电梯控制系统的设计与实现数字逻辑课程设计.docx
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电梯控制系统的设计与实现数字逻辑课程设计
电梯控制系统的设计与实现数字逻辑课程设计
数字电路与逻辑设计
课程设计报告
题目：
电梯控制器的设计与实现
专业：
班级：
学号：
姓名：
电话：
邮件：
分组：
完成日期：
指导教师：
团队成员：
姓名
班级
学号
贡献百分比
实验部分完成情况
（亮点、完成、
基本完成、未完成、时间）
总分：
实验部分70%+报告30%）
检查老师签名：
1课程设计概述.........................................................................................................................................
1.1课设目的............................................................................................................................
1.2课设要求............................................................................................................................
1.3课设任务............................................................................................................................
1.4实验环境............................................................................................................................
2基本方案设计.........................................................................................................................................
2.1设计需求............................................................................................................................
2.2总体结构设计....................................................................................................................
2.2.1电梯状态判断模块..........................................................................................................
2.2.2电梯上下楼控制模块......................................................................................................
2.2.3电梯开关门模块..............................................................................................................
2.2.4电梯升降模块..................................................................................................................
2.2.5电梯指示灯模块..............................................................................................................
2.2.6电梯数码管显示模块......................................................................................................
2.3详细设计............................................................................................................................
2.3.1电梯状态判断模块..........................................................................................................
2.3.2电梯上下楼控制模块....................................................................................................
2.3.3电梯开关门模块............................................................................................................
2.3.4电梯升降模块................................................................................................................
2.3.5电梯指示灯模块............................................................................................................
2.3.6电梯数码管显示模块....................................................................................................
2.3.7实验过程与调试..............................................................................................................
2.3.8真结果........................................................................................................................
2.3.9主要故障与调试............................................................................................................
1课程设计概述
1.1课设目的
通过硬件描述语言VHDL的编程，深入了解并掌握可编程芯片PLD的设计技术，加强学生对《数字逻辑》课程所学知识综合利用的能力。
培养学生创造性思维能力和独立解决实际问题的能力。
1.2课设要求
（1）能够全面地应用课程中所学的基本理论和基本方法，完成从设计逻辑电路到设计简单数字系统的过渡。
（2）能力独立思考、独立查阅资料，独立设计规定的系统。
（3）能够独立地完成实施过程，包括安装、布线、测试和排除故障。
1.3课设任务
（1）制定出详细设计方案；
（2）通过VerilogHDL完成规定的设计任务，然后进行编译和仿真，保证设计的正确性；
（3）生成容丝图文件，下载到Basys2开发板，通过实际线路进行验证；
（4）对复杂系统的设计采取模块化、层次化的设计方法；
（5）撰写设计报告，并对存在的问题进行分析、提出改进意见。
1.4实验环境
（1）Basys2开发板（芯片为XC3S100E，封装为CP132）1套；
（2）Xilinx_ISE设计仿真软件1套；
（3）计算机1台。
2基本方案设计
2.1设计需求
随着科学技术的发展以及城市化建设，越来越多的高楼林立在城市之间，对于电梯的需求也愈发强烈。
因此，一部安全可靠的电梯逐渐成为人们热议的话题，而我们要设计的电梯控制系统，能实现各种用户需求，并且安全可靠，足以适应当前社会发展的要求。
2.2总体结构设计
本电梯控制器系统包含：
1）电梯状态判断模块
2）电梯上下楼控制模块
3）电梯开关门模块
4）电梯升降模块
5）电梯指示灯模块
6）电梯数码管显示模块
共六个模块。
电梯分为以下四个状态：
1）关门等待状态
i.此时，电梯门关闭且停在某一楼，等待用户请求。
2）电梯上行状态
i.电梯此刻处于向上运行状态。
3）电梯下行状态
i.电梯此刻处于向下运行状态。
4）开门状态
i.此时，电梯门打开，同时进行关门倒计时。
2.2.1电梯状态判断模块
该模块用于获取电梯此刻的状态，并根据用户请求进行相应状态转变。
输入：
openButton——电梯开门按键
powerButton——电梯电源按键
targetFloor——用户请求的目标楼层
输出：
liftState——电梯状态
2.2.2电梯上下楼控制模块
该模块用于获取用户请求，判断电梯是否到达目标楼层以及进行计时器设置。
输入：
powerButton——电梯电源键
resetButton——电梯重置按键
infloorButton1——电梯内部1楼按键
infloorButton3——电梯内部3楼按键
infloorButton6——电梯内部6楼按键
infloorButton8——电梯内部8楼按键
outfloorButton1——电梯外部1楼按键
outfloorButton3——电梯外部3楼按键
outfloorButton6——电梯外部6楼按键
outfloorButton8——电梯外部8楼按键
liftState——电梯状态输出：
targetFloor——目标楼层
clkFloor——电梯楼层间运行速率
clkLight——电梯运行灯
runTime——电梯运行时间
2.2.3电梯开关门模块
该模块用于处理用户开关门请求并进行关门倒计时
输入：
powerButton——电梯电源按键openButton——电梯开门按键closeButton——电梯关门按键
liftState——电梯状态
输出：
doorTime——关门时间
doorState——电梯门状态
doorLight——电梯门灯
2.2.4电梯升降模块
该模块进行电梯上升、下降处理
输入：
liftState——电梯状态
输出：
currentFloor——当前楼层
2.2.5电梯指示灯模块
该模块用于电梯运行时，控制上行灯、下行灯亮与灭
输入：
liftState——电梯状态
输出：
upLight——电梯上行灯
ownLight——电梯下行灯
runState——电梯运行状态
2.2.6电梯数码管显示模块
该模块用于显示电梯运行时间、关门时间、当前楼层
输入：
currentFloor——当前楼层
runTime——运行时间
doorTime——关门时间
输出：
eightDecode——八段数码显示管
sevenF、sevenJ、sevenM、sevenK——数码扫描管显示
2.2.7总控制模块
结合个子模块，共同实现电梯功能
2.3详细设计
顶层模块——将各个子模块有机结合起来，以实现各个功能
2.3.1电梯状态判断模块
本模块用于处理电梯各种运行状态并进行设置
2.3.2电梯上下楼判断模块
本模块用于处理用户楼层请求、以及判断是否到达目标楼层
2.3.3电梯开关门模块
2.3.4电梯升降模块
2.3.5电梯指示灯模块
本模块用于指示电梯上下运行状态
2.3.6电梯数码管显示模块
2.4实验过程与调试
2.4.1模块内部图
1、主模块
输入：
clk:
时钟端
powerButton：
电源开关resetButton：
重置开关
openButton：
强制开门
closeButton：
强制关门infloorButton1：
一楼内部开关infloorButton3：
三楼内部开关infloorButton6：
六楼内部开关infloorButton8：
八楼内部开关outfloorButton1：
一楼外部开关outfloorButton3：
三楼外部开关outfloorButton6：
六楼外部开关outfloorButton8：
八楼外部开关
输出：
eightDecode：
七段显示译码器flashLight：
电梯运行闪烁灯doorLight：
开门显示灯
upLight：
上升指示灯
floorLight1：
一楼指示灯
floorLight3：
三楼指示灯
floorLight6：
六楼指示灯
floorLight8：
八楼指示灯
sevenF，sevenJ，sevenM，sevenK：
数码管扫描指示
2.4.2仿真结果
1、电梯状态判断模块仿真文件如下：
moduletest;
//Inputsregclk;regpowerButton;regresetButton;regopenButton;
regcloseButton;reginfloorButton1;reginfloorButton3;reginfloorButton6;reginfloorButton8;regoutfloorButton1;regoutfloorButton3;regoutfloorButton6;regoutfloorButton8;
//Outputswire[7:
0]eightDecode;wireflashLight;wiredoorLight;wireupLight;wiredownLight;wirefloorLight1;wirefloorLight3;wirefloorLight6;wirefloorLight8;wiresevenF;wiresevenJ;wiresevenM;wiresevenK;
alwaysbegin
#5;
clk=~clk;
end
always
begin
#5;
infloorButton1=~infloorButton1;
end
always
begin
#10;
outfloorButton3=~outfloorButton3;
end
always
begin
#15;
outfloorButton6=~outfloorButton6;
end
always
begin
#20;
infloorButton8=~infloorButton8;end
initialbegin//InitializeInputsclk=0;powerButton=1;resetButton=0;openButton=0;closeButton=0;infloorButton1=0;infloorButton3=0;infloorButton6=0;infloorButton8=0;
outfloorButton1=0;outfloorButton3=0;outfloorButton6=0;outfloorButton8=0;end
endmodule
仿真结果：
2、电梯上下楼判断模块仿真文件如下：
moduletest;
//Inputsregclk;regpowerButton;regresetButton;regopenButton;regcloseButton;reginfloorButton1;
reginfloorButton3;reginfloorButton6;reginfloorButton8;regoutfloorButton1;regoutfloorButton3;regoutfloorButton6;regoutfloorButton8;
//Outputswire[7:
0]eightDecode;wireflashLight;wiredoorLight;wireupLight;wiredownLight;wirefloorLight1;wirefloorLight3;wirefloorLight6;wirefloorLight8;wiresevenF;wiresevenJ;wiresevenM;wiresevenK;
alwaysbegin
#5;
clk=~clk;end
alwaysbegin
#5;
infloorButton1=~infloorButton1;
end
always
begin
#15;
outfloorButton3=~outfloorButton3;
end
always
begin
#25;
outfloorButton6=~outfloorButton6;
end
always
begin
#35;
infloorButton8=~infloorButton8;
end
initialbegin//InitializeInputsclk=0;powerButton=1;resetButton=0;openButton=0;closeButton=0;infloorButton1=0;infloorButton3=0;infloorButton6=0;infloorButton8=0;outfloorButton1=0;outfloorButton3=0;outfloorButton6=0;outfloorButton8=0;
end
endmodule
仿真结果：
3、电梯开关门模块仿真文件如下：
moduletest;//Inputsregclk;regpowerButton;regresetButton;regopenButton;regcloseButton;reginfloorButton1;reginfloorButton3;reginfloorButton6;reginfloorButton8;regoutfloorButton1;regoutfloorButton3;
regoutfloorButton6;regoutfloorButton8;
//Outputswire[7:
0]eightDecode;wireflashLight;wiredoorLight;wireupLight;wiredownLight;wirefloorLight1;wirefloorLight3;wirefloorLight6;wirefloorLight8;wiresevenF;wiresevenJ;wiresevenM;wiresevenK;
alwaysbegin
#5;
clk=~clk;endalwaysbegin
#8;
openButton=~openButton;end
always#7closeButton=~closeButton;always#50infloorButton8=~infloorButton8;
initialbegin
//InitializeInputsclk=0;
powerButton=1;resetButton=0;openButton=0;closeButton=0;infloorButton1=0;infloorButton3=0;infloorButton6=0;infloorButton8=0;outfloorButton1=0;outfloorButton3=0;outfloorButton6=0;outfloorButton8=0;
//Wait100nsforglobalresettofinish
//Addstimulushereendendmodule
仿真结果：
4、电梯升降模块仿真文件如下：
module
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