基于VHDL语言的实用电梯控制器的设计

发布于:2021-09-17 04:53:24

程 俊等: 基于 V HDL 语言的实用电梯控制器的设计

基于 VHDL 语言的实用电梯控制器的设计
程 俊, 黎福海, 代 扬
( 湖南大学 电气与信息工程学院 湖南 长沙 410082)

摘 要: 介绍了基于 V HDL 语言设计的电梯控制器, 并进行了电路综合和仿真。该控制器遵循方向优先的原则, 提 供 16 个楼层多用户的载客服务并指示电梯的运行情况。 关键词: V HDL ; 控制器; EDA ; 电梯 中图分类号: T P 312     文献标识码: B      文章编号: 1004 373X ( 2004) 01 020 02

D es ign of L if t Con troller Ba sed on VHDL Language
CH EN G J un, L I Fuha i, DA I Yang
(Co llege of E lectrical and Info rm ation Engineering, H unan U n iversity, Changsha, 410082, Ch ina )

Abstract: T h is p ap er in troduces the design of the lift con tro ller ba sed on V HDL language and circu it syn thesis and si u la tion m w ere p erfo rm ed 1 Fo llow ing the p rincip le of direction p rio rity, the con tro ller can accom p lish ca rrying p a ssengers service of six teen sto ries and m u ltip le con sum ers, a t the sam e ti e, it indica tes the lift ′op era tion sta te 1 m s Keywords: V HDL ; con tro ller; EDA ; lift

V erilogHDL 等硬件描述语言对高层次的系统行为进

以是印刷电路板或专用集成电路。 V HDL ( V ery H igh Sp eed In teg ra ted C ircu it H a rdw a re D escrip t ion L anguage ) 即超高速集成电路

FPGA 器件。

  现代硬件设计运用 EDA ( E lect ron ic D esign A u 2 的设计方 tom a t ion ) 技术采用并行工程和“自顶向下” 法, 从系统设计入手, 在顶层进行层次划分和结构设 计, 在功能模块一级进行仿真、 纠错, 并用 V HDL , 行描述, 在系统一级进行验证, 最后用逻辑综合优化 工具生成门级逻辑电路的网表, 其对应的物理实现可 功能和接口。 本文采用 V HDL 语言来设计实用电梯控 经 X ilinx 公司的 Founda t ion 软件仿真, 目标器件选用 制器, 其代码具有良好的可读性和易理解性, 源程序
1 电梯控制器的功能

层。

( 3) 当电梯到达选择的楼层时, 电梯自动开门。 ( 4) 具有提前关电梯门和延时关电梯门的功能。

( 5) 响应分控制器的有效请求, 如果到达有请求

的楼层, 电梯自动开门。

分控制器的功能: ( 1) 显示电梯的运行状态和所在的楼层。
( 2) 显示乘客的上升和下降请求。

分控制器的有效请求原则: ( 1) 电梯处于等待状态时, 上升和下降请求都响
( 2) 电梯处于上升状态时, 有上升请求的分控制

硬件描述语言, 主要用于描述数字系统的行为、结构、

应。

器所在楼层数大于电梯所在的楼层数。 ( 3) 电梯处于下降状态时, 有下降请求的分控制 器所在楼层数小于电梯所在的楼层数。
2 控制器的设计

本电梯控制器分为主控制器和分控制器。 主控制 主控制器的功能: ( 1) 完成 16 个楼层多用户的载客服务控制。

控制器的功能模块如图 1 所示, 包括主控制器、 分

器是电梯内部的控制器, 每个楼层有一个分控制器。

控制器、 楼层选择器、 状态显示器、 译码器和楼层显 示器。 乘客在电梯中选择所要到达的楼层, 通过主控 制器的处理, 电梯开始运行, 状态显示器显示电梯的 运行状态, 电梯所在的楼层数通过译码器译码从而在 楼层显示器中显示。 分控制器把有效的请求传给主控 制器进行处理, 同时显示电梯的运行状态和电梯所在

( 2) 电梯运行时显示电梯的运行方向和所在的楼

收稿日期: 2003 11 10

20

《现代电子技术》 2004 年第 1 期总第 168 期 的楼层数。 由于分控制器相对简单很多, 所以主控制 器是核心部分。 状态信号为 “10” 。

工控新技术

图 1 电梯控制器原理框图

图 2 电梯主控制器的状态转换图

主控制器系统由 V HDL 语言实现, 其输入输出端 口定义如下:
lib ra ry   ieee; u se ieee 1 std _ logic_ 11641a ll; u se ieee 1 std _ logic_ un signed 1a ll; en tity   ladder16 is po rt (clk, sw itch , clo se, delay : in std _ logic; 时钟、 开关、 提前关门、 延时关门   dir: in std _ logic_ vecto r ( 3 dow n to 0) ; 所选的楼层   up lift, dow n lift: in std _ logic_ vecto r ( 16 dow n to 1) ; 分控制器上升, 下降请求   qou t: ou t std _ logic_ vecto r ( 4 dow n to 0) ; 所到达的楼层    lam p: ou t std _ logic_ vecto r ( 1 dow n to 0) ) ; 电梯运行状态 end ladder16;

时序电路及电梯运行时楼层变化和提前延时关门 功能: 根据 ladd 状态对所到达的楼层数信号 lift 做相 应的增减。电梯在 t im e 信号跳变到“110” 时关门, 此 时 设 置 使 能 信 号 let 为 “1 ” 当 t im e 信 号 跳 变 到 , “010”时, 如果电梯状态信号 ladd 为“11”而且使能 信号 let 有效时, 电梯层数指示器就增加, 如果电梯达 到了所选择的楼层, 则使能信号复位, 电梯门打开。 下 降原理类似。 当电梯处于上升状态时, 如果有上升请 求的分控制器所在的楼层数大于电梯所在的楼层数, 当电梯运行到相应的楼层数时, 电梯开门, 让有请求 的乘客进入电梯。 分控制器下降请求的原理类似。 如 果提前开门有效, 则等待时间缩短, 如果延时信号有 效, 则等待时间加长。
3 仿真结果

结构体分为 3 个进程, 分别完成寄存器的置位复

位、 电梯运行状态判断、 时序电路及电梯运行楼层变 化和响应提前延时请求。 程序中定义了以下几个信号: u rr ( 16 b 上升寄存器) , d rr ( 16 b 的下降寄存器) , u r

( 上升寄存器各位相或) , d r ( 下降寄存器各位相或) , let ( 判断状态的使能信号) , 输出端口 qou t, lam p 的

内部信号 lift, ladd, 时序内部信号 t im e。 楼层请求寄存器的复位和置位 如果乘客进入电 梯后所选的楼层大于所在的楼层, 而且电梯处于上升 或者是 ladd 为“01”的等待状态, 则给上升请求寄存 器 u rr 相应的位置位。 当电梯运行到所在的楼层, 在 “ 时给该位复位。 如果有多个请求则 u rr t im e 等于 110” 相应的位都置位。 下降请求寄存器 d rr 原理相似。 寄 存器 u rr 和 d rr 的各位相或后得到的 u r 和 d r 信号 作为状态变化的条件信号。 电梯运行状态的判断 分为 3 个状态: w a it t, upp er, dow n。 状态图如图 2 所示。

该控制器由 V HDL 语言实现, 在 Founda t ion 中 进行仿真, 仿真结果如图 3 所示。电梯在 1 楼 (d ir= ) “0000” 时处于等待状态, 有 2 个乘客进入电梯, 一 ) 个 到 2 楼 ( d ir = “0001 ”, 一 个 到 4 楼 ( d ir = ) “0011 ”, 则 u rr 的 第 2 位 和 第 4 位 置 位, u rr 为 “000A ” lam p 变成“11” 电梯转为上升状态。当电 , , 梯到达 2 楼时, u rr 的第 2 位复位变成“0008” 电梯 , 门自动打开, 后有提前关门的请求, 电梯关门开始运 行。电梯到达 4 楼后 u rr 第 4 位复位为“0000” 电梯 , 开门让乘客出去。 从图 3可见实现了电梯控制器的设 计。

当电梯开关 sw itch 为“0”时, 为等待状态, 状

态指示信号 ladd 为“00” sw itch 为“1”时, t im e , 为“101”而且使能信号 let 有效时, 进行状态确定。 没有上升下降请求时也为等待状态, 状态信号 ladd 为 “01” 上升状态时状态信号 ladd 为“11” 下降状态时 ; ;

图 3 电梯控制器的仿真波形  

( 下转第 24 页)  

21

刘文汉等: “J PJ

”型激光*面度仪随动系统设计原理 动跟踪控制电路等 2 部分分离, 后部分放置在控制箱 中, 两者需要用导线连接, 传感器输出是微小缓变电 压信号, 易受外界信号干扰而发生误动作, 电机驱动 的信号是大电流方波信号, 易产生干扰信号, 所以两 者都必须进行屏蔽处理。 由于电机驱动的信号频率低 于 1 kH z, 所以两者分别用屏蔽双绞线*衡传输连接, 但前者屏蔽体接控制电路的“地” 后者屏蔽体接驱动 , 信号产生电路的“地” 两者“地” , 在电源处接于一点。 避免在大电流经过 “地”时通过 “地”的公共阻抗产 生的电压差将共模干扰信号转变成串模干扰信号, 而 影响输入电路的正常工作。 印制电路板设计关键是信号处理和电机驱动信号 产生电路在空间上分离, 前者电路进行电磁屏蔽, 以 保证其不受外界干扰, 前者电源应进行两级稳压, 地 线应尽量粗, 以减小地线公共阻抗。 集成电路电源输 入端要加 0101 ΛF 陶瓷电容滤波, 同时电容腿要尽量 短, 尽量靠*集成电路输入端。
3 结 语

是 一个定值, 所以在电路上只要将信号放大 (V A + V B ) 倍即可。实际电路由求和求差以及除法电路和放 大电路完成, 电路框图如图 2 所示。 212 温度漂移引起的测量误差及措施    ( 上接第 21 页)
4 结 语 24

电压低、漂移小、共模抑制比大的器件, 如 AD 508L , F 508, F 030 等。如 F 030D 温漂为 01015 Λ ℃, 共模 V 抑制比 CM RR ≥120 dB。 电阻选用 RJJ 型精密金属膜电阻, 精度 011% , 不 能用 RJ 普通金属膜电阻代替, 两者材料温度系数不 同, 稳定性能远不如前者。电位器选用 RX 11 6 型多 圈线绕电位器, 电容器选用聚丙烯 CBB 电容。三极管 采用低漂移、 低失真管子。 以上元器件要经过老化处 理, 再逐一筛选。 21212 优化电路结构

根据电感测微仪和机械传动系统计算得知当光电 池传感器输出电压差 ?V = 1 mV 时, 相当于电感测微 仪显示值与被测点实际高度差 2 Λ , 此时就要求驱动 m 系统动作使之达到*衡状态。 所以光电池传感器输入 是微弱缓变电信号。 此信号非常容易被干扰, 而使系 统工作不稳定。 因此对控制电路抗干扰性要求较高, 要 求合理设计印制板, 以减小相互干扰。 21211 对元器件严格筛选 元器件质量直接影响测量结果, 必须严格选择和 筛选。 运放选择除考虑总电压增益外, 主要选择失调 为了减小温漂影响, 电路输入级采用数据放大器 电路 ( 测量放大电路) , 该电路增益高, 输入阻抗大和 高共模抑制比的直接耦合放大器, 一般具有差动输入, 单端输出形式。 此电路已模块化, 主要参数: 增益范 围 1~ 1 000, 增益非线性± 0102% , 失调电压漂移 ±015 Λ ℃, 输入阻抗 300 M 8。 V 21213 印制板设计和抗干扰问题 由于体积限制, 随动系统运动部分和信号处理自 用 V HDL 硬件描述语言的形式来进行数字系统 的设计方便灵活, 利用 EDA 软件进行编译优化仿真 极大地减少了电路设计时间和可能发生的错误, 降低 了开发成本, 这种设计方法必将在未来的数字系统设

作者简介 程 俊 女, 湖南大学电气与信息工程学院在读硕士研究生。 电路与系统专业。

通过以上设计调试和改进并通过较长时间的反复 测试, 再经过电路预热后可以达到在 10 15 m in 完成 ~ 2 1 ×115 m 大*面的测试。 测试精度≤5 Λ 。 m 可根据要 求打印出各项指标参数和曲线图, 且重复一次性好。 除 用于*面测量外, 还可以用于自动跟踪高精度加工和 其他光电精密跟踪瞄准系统中。 参 考 文 献 计中发挥越来越重要的作用。
[ 1 ]  蔡伯荣 1 激光器件 [M ] 1 长沙: 湖南科技出版

社, 19981 [ 2 ]  周铜山 1 模拟集成电路及应用 [M ] 1 北京: 科 学技术文献出版社, 19911 [ 3 ]  康华光 1 电子技术基础模拟部分 [M ] 1 武汉:
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[ 1 ]  徐志军, 徐光辉 1CPLD FPGA 的开发和应用

清华大学出版社, 20011

华中工学院出版社, 19941

参 考 文 献

[M ] 1 北京: 电子工业出版社, 20021


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