一種可擴展的三層電梯控制器的實現

引言

　　本文采用VHDL語言來設計實用三層電梯控制器，其代碼具有良好的可讀性和易理解性，源程序經A1tera公司的MAX+plus II軟件仿真，目標器件選用CPLD器件。通過對三層電梯控制器的設計，可以發現本設計有一定的擴展性，而且可以作為更多層電梯控制器實現的基礎。

如果要實現n層電梯的控制，首先在端口的地方就要加入所有的按鍵，而指示燈只要把向量中的3改成n就可以了。同時需要在按鍵控制進程里加入其他按鍵觸發指示燈的語句。在電梯的升降狀態將3改成n，在電梯的開門狀態中將2改成n一1，在關門狀態，將position=3改成position=n，關鍵是修改position=2的部分，如果按照每層羅列，將十分煩瑣，所以得尋求各層判斷條件的共性，解決方法之一就是，新建一個全局向量one為std—logic—veoter(n downto 3)應改寫成0，然后和stoplight與fuplight向量比較，如果有更高層次的請求，那么stoplight或fuplight向量，如果stoplight和fuplight向量都小于one向量，表示沒有更高層次的內部上升請求，此時將fdnlight向量和one向量比較，如果大于，則表示高層有下降要求，電梯得上升。如果沒有任何請求信號，則電梯停止，否則電梯下降。如此就可以大大簡化程序，但是要注意的是one向量必須實時更新，以作為判斷依據，可以另外寫一個進程，用buttonclk來觸發。

　　1 三層電梯控制器將實現的功能

　　(1)每層電梯入口處設有上下請求開關，電梯內設有顧客到達層次的停站請求開關。

　　(2)設有電梯入口處位置指示裝置及電梯運行模式(上升或下降)指示裝置。

　　(3)電梯每秒升(降)一層樓。

　　(4)電梯到達有停站請求的樓層，經過1秒電梯門打開，開門指示燈亮，開門4秒后，電梯門關閉(開門指示燈滅)，電梯繼續進行，直至執行完最后一個請求信號后停留在當前層。

　　(5)能記憶電梯內外所有請求，并按照電梯運行規則按順序響應，每個請求信號保留至執行后消除。

　　(6)電梯運行規則一當電梯處于上升模式時，只響應比電梯所在位置高的上樓請求信號，由下而上逐個執行，直到最后一個上樓請求執行完畢;如果高層有下樓請求，則直接升到由下樓請求的最高層，然后進入下降模式。當電梯處于下降模式時則與上升模式相反。

　　(7)電梯初始狀態為一層開門狀態。

　　2 設計方案和論證

　　2.1 控制器的設計方案

　　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、狀態顯示器、譯碼器和樓層顯示器。乘客在電梯中選擇所要到達的樓層，通過主控制器的處理，電梯開始運行，狀態顯示器顯示電梯的運行狀態，電梯所在樓層數通過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求傳給主控制器進行處理，同時顯示電梯的運行狀態和電梯所在樓層數。由于分控制器相對簡單很多，所以主控制器是核心部分。

　　2.2 三層電梯控制器的設計思路

　　電梯控制器采用狀態機來實現，思路比較清晰。可以將電梯等待的每秒鐘以及開門、關門都看成一個獨立的狀態。由于電梯又是每秒上升或下降一層，所以就可以通過一個統一的1秒為周期的時鐘來觸發狀態機。根據電梯的實際工作情況，可以把狀態機設置10個狀態，分別是“電梯停留在第1層”、“開門”、“關門”、“開門等待第1秒”、“開門等待第2秒”、“開門等待第3秒”、“開門等待第4秒”、“上升”、“下降”和“停止狀態”。各個狀態之間的轉換條件可由上面的設計要求所決定。

　　3 三層電梯控制器的綜合設計

　　3.1 三層電梯控制器的實體設計

　　首先考慮輸入端口，一個異步復位端口reset，用于在系統不正常時回到初始狀態;在電梯外部，必須有升降請求端口，一層是最低層，不需要有下降請求，三層是最高層，不需要有上升請求，二層則上升、下降請求端口都有;在電梯的內部，應該設有各層停留的請求端口：一個電梯時鐘輸入端口，該輸入時鐘以1秒為周期，用于驅動電梯的升降及開門關門等動作;另有一個按鍵時鐘輸入端口，時鐘頻率比電梯時鐘高。

　　其次是輸出端口，有升降請求信號以后，就得有一個輸出端口來指示請求是否被響應，有請求信號以后，該輸出端口輸出邏輯‘l’。被響應以后則恢復邏輯‘O’;同樣，在電梯內部也應該有這樣的輸出端口來顯示各層停留是否被響應;在電梯外部，需要一個端口來指示電梯現在所處的位置;電梯開門關門的狀態也能用一個輸出端口來指示;為了觀察電梯的運行是否正確，可以設置一個輸出端口來指示電梯的升降狀態。