基于VHDL的电梯控制系统设计

VHDL数字系统设计与测试实验报告基于VHDL的电梯控制系统设计一、设计背景及说明随着高层建筑的不断涌现，对电梯的需求也与日俱增，电梯已经成为我们日常生活中不可缺少的部分，稳定可靠性高的电梯系统成为了电梯领域的新需求。

现在基于VHDL硬件描述语言，用FPGA为控制芯片控制完成一个简单的6层楼的电梯控制系统设计。

我们常见的电梯控制系统功能都包括：上升请求、下降请求、电梯门控、楼层显示灯、电梯运动方向显示、超载、报警、电梯内请求信号等。

根据这些常用的信号设计一个电梯系统，实现所要求的功能。

控制方式的选择：1）内部请求优先控制方式内部请求控制方式类似于出租车的工作方式，先将车上的人送至目地，再去载客。

作为通用型电梯应该服务于大多数人，必须考虑电梯对内外请求的响应。

在内部请求优先控制方式中，当电梯外部人的请求和电梯内部人的请求冲突时，外部人的请求信号可能被长时间忽略，因为它不能作为通用型电梯的设计方案。

2）单层层停控制方案单层层停控制方式等同于火车运行方式，遇到站即停止、开门。

这种方案保证所有的人的请求都能得到响应。

然而这样对电梯的效率产生了消极的影响：不必要的等待消耗了大量时间，而且电梯的运作与用户的请求无关，当无请求时电梯也照常跑空车，浪费了大量的电能。

对于用户而言这种控制方式的请求响应时间也不是很快，因而也不是理想的电梯控制设计方案。

3）方向优先控制式方式方案方向优先控制是指电梯运行到某一层楼时，先考虑这一层楼是否有请求：有则停止；无则继续上升或者下降。

停止后再启动时，考虑上方或者下方是否有请求，有则继续前进，无则停止。

检测后方是否有请求，有请求则转向运行，无请求则维持停止状态。

这种运作方式下，电梯对用户的请求相应率为100%，而且响应的时间较短。

方向优先控制方式的效率远远大于单向层层停等控制方式的效率。

而且，方向控制方式下，电梯在维持停止状态的时候可以进入省电模式，又能节省大量的电能。

在本设计中采用方向优先控制方式。

VHDL项目设计“三层电梯控制系统”三层电梯控制系统是一种常见的嵌入式系统，用于控制电梯的运行和停止。

它由三层楼、一台电梯和一组控制器组成，通过控制器对电梯的动作进行控制。

本文将介绍一个基于VHDL的三层电梯控制系统的设计。

首先，我们需要定义系统的输入和输出。

对于一个三层电梯控制系统，输入可以包括三个楼层传感器的信号、电梯内部的按钮信号以及电梯的当前位置。

输出可以包括电梯的运行方向、电梯门的开关状态以及电梯运行的目标楼层。

接下来，我们需要设计电梯运行的逻辑。

电梯可以向上或向下运行，它可以根据当前位置和目标楼层来确定下一步的动作。

例如，如果当前位置在一楼，目标楼层在三楼，电梯应该向上运行。

如果当前位置在三楼，目标楼层在一楼，电梯应该向下运行。

我们可以使用状态机的方法来实现这种逻辑。

在控制器的设计中，我们可以使用三个传感器来检测电梯的位置。

当电梯到达一些楼层时，传感器会发出一个信号，控制器会根据这个信号来更新电梯的当前位置。

控制器还需要检测电梯内部按钮的信号，并根据按钮的输入来确定电梯的目标楼层。

例如，如果电梯内部的按钮被按下，控制器会将目标楼层设置为当前所在楼层。

如果一些楼层的按钮被按下，控制器会将目标楼层设置为该楼层。

最后，我们需要定义电梯门的开关逻辑。

当电梯到达目标楼层时，它的门应该打开，当电梯离开目标楼层时，它的门应该关闭。

可以使用一个门状态变量来跟踪电梯门的状态，并根据电梯的位置和目标楼层来更新该变量。

通过以上的设计，我们可以实现一个基于VHDL的三层电梯控制系统。

这个系统可以根据输入信号来确定电梯的动作，包括电梯的运行方向，电梯门的开关状态以及电梯运行的目标楼层。

这个系统可以实时更新电梯的状态，以实现精确的电梯控制。

综上所述，VHDL项目设计的“三层电梯控制系统”是一个基于嵌入式系统的设计，通过控制器对电梯的运行和停止进行控制。

这个系统的设计包括电梯运行逻辑、控制器的设计以及电梯门的开关逻辑。

基于VHDL实现单厢电梯控制姓名：班级：学号：指导老师：实验地点：一、设计标题基于VHDL实现单厢电梯控制二、设计需求1、基于VHDL语言，实现三层电梯的逻辑控制；2、每层电梯的入口设有上下请求开关，电梯内部设有到达楼层的停止请求开关；3、设有电梯所在楼层的指示装置及电梯运行模式（上升、下降）指示装置；4、电梯每个CLK升降一层；5、电梯到达停止请求的楼层后，开门，开门指示灯亮，开门8个CLK后，电梯门关闭，电梯继续运行，直至执行完所有停止请求后停在当前楼层；6、能记忆电梯内外所有请求信号，并按照电梯运行规则依次响应，每个请求信号保留至执行后消除；7、电梯运行规则：当电梯处在上升模式时，只响应比电梯所在楼层高的上楼信号，由下至上依次执行，直至最后一个上楼请求执行完毕。

如更高层有下楼请求时，则直接升到有下降请求的最高层接客，然后电梯处于下降模式。

但电梯处于下降模式时，则与上升模式相反。

三、电梯控制策略流程图图3-1 电梯控制策略流程图流程说明：1、系统初始化后，电梯在当前楼层等待请求信号；2、若没有请求产生，电梯就一直在当前楼层等待，数码管显示当前楼层的数字，电梯显示状态为等待停止状态，门显示关门状态。

3、当有请求信号产生时，先判断请求是否在当前楼层，若在当前楼层，则电梯停止，开门；若请求在当前楼层上面，则电梯上升到请求楼层，停止，开门；若请求在当前楼层下面，则电梯下降到请求楼层，停止，开门。

同时当前楼层的请求信号清零。

4、开门后，有一段延迟时间，在延迟时间里，电梯显示停止状态，门是打开状态，时间到则关门。

（图中没有显示延迟时间的计算：若CLOSE和DUAN没有信号，则延迟8个CLK，若CLOSE有信号，只延迟2个CLK；若DUAN有信号，则延迟12个CLK。

）5、关门后，继续判断是否运行，若没有请求信号，则停止运行；若还有请求信号，则回到初始状态，继续判断运行。

四、设计思路电梯控制设计用状态机进程来控制电路当前楼层。

电梯控制系统VHDL课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解电梯控制系统的基本原理，掌握VHDL语言在电梯控制系统中的应用；2. 学生能运用VHDL语言编写简单的电梯控制程序，实现电梯的基本功能，如楼层召唤、楼层到达等；3. 学生了解电梯控制系统的模块化设计，掌握模块之间的通信与协同工作原理。

技能目标：1. 学生能够运用所学知识，设计并实现一个简单的电梯控制系统；2. 学生通过课程学习，培养解决实际问题的能力，提高逻辑思维和编程技能；3. 学生能够利用仿真工具对电梯控制系统进行测试与优化。

情感态度价值观目标：1. 学生培养对电子工程领域的兴趣，激发创新精神，提高自主学习能力；2. 学生通过课程学习，认识到团队合作的重要性，培养团队协作精神；3. 学生能够关注电梯控制系统在现实生活中的应用，理解技术发展对社会进步的推动作用。

课程性质：本课程为电子工程专业高年级的实践课程，旨在通过电梯控制系统的设计，帮助学生巩固VHDL语言知识，提高实际工程应用能力。

学生特点：学生具备一定的电子工程基础和VHDL编程经验，具有较强的学习能力和动手能力。

教学要求：教师需引导学生将理论知识与实际应用相结合，注重培养学生的实践能力和团队合作精神，提高学生的综合素质。

通过课程目标的分解与实现，使学生在实践中掌握电梯控制系统的设计方法。

二、教学内容1. 电梯控制系统原理回顾：讲解电梯控制系统的基本组成、工作原理及功能模块划分，对应教材第3章；2. VHDL语言基础：复习VHDL的基本语法、数据类型、信号与变量等概念，对应教材第2章；3. 电梯控制系统模块设计：分析电梯控制系统的各个功能模块，如楼层召唤、楼层显示、电梯运行控制等，对应教材第4章；- 楼层召唤模块：设计并实现楼层召唤信号的检测与处理；- 楼层显示模块：设计并实现楼层显示功能；- 电梯运行控制模块：设计并实现电梯运行方向与速度的控制；4. VHDL代码编写与仿真：根据设计要求，运用VHDL语言编写各模块程序，利用仿真工具进行测试与验证，对应教材第5章；5. 电梯控制系统整体设计与实现：将各个模块整合，完成电梯控制系统的整体设计，进行系统级仿真与优化，对应教材第6章；6. 课程项目实践：学生分组进行电梯控制系统的设计、编程、仿真及测试，培养团队协作能力和实际工程应用能力。

TAIYUAN UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY毕业设计（论文）题目：基于VHDL六层电梯控制系统目录摘要 (IV)ABSTRACT (V)第1章绪论............................................................ - 1 -第2章总体方案设计.................................................... - 3 -2.1 设计要求.......................................................... - 3 -2.2 电梯控制器的总体设计方案.......................................... - 3 -2.3 电梯上下层运行流程图.............................................. - 4 -2.4 电梯运行控制流程图................................................ - 5 -2.5 六层电梯控制器的设计思路.......................................... - 6 -第3章总体设计电路图.................................................. - 9 -3.1 顶层电路原理图.................................................... - 9 -3.2 六层电梯控制器的实体设计.......................................... - 9 -3.3 六层电梯控制器的结构体设计....................................... - 10 -3.4 六层电梯控制器VHDL设计.......................................... - 11 -3.5 选择器件......................................................... - 11 -3.6 功能模块......................................................... - 12 -3.6.1 电梯主控制模块............................................... - 12 -3.6.2 分频器模块................................................... - 14 -3.6.3 译码器模块................................................... - 14 -3.6.4 数据选择器模块............................................... - 14 -第4章六层电梯模块仿真............................................... - 17 -4.1 电梯控制器控制仿真分析........................................... - 17 -4.2 译码器仿真分析................................................... - 21 -4.3 数据选择器仿真分析............................................... - 22 -4.4 分频器模块仿真分析............................................... - 23 -4.5 顶层电路仿真分析................................................. - 23 -第5章设计的扩展性................................................... - 27 -参考文献............................................................... - 29 -致谢................................................................... - 31 -附录................................................................... - 33 -基于VHDL的六层电梯控制器的设计摘要电梯作为垂直方向的交通工具，在高层建筑和公共场所已成为不可或缺的设备。

摘要电梯作为垂直方向的交通工具，在高层建筑和公共场所已成为不可或缺的设备。

中国是全球最大的电梯市场，也具有最强的电梯生产能力，但由于缺乏自主知识产权和核心技术，自主品牌占市场的份额很少。

随着社会需求的变化，电梯朝着节能、环保及智能化方向发展。

EDA技术打破了软件和硬件间的壁垒，是计算机的软件技术与硬件实现、设计效率与产品能合二为一，它代表了电子技术和应用技术的发展方向。

VHDL主要用于描述数字系统的接口，结构和功能，它的语法简单易懂，移植性好。

本设计采用VHDL，源程序Altera公司的Quartus II软件仿真。

运用有限状态机的设计方法，设计了两个进程相互配合，状态机进程作为主要进程，信号灯控制进程作为辅助进程。

在主进程中定义了7个状态，分别是“stopon1”“dooropen”“doorclose”“doorwait4”“up”“down”和“stop”,在电梯时钟的触发下，通过当前状态和信号灯信号判定下一状态。

信号灯控制进程中，信号灯存储按键请求情况，它的熄灭是由状态机进程中传出的信号来控制。

关键字：电梯控制器；VHDL；状态机；CPLDABSTRACTElevator has become an indispensable device as a vertical transport in high-rise buildings and public places. China is the world’s largest elevator market ,and also has the highest lift capacity. But the lack of independent intellectual property rights and core technologies, the market share of own brands account for very little. With the changing of the community’s needs, elevator develop towards energy saving, environmental protection and intelligent.EDA breaks the barriers between hardware and software. Not only the computer software technology and hardware but also the design efficiency and product performance are combined. EDA represents the electronic design technology and application technology’s development. VHDL digital system is mainly used to describe the interface, structure and function. Its syntax is easy and transplantable.This design which uses VHDL simulated by Altera’s Quartus II software. I use method named finite state machine which two processes complement each other. The state machine process act as the main process, and the signal control process act as a assistant. Seven states were defined in the main process, namely “stopon1” “dooropen” “doorclose” “doorwait4” “up”“down” and “stop”. Triggered by the lift’s clock, the next state is determined by the current state and the signal. In signal control process, registers keep input value, and lamps black out when the control process, registers keep input value, and lamps black out when the control signal in the main process is high value.Key words: Elevator Controller；VHDL State Machine；CPLD目录第1章绪论 (1)第2章 EDA技术的介绍 (2)2.1 EDA技术的基本特征 (2)2.2 EDA技术的基本设计方法 (4)2.3 QuartusII软件介绍 (7)第三章EDA实验箱使用和介绍 (8)3.1 GW48系统使用注意事项 (8)3.2 GW48系统主板结构与使用方法 (8)3.3模式选择 (12)第四章总体方案设计 (12)4.1设计的目的 (13)4.2 设计要求 (13)4.3设计的基础依据 (13)4.3.1VHDL语言介绍 (14)4.3.2 VHDL的特点 (14)4.3.3 VHDL的设计步骤 (15)4.3.4 VHDL语言编程格式 (15)第五章电梯控制设计方案 (17)5.1 电梯控制器的总体设计方案 (17)5.2电梯运行控制流程图如下 (18)5.3 六层电梯控制器的设计思路 (19)第六章程序设计及调试 (20)6.1 程序流程分析 (20)6.2 程序设计说明 (20)6.2.1端口、寄存器设计说明 (20)6.2.2模块设计说明 (22)6.2.3具体语句设计说明 (23)6.3 程序调试 (26)第7章程序仿真 (28)7.1建立波形输入 (29)7.2电梯功能的实现与仿真 (30)7.2.1 仿真步骤 (30)7.2.2 电梯功能实现与仿真结果分析 (33)第8 章设计总结 (37)参考文献 (38)致谢 (39)附录一 (40)附录二 (48)第1章绪论随着社会的发展,电梯的使用越来越普遍,已经从原来只在商业大厦,宾馆使用,过度到在办公楼,居民楼等场所使用,并且对电梯功能的要求也不断提高,相应地其控制方式也在不停地发生变化.对于电梯的控制,传统的方法是使用继电器—接触器控制系统进行控制，随着技术的不断发展，微型计算机在电梯控制上的应用日益广泛，现在已进入全微化控制的时代。

EDA 课程设计报告书课题名称 基于VHDL 的三层电梯控制器设计 姓 名学 号 院 系 专 业 指导教师年 月 日※※※※※※※※※ ※※ ※※ ※※级学生EDA 课程设计基于VHDL的三层电梯控制器的设计1设计目的近年来,中国房地产业的快速发展，与之配套的电梯生产制造业也经历了迅猛发展的阶段，电梯产量保持了每年20%以上的增长速度.随着我国经济持续增长、城镇化建设的加速和房地产行业的进一步发展，对电梯的需求越来越大。

估计未来50年中国新增住房面积将达到200亿平方米。

国家规定20米以上高楼就应安装电梯，因此未来电梯最大的市场就是住宅市场。

此外，机场、商场、地铁等大型公共设施建设对自动扶梯、观光电梯等电梯的需求量也十分可观。

电梯作为垂直方向的交通工具,在高层建筑和公共场所已经成为重要的建筑设备而不可或缺。

电梯产业的前景和走势随着社会的需求而悄然发生着改变,除了考虑安全、舒适、豪华装修等要求外，市场对新一代的绿色电梯、节能电梯和智能电梯的需求越来越旺盛。

国内外电梯企业顺应市场需要，加大研发投入，都准备在未来新概念电梯产业发展中占得先机。

随着城市化的高速发展，越来越多的摩天大楼拔地而起。

就摩天大楼的高度而言,不仅受建筑技术上的制约，而且还有电梯升高方面的困惑，因而，在摩天大楼日益完备智能化的趋势中，电梯的智能化也不容忽视。

它不仅是人们上上下下的代步工具,同时，也是摩天大楼智能化的一个重要标志.尽管电梯在摩天大楼中只是—个细节，但电梯智能化程度的高低却决定着它服务质量的优劣.因而，电梯的智能化在一定程度上反映出智能大厦的智能程度。

2设计的主要内容和要求(1）电梯一层入口处设有上升请求开关，二层入口处设有上、下请求开关，三层入口处设有下降请求开关,电梯内部设有顾客到达楼层的停站请求开关.（2）每层电梯入口处设有位置指示装置及电梯运行模式(上升或下降）指示装置。

(3）电梯初始状态为一层开门状态。

（4）电梯每秒上升（下降)一层楼。

基于VHDL三层电梯控制器的设计0 引言电梯控制器是控制电梯按顾客要求自动上下的装置。

本文采用VHDL 语言来设计实用三层电梯控制器，其代码具有良好的可读性和易理解性，源程序经A1tera 公司的MAX+plus II 软件仿真，目标器件选用CPLD 器件。

通过对三层电梯控制器的设计，可以发现本设计有一定的扩展性，而且可以作为更多层电梯控制器实现的基础。

1 三层电梯控制器将实现的功能(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)电梯每秒升(降)一层楼。

(4)电梯到达有停站请求的楼层，经过1 秒电梯门打开，开门指示灯亮，开门4 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。

(5)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。

(6)电梯运行规则一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。

(7)电梯初始状态为一层开门状态。

2 设计方案和论证2．1 控制器的设计方案控制器的功能模块如图1 所示，包括主控制器、分控制器、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楼层数。

由于分控制器相对简单很多，所以主控制器是核。

论文题目：基于VHDL的电梯控制系统设计专业：电气工程及其自动化摘要电梯是标志现代物质文明的垂直运输工具，是机—电一体化的复杂运输设备。

而电梯的核心是电梯控制器。

对于电梯的控制，传统的方法是使用继电器—接触器控制系统进行控制，随着技术的不断发展，采用硬件描述语言VHL来完成电梯控制器的设计, 是设计智能化的标志。

本文结合EDA自上而下的设计特点分析了电梯控制系统的工作原理，给出了电梯控制系统的设计框图，并用VHDL语言描述出了整个系统，最后用QuartusⅡ软件进行了仿真，分析了仿真结果，进行了总结。

本文结构主要分成四大部分：第一章介绍了电梯控制系统的发展情况及发展趋势，交代了课题的研究背景，并对要完成的工作做了介绍；第二章介绍了EDA技术的主要特点，并对VHDL语言的功能及其结构进行了描述，并着重介绍了状态机的含义；第三章以VHDL语言作为描述工具，对四层电梯的结构进行分析，给出了电梯控制器的设计流程和状态机描述；第四章用QuartusⅡ软件对程序进行了仿真，并对仿真结果进行了说明和分析，并进行总结。

关键字：电梯控制器，EDA，VHDL状态机AbstractElevator is the symbol of modern vertical transport of material is machine - the complexity of transport equipment, electrical integration. The elevator is the core of elevator controller. For the elevator control, the traditional approach is to use relay - contactor control system to control, as technology continues to develop, using hardware description language VHL to complete the elevator controller design, is a sign of intelligent design.This paper EDA Design features of a top-down elevator control system working principle of the elevator control system block diagram and describe the use of VHDL, the whole system, and finally with Quartus Ⅱsimulation software to analyze the simulation results , is summarized.This structure is divided into four parts:The first chapter describes the elevator control system development and trends, explain the topic of the research background, and to complete the work have been described;Chapter II describes the main features of EDA technologies, and VHDL language features and structure are described, with an emphasis on the meaning of the state machine;The third chapter describes VHDL language as a tool for analyzing the structure of four elevators, the elevator controller is given the design process and the state machine description;Chapter IV with Quartus Ⅱ software process simulation, and simulation results are described and analyzed and summarized.Keywords: elevator controller, EDA, VHDL State Machi ne目录1 绪论........................................................................................ 错误！未定义书签。

防盗报警器课程设计指导教师学生姓名学号专业教学单位一、摘要本设计运用有限状态机的方法，在结构体最前端首先定义了十个状态；然后在结构体中设计了两个进程，状态机进程作为主要进程，信号灯控制进程作辅助进程。

在状态机进程中，电梯关门后根据信号灯的情况，来决定下一个状态是上升、下降还是停止；在信号灯控制进程中，而信号灯的熄灭是由状态机进程中传出clearup和cleardn信号来控制。

实现了三层电梯的基本功能，电梯的的运行情况完全符合它的运行规则，电梯的位置变化合情合理。

二、设计的基本思路及其设计出发点本设计采用VHDL，源程序经A1tera公司的MAX+plus II软件仿真。

运用有限状态机的设计方法，设计了两个进程相互配合，状态机进程作为主要进程，信号灯控制进程作为辅助进程。

电梯作为垂直方向的交通工具，在高层建筑和公共场所已成为不可或缺的设备。

中国是全球最大的电梯市场，也具有最强的电梯生产能力，但由于缺乏自主知识产权和核心技术，自主品牌占市场的份额很少。

随着社会需求的变化，电梯朝着节能、环保及智能化方向发展。

三、方案原理论述3.1 电梯控制器原理电梯控制器的功能模块如所示，包括主控制器、分控制器、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。

图3.1 电梯控制器原理图三层电梯控制器的设计思路电梯控制器设计两个进程相互配合，状态机进程作为主要进程，信号灯控制进程作为辅助进程。

根据电梯的实际工作情况，可以为状态机设置十个状态，它们分别是“电梯停在一层”“开门”“关门”“开门等待第一秒”“开门等待第二秒”“开门等待第三秒”“开门等待第四秒”“上升”“下降”和“停止”。