǎn)單很多，所以主控制器是核心部分。

2．2 三層電梯控制器的設(shè)計(jì)思路
電梯控制器采用狀態(tài)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，思路比較清晰。可以將電梯等待的每秒鐘以及開(kāi)門、關(guān)門都看成一個(gè)獨(dú)立的狀態(tài)。由于電梯又是每秒上升或下降一層，所以就可以通過(guò)一個(gè)統(tǒng)一的1秒為周期的時(shí)鐘來(lái)觸發(fā)狀態(tài)機(jī)。根據(jù)電梯的實(shí)際工作情況，可以把狀態(tài)機(jī)設(shè)置10個(gè)狀態(tài)，分別是“電梯停留在第1層”、“開(kāi)門”、“關(guān)門”、“開(kāi)門等待第1秒”、“開(kāi)門等待第2秒”、“開(kāi)門等待第3秒”、“開(kāi)門等待第4秒”、“上升”、“下降”和“停止?fàn)顟B(tài)”。各個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換條件可由上面的設(shè)計(jì)要求所決定。

3 三層電梯控制器的綜合設(shè)計(jì)
3．1 三層電梯控制器的實(shí)體設(shè)計(jì)
首先考慮輸入端口，一個(gè)異步復(fù)位端口reset，用于在系統(tǒng)不正常時(shí)回到初始狀態(tài)；在電梯外部，必須有升降請(qǐng)求端口，一層是最低層，不需要有下降請(qǐng)求，三層是最高層，不需要有上升請(qǐng)求，二層則上升、下降請(qǐng)求端口都有；在電梯的內(nèi)部，應(yīng)該設(shè)有各層停留的請(qǐng)求端口：一個(gè)電梯時(shí)鐘輸入端口，該輸入時(shí)鐘以1秒為周期，用于驅(qū)動(dòng)電梯的升降及開(kāi)門關(guān)門等動(dòng)作；另有一個(gè)按鍵時(shí)鐘輸入端口，時(shí)鐘頻率比電梯時(shí)鐘高。
其次是輸出端口，有升降請(qǐng)求信號(hào)以后，就得有一個(gè)輸出端口來(lái)指示請(qǐng)求是否被響應(yīng)，有請(qǐng)求信號(hào)以后，該輸出端口輸出邏輯‘l’。被響應(yīng)以后則恢復(fù)邏輯‘O’；同樣，在電梯內(nèi)部也應(yīng)該有這樣的輸出端口來(lái)顯示各層停留是否被響應(yīng)；在電梯外部，需要一個(gè)端口來(lái)指示電梯現(xiàn)在所處的位置；電梯開(kāi)門關(guān)門的狀態(tài)也能用一個(gè)輸出端口來(lái)指示；為了觀察電梯的運(yùn)行是否正確，可以設(shè)置一個(gè)輸出端口來(lái)指示電梯的升降狀態(tài)。