基于FSM的電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　 1 引言
　　Max+PlusⅡ是Altera公司提供的FPGA/CPLD開發(fā)集成環(huán)境，它可獨(dú)立完成簡(jiǎn)單VHDL程序的編譯。然而控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，自動(dòng)電梯控制程序是一個(gè)復(fù)雜的狀態(tài)機(jī)描述，Max+PlusⅡ無法獨(dú)立完成該程序的綜合編譯。Synplify Pro是 Synplicity 公司針對(duì)復(fù)雜可編程邏輯設(shè)計(jì)的 FPGA 綜合工具，它帶來了無與倫比的電路性能和最有效的可編程設(shè)計(jì)的資源利用率，所獨(dú)有的對(duì)電路的調(diào)試與優(yōu)化功能和極快的運(yùn)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(shí)別有限狀態(tài)機(jī)并根據(jù)約束條件選擇最佳的編碼方式。通過Max+PlusⅡ中的接口，把Synplify pro 用于對(duì)電梯控制程序的綜合與優(yōu)化，可大大提高設(shè)計(jì)效率，仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了該方法的有效性。
　　2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　2.1 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)
　　在電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中www.cechina.cn，核心是電梯運(yùn)行的狀態(tài)控制器的設(shè)計(jì)。為突出狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)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(yùn)行狀態(tài)顯示;（3）電梯的安全性控制;（4）電梯的策略控制設(shè)計(jì)。
　　電梯狀態(tài)控制器部分用狀態(tài)機(jī)來實(shí)現(xiàn)?；灸Ｐ腿缦拢海?） 每一層電梯的入口處設(shè)有上下請(qǐng)求開關(guān)，電梯內(nèi)設(shè)有顧客到達(dá)層次的停站請(qǐng)求開關(guān);（2）設(shè)有電梯所處位置指示裝置以及電梯運(yùn)行模式（上升或下降）指示裝置;（3）電梯初始狀態(tài)為第一層開門，電梯每一秒升（降）一層樓;（4）設(shè)計(jì)一個(gè)異步的置位端口控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，用于在系統(tǒng)不正常的時(shí)候回到初始狀態(tài);（5）電梯到達(dá)有停站請(qǐng)求樓層，經(jīng)過1 秒電梯門打開，開門4 秒后，電梯門關(guān)閉（開門指示燈熄滅），電梯繼續(xù)運(yùn)行，直至執(zhí)行完最后一個(gè)請(qǐng)求信號(hào)后停留在當(dāng)前樓層;（6）能記憶電梯內(nèi)外的所有請(qǐng)求信號(hào)，并按照電梯運(yùn)行規(guī)則按順序響應(yīng)，每個(gè)請(qǐng)求信號(hào)保留至執(zhí)行完后消除;（7）電梯運(yùn)行規(guī)則：當(dāng)電梯處于上升模式時(shí)，只響應(yīng)比電梯所在位置高的上樓請(qǐng)求信號(hào)，由下而上逐個(gè)執(zhí)行，直到最后一個(gè)上樓請(qǐng)求執(zhí)行完畢;如果高層有下樓請(qǐng)求www.cechina.cn，則直接升至有下樓請(qǐng)求的最高樓層，然后進(jìn)入下降模式。當(dāng)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(tǒng)將由一片CPLD來實(shí)現(xiàn)。外圍的電路主要包括：分頻器，七段數(shù)碼顯示模塊、發(fā)光二極管顯示模塊，以及按鍵開關(guān)模塊。
　　各模塊的功能：電梯狀態(tài)控制模塊，是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，完成電梯的狀態(tài)控制;顯示模塊，主要是將系統(tǒng)信息顯示出來，判斷電梯運(yùn)行是否正常;分頻器模塊，由4MHZ的原始頻率分頻得到系統(tǒng)所需要的頻率;按鍵開關(guān)模塊，消除由于機(jī)械按鍵輸入的誤操作和防抖動(dòng)。

圖1 電梯的結(jié)構(gòu)圖

　　2.2 電梯狀態(tài)控制器的設(shè)計(jì)
　　2.2.1 設(shè)計(jì)思路
　?。?）電梯輸入輸出端口設(shè)計(jì)。輸入端口包括：一個(gè)異步的置位端口，用于在系統(tǒng)不正常的時(shí)候回到初始狀態(tài);在電梯外部的升降的請(qǐng)求端口，一層不需要有下降請(qǐng)求，最高層不需要上升請(qǐng)求，中間層上升、下降請(qǐng)求端口都應(yīng)具備;在電梯內(nèi)部的各層停留的請(qǐng)求端口;一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)電梯的上升下降以及開門關(guān)門等動(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(yīng)的輸出端口包括：升降請(qǐng)求信號(hào)響應(yīng)端口，有請(qǐng)求信號(hào)以后，該輸出端口的輸出邏輯“1”，被響應(yīng)后則恢復(fù)到邏輯“0”;電梯內(nèi)部的各層停留響應(yīng)端口;在電梯外部指示電梯的位置端口;電梯開門關(guān)門的狀態(tài)指示端口以及電梯升降指示端口。
　?。?）電梯控制器的實(shí)現(xiàn)通過狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)，將電梯等待的每秒鐘以及開門關(guān)門都看成一個(gè)獨(dú)立的狀態(tài)。由于電梯每一秒升（降）一層，所以就可以通過一個(gè)統(tǒng)一的1 秒為周期的時(shí)鐘來觸發(fā)狀態(tài)機(jī)。由此，狀態(tài)機(jī)設(shè)置了10 個(gè)狀態(tài)，分別是“stopon1（電梯停留在1 層）”、“dooropen（開門）”、 “doorclose（關(guān)門）”、“doorwait1（開門等待第1 秒）”、“doorwait2（開門等待第2 秒）”、“doorwait3（開門等待第3 秒）”、“doorwait3（開門等待第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(zhuǎn)換條件由設(shè)計(jì)要求決定。