开题报告表-基于FPGA的电梯控制器设计-(2)

武汉工业学院毕业设计（论文）学生开题报告表课题名称基于FPGA的电梯控制器设计课题类型设计课题来源纵向导师学生姓名学号专业电信科学开题报告内容：（调研资料的准备，目的、要求、思路与预期成果；任务完成的阶段、内容及时间安排；完成设计（论文）所具备的条件因素等。）一、工程背景以硬件描述语言（Verilog或VHDL）所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA上进行测试，是现代IC设计验证的技术主流。这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路（比如AND、OR、XOR、NOT）或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器（Flip－flop）或者其他更加完整的记忆块。系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来，就好像一个电路试验板被放在了一个芯片里。一个出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变，所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。FPGA一般来说比ASIC（专用集成芯片）的速度要慢，无法完成复杂的设计，但是功耗较低。但是他们也有很多的优点比如可以快速成品，可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。厂商也可能会提供便宜的但是编辑能力差的FPGA。因为这些芯片有比较差的可编辑能力，所以这些设计的开发是在普通的FPGA上完成的，然后将设计转移到一个类似于ASIC的芯片上。另外一种方法是用CPLD（复杂可编程逻辑器件备）。利用FPGA技术进行电子系统设计，最终目标是完成专用集成电路ASIC的设计和实现。基于可编程器件FPGA技术主要包括一下要素：（1）FPGA使用描述语言:硬件描述语言（HDL）是一种用文本形式来描述和设计电路的语言，它可以使电子系统设计者利用这种语言来描述自己的设计思想和电子系统的行为并建立模型，然后利用EDA工具进行仿真，自动综合到门级电路，可用ASIC或CPLD/FPGA实现其功能。目前其中最有代表性的是美国国防部开发VHDL（Very-High-SpeedIntegratedCircuitHDL），Verilog公司开发的VerilogHDL。HDL（IEEE1164）和VerilogHDL（IEEE1364）被IEEE列为工业标准，被众多EDA工具所支持，在电子工程领域，已成为事实上通用的HDL。将担负几乎全部的数字系统设计任务。VHDL主要用于描述数字系统的结构，行为，功能和接口。VHDL语言形式及描述风格与句法类似于一般的计算机高级语言。VHDL的程序结构特点是，将一项工程设计实体（可以是一个元件，一个电路模块或一个系统）分成外部（即端口）或内部。在对一个设计实体定义了外部界面后，一旦其内部开发完成，其它设计就可以直接调用这个实体。这种设计实体分成内外部分的概念就是VHDL系统设计的基本点。（2）软件开发环境、工具MAX+PLUSII是Altera公司的第三代CPLD开发工具软件，它集成了可编程逻辑器件的设计环境。它可以在多种平台上运行提供了灵活和高效的界面。设计者无需精通器件内部的复杂结构，只需用自己熟悉的设计输入工具（原理图，波形图或硬件描述语言等）进行设计输入。MAX+PLUSII将这些设计软件换成目标结构所要求的格式，从而使设计者能够轻松的掌握和使用MAX+PLUSII软件。MAX+PLUSII具有以下特点：①开放的接口。②与结构无关（指VHDL描述逻辑综合前与结构无关）。③多平台。④完全集成化。⑤多种设计库。⑥模块化工具。⑦硬件描述语言（HDL）。⑧开放核的特点。⑨Megacore功能。（3）ASIC可编程器件可编程逻辑器件（PLD，ProgrammableLogicDevice）即部分功能可由软件程序更改的器件。它是当前数字系统设计的主要硬件基础，是硬件编程语言VHDL的物理实现工具。可编程逻辑器件使用计算机，利用软件，硬件对器件进行系列编程，然后通过程序指挥芯片配置连线和编程器件，把应连接的元件，单元连接起来。根据用户编写的不同程序就可以制造出有不同电路功能的器件。并在设计阶段进行仿真（Emulation）使得微电子设计实现了早期集成和软硬件联合验证。CPLD实际是一个子系统部件，具有可编程性和实现方案容易改动的特点。它具有更高的集成度，它允许更多的输入信号，乘积和宏单元。CPLD内含多个I/O块和逻辑块。这些逻辑块可以使用可编程内连线的布线来实现相互间联系。每一个逻辑块就相当于一片220V10和236V18的PLD。有乘积阵列，乘积项分配机构和宏单元。I/O块通常具有逻辑功能和较强的I/O控制功能。目前大部分CPLD器件还具有兼容于IEEE1149.1（JTAG）标准测试激励端和边界扫描能力，以及兼容于PCI接口协议的输入输出缓冲器。（4）目标器件利用EDA技术进行电子系统设计的下载与硬件验证工具，主要包括：①实验或开发所需的各类信号模块，包括时钟、\脉冲、\高低电平等；②通用数字式和扫描驱动类接口，包括各类输入显示或指示模块；③模拟器件及接口，包括模拟信号的放大，比较及A/D转换模块；④监控程序模块；⑤目标芯片适配座以及FPGA/CPLD目标芯片和编程下载电路。当前，EDA的主要应用方向为微控制器，ASIC和DSP等方面。二、基于FPGA的电梯控制器设计（1）系统设计1．1设计思路本设计利用EXP-EPM3l28／3256编程，结合16X16点阵设计的一个简易的电梯控制器。其中包括电梯运行楼层显示电梯运行状况显示,电梯内部外部选择等基本功能,并可以语音报楼层。整个电梯运行控制过程为：当电梯控制器的运行开关开时电梯开始运行，这时人们可以通过电梯控制器的内部选择开关及外部选择开关选择所需要到达的楼层，然后由寄存器将这些请求记录下来，电梯按照先上后下先里后外的原则开始运行,当到达所选的楼层时(箭头状态)通过l6×l6的点阵显示出来。系统框图、原理图分别如图1、图2所示。1．2软件设计对于不同的信号在程序中自动将其区分并执行对应的操作，具体工作流程见下图3所示。1．3硬件设计硬件电路主要包括主控制器模块,通过信号的扫描，在不同的信号调用对应的函数，从而完成电梯运行的控制功能。整个过程按照先上后下，先里后外的原则运行，然后把运行的结果传给显示模块由其译码，同时将信号传给语音模块。显示模块，要实时的显示出电梯的运将这些求记录下来，电梯按照先上后下先里后外的原则开始运行，然后把运行的结果传给显示模块由其译码，同时将信号传给语音模块。码，同时将信号传给语音模块。时，(箭头状态)通过l6×l6的点阵显示出来。系统框图、原理图分别如图1、图2所示。1．2软件设计对于不同的信号，在程序中自动将其区分并执行对应的操作，具体工作流程见下图3所示。1．3硬件设计硬件电路主要包括主控制器模块，通过信号的扫描，在不同的信号调用对应的函数，从而完成电梯运行的控制功能。整个过程按照先上后下，先里后外的原则运行，然后把运行的结果传给显示模块由其译码，同时将信号传给语音模块。显示模块，要实时的显示出电梯的运1．设计方法（1）系统级设计确定汽车车灯控制系统系统的方案：查阅资料，决定设计任务，确定系统整体功能。描述系统功能：利用模块图描述系统应具有的逻辑功能，以及应达到的技术指标。设计算法：利用VHDL语言对汽车车灯控制系统进行描述。1．2软件设计对于不同的信号在程序中自动将其区分并执行对应的操作，具体工作流程见下图3所示。1．3硬件设计硬件电路主要包括主控制器模块,通过信号的扫描，在不同的信号调用对应的函数，从而完成电梯运行的控制功能。整个过程按照先上后下，先里后外的原则运行，然后把运行的结果传给显示模块由其译码，同时将信号传给语音模块。显示模块，要实时的显示出电梯的运将这些求记录下来，电梯按照先上后下先里后外的原则开始运行，然后把运行的结果传给显示模块由其译码，同时将信号传给语音模块。显示模块，要实时的显示出电梯的运里，行状态，因此，本模块从主控制器模块接收到关于运行结果的信号，将其进行译码然后传给外部点阵，由外部点阵显示出当前的电梯运行状态。语音模块，接收从主控制器模块传来的信号并做适当处理，然后驱动外部语音硬件发出对应声音。（2）逻辑设计根据算法选择电路结构；选择器件并实现电路。三、电梯控制系统总体设计1．1设计任务及要求设计一个四层电梯控制系统，要求如下：(1)各层电梯内部信号：各楼层请求按键、开关门请求按键。所在楼层显示，电梯运行状态显示。外部信号：上升下降请求按键，所在楼层显示，电梯运行状态显示。(2)能够存储请求信号，电梯上升(下降)过程中，根据电梯的运行状态，首先按方向优先、循环次序响应各请求。(3)到达请求楼层后，该层的指示灯亮，电梯门自动打开，开门指示灯亮。延时等待时间后，电梯门自动关闭(开门指示灯灭)，电梯继续运行。电梯空闲时，停在0层。(4)具有超载报警功能。三、计划安排1．实验设备目前配备1G内存，联想笔记本电脑配置高，上机时间充足。要求：MAX+plusII软件一套；EDA实验（开发）平台一套，提高计算机配置，增加上机时间。2．可能遇到困难与问题对VHDL语言还不够熟练，对编程环境比较陌生。真值表的逻辑关系不好写。3.时间安排2013年4月18日-4月25日查阅资料，进一步熟悉VHDL编程，熟悉MAX+plusII软件的应用2013年4月26日-5月20日完成设计方案，具体算法，编写出电梯控制器的VHDL程序，并通过MAX+plusII软件仿真验证其正确性2013年5月20-5月27日利用EDA实验平台对该设计进行模拟测试2013年5月28日-6月10日完成课题设计，总结写论文参考文献[1]张汉杰．现代电梯控制技术[M]．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社．2006．[23王子文．骆建华．电梯PLC控制策略及其程序设计[J]．起重运输机械．2006(7)；14—17．[3]贺敬凯，王瑞春．万学元．基于FPGA的电梯控制器系统设计口]．深圳信息职业技术学院学报．2006．[4]陈兆芳．基于FPGA的电梯控制系统[J]．福建电脑，2010(2)：164165．[5]王诚，吴继华．AlteraFPGA／CPLD设计：基础篇[M]．北京；人民邮电出版社．2005．Es]潘松．黄继业．EDA技术实用教程[M]．4版．北京：科学出版社，2010．指导教师签名：日期：注：1、课题类型：设计或论文2、课题来源：纵向课题、横向课题或自拟课题，对于纵向和横向课题并要求用括号括起填写确切基金项目、企事业单位合同项目