一種基于CPLD的電梯運行控制器設計

　　1引言

　　隨著社會的發展。使用電梯越來越普遍，已從原來只在商業大廈、賓館過渡到在辦公室、居民樓等多種建筑中，并且對電梯功能的要求也不斷提高，其相應控制方式也在不斷發生變化。電梯的微機化控制主要有：PLC控制、單板機控制、單片機控制、單微機控制、多微機控制和人工智能控制等。隨著EDA技術的快速發展，PLD器件已廣泛應用于電子設計與控制的各個方面。這里使用CPLD器件，采用VHDL語言設計一個16樓層單個載客箱的電梯控制系統，此控制系統具有使用安全可靠，功能全面的特點，方便人們生活。

　　2系統總體設計

　　該系統采用單片CPLD器件實現一個多樓層單個載客箱的電梯控制器，該控制器可控制電梯完成16個樓層的載客服務，而且遵循方向優先的原則，能夠提前關電梯門和延遲關電梯門、提供電梯運行的開關控制鍵同時指示電梯運行情況、樓層間的運行時間以及電梯所在樓層的等待時間。根據系統設計要求，并考慮到系統設計的可驗證性，整個系統的輸入、輸出接口設計如圖1所示。

　　各輸入端口的功能如下：

　　CLKIN：基準時鐘信號，為系統提供2Hz的時鐘脈沖，上升沿有效;

　　UPIN：電梯上升請求鍵。由用戶向電梯控制器發出上升請求。高電平有效;

　　DOWNIN：電梯下降請求鍵，由用戶向電梯控制器發出下降請求，高電平有效;

　　ST_CH[2..0]：樓層選擇鍵人鍵，結合DIRECT完成樓層選擇的鍵入，高電平有效;

　　CLOSE：提前關門輸入鍵.可實現無等待時間的提前關門操作，高電平有效;

　　DELAY：延遲關門輸入鍵。可實現有等待時間的延遲關門操作，高電平有效;

　　RUNSTOP：電梯運行或停止開關鍵。可實現由管理員控制電梯的運行或停止，高電平有效。

　　以下為輸出端口：

　　LAMP：電梯運行或等待指示鍵，指示電梯的運行或等待狀況。高電平有效;

　　RUN_WAIT[3…0]：電梯運行或等待時間指示鍵，指示電梯運行狀況或等待時間的長短，高電平有效;

　　ST_OUT[3…0]：電梯所在樓層指示數碼管，指示電梯當前所在的樓層數。即1~16層，高電平有效;

　　DIRECT[3…0]：樓層選擇指示數碼管，指示用戶所要選擇的樓層數，高電平有效。

　　該設計中，電梯的控制狀態包括運行狀態、停止狀態及等待狀態，其中運行狀態又包含向上和向下狀態。主要動作有開、關門，停靠和啟動。乘客可通過鍵入開、關門按鈕，呼喚按鈕，指定樓層按鈕控制電梯。因此，整個電梯控制器應包括5個組成部分：時序輸出及樓選計數器;電梯服務請求處理器;電梯升降控制器;上升及下降寄存器和電梯次態生成器，圖2為電梯控制器系統框圖。圖3為電梯控制器的內部組成結構。

　　從程序中可以看到，若第3層用戶發送上升/下降請求。則電梯處于等待狀態;若第3層用戶沒有發送上升/下降請求，且4～16層的用戶發送上升，下降請求，或者1.2層的用戶沒有發送任何請求，則電梯處于上升狀態;反之，電梯處于下降狀態。

　　程序設計中采用方向優先原則，即若電梯處于上升狀態，即使有1，2層用戶發出上升/下降請求，電梯也不響應，而繼續上升，直到響應完所有4～16層用戶的請求后，再下降;反之，若電梯處于下降狀態，即使4～16用戶發出上升/下降請求，電梯也不響應，繼續下降，直到響應完所有用戶的請求后再上升。

　　(4)P4進程該進程主要完成電梯運行樓層計數及提前/延遲關門控制。

　　4VHDL源程序的仿真

　　系統程序編寫完畢后，在MAX+pluslI軟件環境下對其編譯仿真。其仿真試驗結果如圖4所示。

　　圖 4中，輸入信號為：UPIN，ST_CH，RUN_STOP，DOWNIN，DELAY，CLOSE和CLKIN;輸出信號為：ST_OUT，RUN_WAIT，LAMP，DIRECT，DIR，LIFTOR和WAI_T。當時鐘上升沿到來時，若WAI_T=0，則它的下一狀態為6;因DELAY信號始終為低電平，故WAI_T依次自減1計數。RUN_WAIT是WAI_T和0的并置運算，故其值和WAI_T相同。

　　當時鐘上升沿到來時，DIR進行加1計數，且當DIR=0XF時，DIR的下一狀態值為0。與此同時，DIR加1并賦值給DIRECT。

　　當LAMP為低電平時，電梯處于等待狀態，故LIFTOR保持其原值不變保持0和3不變;當LAMP為高電平時，電梯處于運行狀態，因UPIN始終為高電平，DOWNIN始終為低電平，故當RUN_STOP為高電平時，電梯只能處于上升狀態，故LIFFOR進行自加1計數，同時，LIFTOR加1賦值給ST_OUT。

　　5硬件實驗

　　在MAx+plusII軟件編譯完后，采用EPM7128SLC84-6器件下載VHDL源程序，進行硬件試驗。

　　其下載步驟為：首先，指定采用可編程器件EPM7128SLC84-6;其次，依據輸入、輸出端口指定與之對應的引腳;然后，使用Pof2Jed軟件將編譯后的下載文件*.Pof。轉換成*.Jed文件;最后，使用AtmelISP軟件將轉換后的*.Jed文件轉換成*.Chn文件。

　　硬件系統試驗表明，輸出信號的顯示與軟件仿真結果完全相符，達到設計要求。

　　6結論

　　該系統軟件設計中，成功編譯并仿真VHDL源程序，且對仿真圖進行合理分析。在硬件實驗過程中，對VHDL源程序進行成功下載，所得實驗結果與軟件仿真結果完全相符，從而證明電梯運行控制器的設計滿足系統功能要求。