基于FSM的电梯控制系统的设计与实现

　　2.4分频器的设计
　　分频器是将输入的4MHZ信号分频为1Hz的信号，提供给状态机作为输入信号，另外分频器分频到4000HZ给动态显示模块以及按键模块作为扫描信号。根据设计的需要设计了三个分频器。
　　2.5 输入端口设计
　　在状态机的设计中www.cechina.cn，针对CPLD的容量，以三层电梯运行为例，定义了8个按键输入端。分别是：（1） 异步置位按键、（2）1层上升请求按键、（3） 2层上升请求按键、（4） 2层下降请求按键、（5） 3层下降请求按键 、（6）电梯1层停止请求按键、（7）电梯2层停止请求按键、（8）电梯3层停止请求按键。
　　3 设计结果及分析
　　3.1 电梯状态控制器的Synplify综合
　　使用Synplify pro对用VHDL语言编制的有限状态机的状态变化控制程序进行综合，经过综合之后的“RTL”（寄存器传输级）方式的电路原理图如图2所示。

图2 Synplify pro 综合后的状态转移图

　　3.2 仿真
　　综合编译完成后，值reset信号高电平有效，置为0，选择liftclk时钟信号为1HZ、buttonclk信号时钟为4000HZ。配置适当的输入信号，得到如图3的仿真结果。
　　原先电梯停留在第一层，电梯外第三层有下降请求，电梯上升到三层，乘客进入电梯以后要求下降一层，此时，电梯二层有下降请求，接着又有上升请求，电梯首先在第二层停留，然后下降到一层，随后再在响应第二层上升请求，上升到二层，乘客进入电梯以后要求上升到三层，所以电梯最后停留的位置是三层。

图3 三层电梯的仿真波形图四

　　3.3 实验结果
　　在完整的系统设计中使用 Max+Plus II完成VHDL描述和原理图的层次设计。在底层设计中，用VHDL分别实现每一个模块的功能，将每个模块生成可供Max+Plus II调用的器件符号，再将这些器件符号连接在一起构成整个系统原理图，如图4所示。

图4 系统电路原理图

　　整个系统设计完成后，经过编译生成.pof文件，仿真成功后，下载到EPM7128SLC84-15芯片中。根据管脚分配图对已有的硬件电路进行连线，实验电路如图5所示。

图5 实验电路图

　　3.4 结果分析
　　通过对实际的硬件测试，数码管正确显示了楼层，发光二极管响应显示了电梯的状态，通过对不同初始状态的测试，发现除了由按键抖动带来的部分误操作外，电梯的状态转换完全符合电梯运行规则。说明这种设计方法是有效的。
　　由于很容易通过编程改变CPLD器件的控制功能，而且电梯运行的基本状态变换规律是不随楼层数变化的，因此，只需要改变相应的输入、输出端口设计就可满足不同楼层数的设计需要。
　　4 结束语
　　本次设计基于自顶向下的设计方法，用vhdl实现了电梯各状态之间的转换程序控制。在Max+Plus II环境下通过使用Synplify Pro 软件特有的综合功能，从对软件程序的编译、仿真到可编程逻辑芯片的功能实现都进行了优化，大大提高了设计效率。这种方法可广泛用于各种复杂状态机控制的设计之中。