項目設(shè)計三層電梯控制系統(tǒng)

1、三層電梯控制系統(tǒng)一、 設(shè)計功能與要求電梯控制系統(tǒng)是的設(shè)計目標(biāo)是按照使用者的要求控制電梯的運行。要求用VHDL設(shè)計出三層電梯的控制系統(tǒng)，基本功能要求如下：1、 每層電梯入口處設(shè)有上、下請求開關(guān)，使用者可以根據(jù)自身的上下樓需要按下相應(yīng)按鍵；電梯內(nèi)部設(shè)有到達樓層按鈕，使用者可以選擇到達樓層。2、 設(shè)有電梯運行模式（上、下）標(biāo)識和當(dāng)前所在樓層標(biāo)識。3、 電梯運行模式等同于普通電梯運行模式，電梯一般按照提出請求的先后順序進行響應(yīng)。程序根據(jù)電梯當(dāng)前位置和使用者所在樓層以及進入電梯后的要求控制運行狀態(tài)。4、 電梯初始模式為一層關(guān)門狀態(tài)。二、 設(shè)計思路本系統(tǒng)的主要輸入有電梯外上下控制按鈕Button（其中Bu

2、tton(0)表示一樓電梯外上升請求，Button(1)表示二樓電梯外上升請求， Button(2)表示二樓電梯外下降請求， Button(3)表示三樓電梯外下降請求）；電梯內(nèi)到達樓層控制按鈕floor（其中floor(0)表示請求到達一層， floor(1)表示請求到達二層， floor(2)表示請求到達三層）。系統(tǒng)的輸出包括電梯位置標(biāo)識position，表示電梯當(dāng)前所在樓層；電梯開門關(guān)門顯示按鈕door（當(dāng)door=1時表示開門，door=0表示關(guān)門）；電梯當(dāng)前運行狀態(tài)按鈕up_down（當(dāng)up_down=1時表示電梯處于上升狀態(tài)，當(dāng)up_down=0時表示電梯處于下降狀態(tài)）。系統(tǒng)主要通過

3、當(dāng)前所在樓層以及運行狀態(tài)、后續(xù)請求判斷運行方式。電梯處在第一層時，當(dāng)它收到二層電梯外上下樓請求、三層電梯外下樓請求、一層電梯內(nèi)到達二層和三層請求時，電梯會按照指令上升到相應(yīng)樓層并開門、關(guān)門；若收到一層電梯外上樓請求只做開門響應(yīng)，隨后根據(jù)使用者進入電梯后請求進行響應(yīng)；其他請求不響應(yīng)。當(dāng)電梯處在第二層時，若系統(tǒng)收到二層電梯外上下樓請求只做開門響應(yīng)；若收到三層電梯外下樓或二層電梯內(nèi)到達三層請求，則做上樓響應(yīng)、開門；若收到一層電梯外上樓或二層電梯內(nèi)到達一層請求，則做下樓樓響應(yīng)并開門；其他請求不響應(yīng)。當(dāng)電梯處在第三層時，若它收到二層電梯外上下樓請求、一層電梯外上樓請求、電梯內(nèi)到達二層和一層請求時，電梯會

4、按照指令下降到相應(yīng)樓層并開門、關(guān)門；若收到三層電梯外下樓請求只做開門響應(yīng)，隨后根據(jù)使用者進入電梯后請求進行響應(yīng)；其他請求不響應(yīng)。若電梯正處在上升狀態(tài)中收到外部請求，則只響應(yīng)比當(dāng)前所在樓層高的樓層的請求，到達需要到達最高樓層時再響應(yīng)低層請求。若電梯正處在下降狀態(tài)中收到外部請求，則只響應(yīng)比當(dāng)前所在樓層低的樓層的請求，到達需要到達最低樓層時再響應(yīng)高層請求。三、 狀態(tài)原理圖說明本系統(tǒng)的狀態(tài)比較復(fù)雜，狀態(tài)中嵌套狀態(tài)。圖3.1為系統(tǒng)狀態(tài)原理說明圖，其中b0、b1、 b2、 b3 分別表示Button(0) 、Button(1)、 Button(2)、 Button(3)；f0、f1、f2分別表示 floo

5、r(0)、 floor(1)、 floor(2)；S0表示一層上狀態(tài)、S1U和S1D分別表示二層上和下狀態(tài)、S2表示三層下狀態(tài)。圖3.1 狀態(tài)原理圖本狀態(tài)圖主要說明系統(tǒng)運行當(dāng)前狀態(tài)與下一個狀態(tài)的關(guān)系，考慮了從當(dāng)前狀態(tài)到下一狀態(tài)的所有觸發(fā)因素，較為復(fù)雜。四、 源程序以及注釋LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.all;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.all;ENTITY elevator15 ISPORT(CLK: IN STD_LOGIC;reset: IN STD_LOGIC; Button : IN STD_LOGIC_VECTO

6、R(3 DOWNTO 0); -button(0)為一層外上升請求，button(1)為二層外上升請求， -button(2)為二樓外下降請求，Button(3)為三層外下降請求； floor : IN STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0); -floor(0)為電梯內(nèi)一層請求按鈕， floor(1)為電梯內(nèi)二層請求按鈕， -floor(2)為電梯內(nèi)三層請求按鈕； position: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);-position表示電梯當(dāng)前位置信息; door : OUT STD_LOGIC; - '1'為開門，

7、9;0'為關(guān)門； up_down : OUT STD_LOGIC - '1'為上樓，'0'為下樓； );END elevator15;ARCHITECTURE Behav OF elevator15 ISTYPE State IS (S0,S1U,S1D,S2); -S1U為二樓上狀態(tài)，S1D為二樓下狀態(tài)； SIGNAL current_state : State; -中間變量：當(dāng)前狀態(tài) SIGNAL next_state : State; -中間變量：下一狀態(tài) SIGNAL up : STD_LOGIC; -中間變量：上升下降狀態(tài) SIGNAL dor

8、 : STD_LOGIC; -中間變量：開門關(guān)門狀態(tài)BEGINP1:PROCESS(CLK) -狀態(tài)轉(zhuǎn)換進程；BEGIN IF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN -檢測時鐘上升沿current_state <= next_state; END IF;END PROCESS; P2:PROCESS(reset,clk,current_state,up,button,floor) VARIABLE button_var: STD_LOGIC_VECTOR( 3 DOWNTO 0); VARIABLE floor_var : STD_LOGIC_VE

9、CTOR( 2 DOWNTO 0); VARIABLE cat : STD_LOGIC; VARIABLE ca_time : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGIN IF reset = '1' THEN -復(fù)位處理，初始狀態(tài)為一層 next_state <= S0; position <= "0001" cat:='0' ca_time:="0000" up<='Z' dor<='0' button_var( 3 DOWNTO 0):

10、="0000" floor_var(2 DOWNTO 0):="000" ELSIF clk'event and clk='1' THEN -若無復(fù)位信號，則將外部按鈕信號存儲到7個變量之中； IF button(0) ='1' THEN button_var(0):='1' ELSE NULL; END IF; IF button(1) ='1' THEN button_var(1):='1' ELSE NULL; END IF; IF button(2) =

11、9;1' THEN button_var(2):='1' ELSE NULL; END IF; IF button(3) ='1' THEN button_var(3):='1' ELSE NULL; END IF; IF floor(0)='1' THEN floor_var(0):='1' ELSE NULL; END IF; IF floor(1)='1' THEN floor_var(1):='1' ELSE NULL; END IF; IF floor(2)=

12、9;1' THEN floor_var(2):='1' ELSE NULL; END IF; IF cat='0' THEN ca_time:=ca_time+1; END IF; -開門，關(guān)門計時； CASE current_state IS WHEN S0 => -一樓狀態(tài)處理; position <= "0001" cat:='0'IF (button_var(0) or floor_var(0)='1' THENCASE ca_time IS WHEN "0011"

13、; => dor<='1' WHEN "1101" => dor<='0' button_var(0):='0' floor_var(0):='0' IF (floor_var(1) or floor_var(2)='1' THEN next_state<=S1U; ca_time:="0000" up<='1' ELSE next_state<=S0; ca_time:="0000" END IF

14、; WHEN others => NULL; END CASE; ELSIF (button_var(1) OR button_var(2) or button_var(3) or floor_var(2) or floor_var(1)='1' THENnext_state <= S1U; ca_time:="0000"up <= '1'ELSE next_state <= S0; ca_time:="0000"END IF; WHEN S1U => -二樓上狀態(tài)處理；position &l

15、t;= "0010" cat:='0' IF floor_var(1)='1' THEN -二樓內(nèi)上升請求； CASE ca_time IS WHEN "0011" => dor<='1' WHEN"1101"=> dor<='0' floor_var(1):='0' IF (button_var(1) or button_var(3) or floor_var(2)='1' THEN next_state<=

16、S2; ca_time:="0000" button_var(1):='0' ELSIF ( button_var(0) or button_var(2) or floor_var(0)='1' THEN next_state<=s0; ca_time:="0000" button_var(2):='0' ELSE next_state<=S1U; ca_time:="0000" END IF; WHEN others => NULL; END CASE; ELSE I

17、F button_var(1)='1' THEN -二樓外上升請求； CASE ca_time IS WHEN "0011" => dor<='1' WHEN "1101" => dor<='0' button_var(1):='0' IF (floor_var(2) or button_var(3)='1' THEN next_state<=S2; ca_time:="0000" ELSIF ( button_var(0)

18、or floor_var(0) or button_var(2)='1' THEN next_state<=s0; ca_time:="0000" up<='0' ELSE next_state<=S1U; button_var(1):='0' END IF; WHEN others => NULL; END CASE; ELSE IF (button_var(3) or floor_var(2)='1' THEN -二樓無上樓，開門請求，但三層有下樓或開門請求； next_state&

19、lt;=S2; ca_time:="0000" ELSIF button_var(2)='1' THEN -二樓無上樓，開門請求，三層也無下樓或開門請求，此-時二樓有下樓請求； CASE ca_time IS WHEN "0011" => dor<='1' WHEN "1101" => dor<='0' button_var(2):='0' IF(floor_var(0) or button_var(0)='1' THEN next

20、_state<=s0; ca_time:="0000" up<='0' ELSE next_state<=S1U; ca_time:="0000" END IF; WHEN others => NULL; END CASE; ELSIF (button_var(0) or floor_var(0)='1' THEN -電梯處于二樓上狀態(tài)，僅有一樓信號要處理 next_state<=s0; ca_time:="0000" up<='0' ELSE nex

21、t_state<=S1U; -無任何信號，保持當(dāng)前狀態(tài)不變； ca_time:="0000" END IF; END IF; END IF; WHEN S1D => - up='0' 時的情況； position <= "0010" cat:='0' IF floor_var(1)='1' THEN CASE ca_time IS WHEN "0011" => dor<='1' WHEN "1101" => dor&

22、lt;='0' floor_var(1):='0' IF (button_var(2) or button_var(0) or floor_var(0)='1' THEN next_state<=s0; ca_time:="0000" button_var(2):='0' ELSIF ( button_var(1) or button_var(3) or floor_var(2)='1' THEN next_state<=S2; ca_time:="0000" b

23、utton_var(1):='0' ELSE next_state<=S1D; ca_time:="0000" END IF; WHEN others => NULL; END CASE; ELSE IF button_var(2)='1' THEN CASE ca_time IS WHEN "0011" => dor<='1' WHEN "1101" => dor<='0' button_var(2):='0' IF

24、(floor_var(0) or button_var(0)='1' THEN next_state<=s0; ca_time:="0000" ELSIF ( button_var(1) or floor_var(2) or button_var(3)='1' THEN next_state<=S2; ca_time:="0000" up<='1' ELSE next_state<=S1D; ca_time:="0000" END IF; WHEN others

25、=> NULL; END CASE; ELSE IF (button_var(0) or floor_var(0)='1' THEN next_state<=s0; ca_time:="0000" ELSIF button_var(1)='1' THEN CASE ca_time IS WHEN "0011" => dor<='1' WHEN "1101" => dor<='0' button_var(1):='0' I

26、F(floor_var(2) or button_var(3)='1' THEN next_state<=S2; ca_time:="0000" up<='1' ELSE next_state<=S1D; ca_time:="0000" END IF; WHEN others => NULL; END CASE; ELSIF (button_var(3) or floor_var(2)='1' THEN next_state<=S2; ca_time:="0000&q

27、uot; up<='1' ELSE next_state<=S1D; ca_time:="0000" END IF; END IF; END IF;WHEN S2 => -電梯三樓狀態(tài)處理；position <= "0011" cat:='0'IF (button_var(3) or floor_var(2)='1' THEN CASE ca_time IS WHEN "0011" => dor<='1' WHEN "1101

28、" => dor<='0' button_var(3):='0' floor_var(2):='0' IF (floor_var(0) or floor_var(1)='1' THEN next_state<=S1D; ca_time:="0000" up<='0' ELSE next_state<=S2; ca_time:="0000" END IF; WHEN others => NULL; END CASE; ELSIF (

29、button_var(0) OR button_var(1) OR button_var(2) or floor_var(0) or floor_var(1)='1' THEN next_state <=S1D; ca_time:="0000" up <= '0'ELSE next_state <=S2; ca_time:="0000" END IF; END CASE; END IF; END PROCESS;P3:PROCESS(up,dor) -電梯上下，開關(guān)門顯示； BEGIN up_down&l

30、t;=up; door<=dor; END PROCESS;END Behav;五、 仿真結(jié)果與說明圖 5.1圖5.1是基本基本功能仿真，使用者在一層電梯外按下上升（Button(0)=1）按鈕，隨后開門（door=1）。使用者進入后按下到達三樓請求（floor(2)=1），電梯關(guān)門（door=0）并上升（up_down=1）最后到達三層（position=3）并開門（door=1）。圖 5.2圖5.3圖5.2是基本記憶功能仿真，電梯處于初始一層關(guān)門狀態(tài)。三層外使用者按下三層下按鈕（floor(3)=1）電梯上升到三樓開門。然而在上升到二樓時一層外有人按下上樓按鈕。此時電梯先完成上升到三

31、層，然后再下降回到一層響應(yīng)一層外請求。圖5.3表明在電梯上升過程中可以接收較高樓層的要求。開始時有人按下一層外上升（Button(0)=1）按鈕，電梯開門使用者進入并按下到達三層（floor(2)=1）請求，此時電梯關(guān)門并上升。在電梯上升但未到達二層時，二層外有人按下上樓（Button(1)=1）請求，因此當(dāng)電梯到達二層（position=2）后停止并開門，待二層使用者進入后再完成第一個使用者的請求到達三層。圖 5.4圖5.4仿真了系統(tǒng)對同一樓層兩個不同到達樓層的響應(yīng)。有兩人先后按下二層上按鈕（Button(1)=1），此時電梯從一層上升至二層并開門。待兩人進入后按照先后順序按下到達三層（floor(2)=1）和到達一層（floor(0)=1）按鈕，此時電梯也按照