VHDL基于FPGA的电梯控制器设计+Quartus仿真+电路图(3)
(3) 这里规定：电梯处于一楼时，电梯只能响应上升的有效请求；处于最高楼层（即八层）时，电梯只能响应下降的有效请求。
(4) 能存储电梯内外所有的请求，按照电梯运行的具体规则，按照顺序完成响应，直到信号被执行之后才能消除[6]。
(5) 电梯运行到某一楼层时，电梯内外要通过七段数码管显示所在楼层，以方便乘客掌握电梯的运行。
(6) 电梯控制器的各个功能的实现都是通过VHDL硬件描述语言来完成，并通过QuartusII 9.0进行仿真的。
2.2 设计的总体框图
图1 电梯设计总体框图
电梯控制器功能的实现主要是通过电梯主控模块来处理各种信号，然后输出各种响应信号。主要组成模块有：(1) 系统时钟模块；(2) 按键输入模块；(3) 超声波测楼层模块；(4) 红外传感器模块；(5) 称重传感器模块；(6) 电梯主控模块；(7) 信号存储模块；(8) 故障报警模块；(9) LED显示模块。
时钟模块产生固定频率的时钟信号，不同的模块，需要的频率不同，所以这里要作分频处理。电梯主控模块不仅要处理乘客通过按键输入的请求信号，还要处理传感器的输入信号，来控制电梯的上升、下降、报警和运动状态的显示等。
2.3 设计流程图
图2 设计的流程图
流程图说明如下。
(1) A代表外部上升按键；B代表内部停止按键；C代表外部下降按键。
(2) 电梯预设在最底层，此时只能响应上升请求信号；电梯在最高层时只能响应向下的请求信号[7]。
(3) 电梯向上运行时，只有执行完向上的请求信号，才会执行向下的请求信号；电梯向下运行时，只有执行完向下的请求信号，才会执行向上的请求信号。
2.4 设计顶层电路图
图3 顶层电路图
图3中DIV是时钟分频信号，对时钟分频后把20MHz的信号送给lift；lift为电梯主控模块，用来处理各种输入信号，输出各种响应；yima4为译码器把lift输出的楼层信息，经译码后送给数管码显示。
3. 各个组成模块设计
3.1 系统时钟模块
本设计用到的时钟电路为有源晶振，有源晶振有4个引脚，是一个完整的振荡器，其中除了石英晶体外，还有阻容元件和晶体管[8]。石英晶片能当作振荡器使用，是基于它的压电效应。这里我们采用振荡频率为40MHz的的石英晶体提供系统的频率（有源晶体），经分频处理后作为系统的时钟。分频器把时钟信号二分频，产生20MHz的分频信号，原理图如图4所示。
图4 分频器原理图
3.2 按键输入模块
电梯主控模块工作时需要有信号输入，才能进行相关的处理，通常输入信号的方式为开关。这里用到的是薄膜开关，它是一种多层结构的按键开关。
按键触发原理：在面膜未被按下时，隔离层对上下线路起隔离作用，当面膜层被按下时，上线路一并按下并与下线路重合，使线路导通。导通后的线路给外部连接仪器以信号，实现相应的功能。
薄膜开关具有外形美观、使用寿命长、结构简单、安装方便、占用面积较小等特点。薄膜开关由面版、面版背胶、上线路、隔离层等构成。薄膜开关的寿命一般可以达到100万次以上，开关的动作只有弹性薄膜的垂直方向弹动才能实现。薄膜开关在生产完毕后，开关触点不易受有害气体的侵蚀，不易氧化，防水防尘防油，适合用各种恶劣环境[9]。
工作原理：当按下薄膜开关按键，电路接通触发一个高电平，先存储在存储器中，当主控模块检测到信号后，处理此次触发，控制电梯、显示器等做出相应的动作。主要的输入信号包括各层电梯内外的请求信号、开关门信号。