基于FSM的電梯控制系統的設計與實(shí)現

　 1 引言
　　Max+PlusⅡ是Altera公司提供的FPGA/CPLD開(kāi)發(fā)集成環(huán)境，它可獨立完成簡(jiǎn)單VHDL程序的編譯。然而控制工程網(wǎng)版權所有，自動(dòng)電梯控制程序是一個(gè)復雜的狀態(tài)機描述，Max+PlusⅡ無(wú)法獨立完成該程序的綜合編譯。Synplify Pro是 Synplicity 公司針對復雜可編程邏輯設計的 FPGA 綜合工具，它帶來(lái)了無(wú)與倫比的電路性能和最有效的可編程設計的資源利用率，所獨有的對電路的調試與優(yōu)化功能和極快的運算速度使之成為了業(yè)界倍受歡迎的的綜合工具。Synplify pro所特有的FSM綜合器可以自動(dòng)識別有限狀態(tài)機并根據約束條件選擇最佳的編碼方式。通過(guò)Max+PlusⅡ中的接口，把Synplify pro 用于對電梯控制程序的綜合與優(yōu)化，可大大提高設計效率，仿真和實(shí)驗結果證實(shí)了該方法的有效性。
　　2 系統設計
　　2.1 系統的整體設計
　　在電梯控制系統的設計中www.cechina.cn，核心是電梯運行的狀態(tài)控制器的設計。為突出狀態(tài)之間的轉換關(guān)系，令電梯以同一速率升降。主要需要考慮：（1）電梯的人工手動(dòng)控制;（2）電梯的運行狀態(tài)顯示;（3）電梯的安全性控制;（4）電梯的策略控制設計。
　　電梯狀態(tài)控制器部分用狀態(tài)機來(lái)實(shí)現?；灸Ｐ腿缦拢海?） 每一層電梯的入口處設有上下請求開(kāi)關(guān)，電梯內設有顧客到達層次的停站請求開(kāi)關(guān);（2）設有電梯所處位置指示裝置以及電梯運行模式（上升或下降）指示裝置;（3）電梯初始狀態(tài)為第一層開(kāi)門(mén)，電梯每一秒升（降）一層樓;（4）設計一個(gè)異步的置位端口控制工程網(wǎng)版權所有，用于在系統不正常的時(shí)候回到初始狀態(tài);（5）電梯到達有停站請求樓層，經(jīng)過(guò)1 秒電梯門(mén)打開(kāi)，開(kāi)門(mén)4 秒后，電梯門(mén)關(guān)閉（開(kāi)門(mén)指示燈熄滅），電梯繼續運行，直至執行完最后一個(gè)請求信號后停留在當前樓層;（6）能記憶電梯內外的所有請求信號，并按照電梯運行規則按順序響應，每個(gè)請求信號保留至執行完后消除;（7）電梯運行規則：當電梯處于上升模式時(shí)，只響應比電梯所在位置高的上樓請求信號，由下而上逐個(gè)執行，直到最后一個(gè)上樓請求執行完畢;如果高層有下樓請求www.cechina.cn，則直接升至有下樓請求的最高樓層，然后進(jìn)入下降模式。當電梯處于下降模式的時(shí)候與上升模式相反。
　　整個(gè)電梯控制系統將由一片CPLD來(lái)實(shí)現。外圍的電路主要包括：分頻器，七段數碼顯示模塊、發(fā)光二極管顯示模塊，以及按鍵開(kāi)關(guān)模塊。
　　各模塊的功能：電梯狀態(tài)控制模塊，是整個(gè)系統設計的核心，完成電梯的狀態(tài)控制;顯示模塊，主要是將系統信息顯示出來(lái)，判斷電梯運行是否正常;分頻器模塊，由4MHZ的原始頻率分頻得到系統所需要的頻率;按鍵開(kāi)關(guān)模塊，消除由于機械按鍵輸入的誤操作和防抖動(dòng)。

圖1 電梯的結構圖

　　2.2 電梯狀態(tài)控制器的設計
　　2.2.1 設計思路
　?。?）電梯輸入輸出端口設計。輸入端口包括：一個(gè)異步的置位端口，用于在系統不正常的時(shí)候回到初始狀態(tài);在電梯外部的升降的請求端口，一層不需要有下降請求，最高層不需要上升請求，中間層上升、下降請求端口都應具備;在電梯內部的各層停留的請求端口;一個(gè)用于驅動(dòng)電梯的上升下降以及開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)等動(dòng)作時(shí)鐘輸入端口以及一個(gè)時(shí)鐘頻率比電梯高得多的按鍵時(shí)鐘輸入端口。而響應的輸出端口包括：升降請求信號響應端口，有請求信號以后，該輸出端口的輸出邏輯“1”，被響應后則恢復到邏輯“0”;電梯內部的各層停留響應端口;在電梯外部指示電梯的位置端口;電梯開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)的狀態(tài)指示端口以及電梯升降指示端口。
　?。?）電梯控制器的實(shí)現通過(guò)狀態(tài)機實(shí)現，將電梯等待的每秒鐘以及開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)都看成一個(gè)獨立的狀態(tài)。由于電梯每一秒升（降）一層，所以就可以通過(guò)一個(gè)統一的1 秒為周期的時(shí)鐘來(lái)觸發(fā)狀態(tài)機。由此，狀態(tài)機設置了10 個(gè)狀態(tài)，分別是“stopon1（電梯停留在1 層）”、“dooropen（開(kāi)門(mén)）”、 “doorclose（關(guān)門(mén)）”、“doorwait1（開(kāi)門(mén)等待第1 秒）”、“doorwait2（開(kāi)門(mén)等待第2 秒）”、“doorwait3（開(kāi)門(mén)等待第3 秒）”、“doorwait3（開(kāi)門(mén)等待第4 秒）”、“up（上升）”、“down（下降）”和“stop（停止）”狀態(tài)。每個(gè)狀態(tài)之間的轉換條件由設計要求決定。