智能电梯控制器设计报告.docx

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智能电梯控制器设计报告

（封面）

XXXXXXX学院

智能电梯控制器设计报告

题目：

院（系）：

专业班级：

学生姓名：

指导老师：

时间：

年月日

一、设计要求与思路

1.1设计要求

①楼层的高度大于等于6，根据降低运行成本的原则，设计并实现一个以方向优先电梯调度算法。

②要求能够使用按键模拟对电梯的控制，为了便于观察，将电梯所在的楼层（1~6）用数码管显示出来，将电梯的上下楼状态（上，下，开门，关门，静止）用发光管或数码管显示出来，并且能够实现对电梯实现锁定禁止运行。

③画出电梯控制器的状态机，写出状态编码方案。

④用Verilog语言对设计进行描述，并下载到实验板上调试成功，适当增加比较符合现实的控制限制。

⑤写出设计性实验报告，并打印各层次的源文件和仿真波形，然后作简要说明。

并谈谈此次实验的收获、感想及建议

1.2设计思路

我把电梯的状态分为三种：

上升、下降、停留（其中包括开门、关门、禁止），状态分别编码为00、01、10来识别。

楼层设计为六层，一般的电梯在每层外面都有上下请求的按钮，还有电梯内部的一楼到六楼的请求，以及持续开门、关门的请求。

我们可以通过按键的输入对各种变量进行赋值，代表不同的请求，然后用case语句分各个楼层进行条件判断，每层分为两大块的响应，即本层有无需求，若有需求，则进行开门动作，若无需求，则分上升的状态和下降和停留的状态，分别又有不同的请求（除第一层和第六层特殊，只有上升的或下降的请求），上升下降分别作不同的响应（主要对i值进行变化）即可

输入主要用按键实现（六个楼层加向上向下两个，共八个），电梯的状态分为4种，上升，下降，停留，禁止分别用4个LED灯来表示，用数码管显示电梯所在楼层。

对电梯的锁定操作，是同时按上下两个按键，电梯锁定的操作是电梯自动回到一楼，并对请求无任何响应。

之后对该系统进行了改进，对于开门与关门的区别，我采用LCD显示，主要是对停留状态进行进一步分解，停留时对LCD显示进行控制，从而显示开门关门状态。

二、系统设计

2.1系统框图和说明

系统分为四个模块，分别为分频模块、LCD模块、数码管显示模块、主控制模块，各模块协调工作，共同实现电梯系统的正常运行。

外界请求时钟

时钟50MHz输入1Hz1Hz

时钟输入为开发板上自带的50MHz的晶体振荡器，外界请求表示拨动各种开关来实现不同的请求。

LCD显示包括LCD的初始延时，LCD的主程序，LCD的控制程序。

2.2各模块的详细说明

分频模块

分频模块的实现是靠对输入的时钟进行计数来实现的，计数到一定的数后对输出的时钟进行取反，同时计数清零，重新进行计数，这样就实现了分频。

主程序模块

主程序模块主要是对楼层i进行划分，分别写其对输入信号的响应。

开始是把各种input与所设的变量进行联系，这样对变量就可以对整个系统进行控制。

情况可分为以下几种，首先是本层有无需求，若有，则进行停留，并进行开门关门动作，若无，则又根据电梯的状态进行分类，上升，下降或者停留，其中都各有上升的请求、下降的请求；对情况进行分析，然后对变量重新赋值，这样再下一个时钟来时就会继续产生不同的响应，此时的状态也有变化。

其中上升下降的操作用i+1,i-1来实现。

LCD模块

LCD模块主要是主控制程序中的control变量进行控制，对于每次control变化，LCD都会重新写一次数据，并且数据也是根据control的不同进行选择。

数码管模块

数码管模块是对楼层i进行译码然后进行显示，这里不赘述。

2.3系统转态转换图

状态图分析：

每当条件变化时，状态再一定的时间后更新，然后通过LED灯和数码管可以看到状态的变化。

S=00表示电梯处于停留状态，此间可进行开门关门操作，即用LCD显示开门关门状态；S=01代表电梯处于上升阶段，S=10代表电梯处于下降阶段，其状态的转换是根据有无上升下降的需求来进行条件判断的，每一次状态转换都会对已完成的需求进行清零操作，然后进行下一步的请求执行。

实例说明：

当此时电梯处于一楼，我们将六楼的开关向上拨动并复位，此时将变量floor3[5]=1，符合向上的要求，即只需floor3[1]~floor[5]任意一个为一，都会执行i+1操作，并将状态识别为S=01，直到电梯到达六楼，此时i=6，floor[5]=1,满足开门的条件判断，将状态转换为00，并改变control的值来实现LCD的显示，control=10，显示开门，0.5S后改为control=11，显示关门，最后control=00，即清屏，关门结束，不显示任何信息。

2.4输入输出设计

按键输入

上面左边的六个键分别是各层楼的需求按钮（从右到左分别是1~6）右边单独的两个是A、B两个键，分别表示外面有需求（配合楼层键进行）。

注意楼层键拨动后要复位，然后是A、B两键都拨上去的时候，电梯自动锁定，并且自动回到一楼。

数码管和LCD

LCD显示的箭头方向表示开门和关门，最右端的数码管显示电梯所在楼层。

LED灯

左边单个亮表示电梯处于停留状态，后面三个，第一个表示上升状态，第二个表示电梯锁定状态，第三个表示下降状态。

三、系统仿真

3.1各个情况下的仿真波形

注意，这里是在使用时钟分频前仿真的。

有以下各种情况：

上升请求

下降请求

多个上升请求

多个下降请求

电梯锁定

四、实验总结

4.1心得体会

本次的电子课程设计我选择了智能电梯控制。

选择题目时，因为电梯是我们再熟悉不过的了，所以以为设计会比较简单，然而真正实现起来并没有那么容易。

首先电梯请求会有多种情况，如何选取最有效率的步骤才是关键。

后来我通过实际了解电梯的流程，来通过状态图表示了算法。

本次课设我觉得给我最大的收获就是对Verilog语言的掌握和模块思想的更深刻的理解。

在大二时，我们学习了数字电路中的Verilog，并通过它进行了FPGA的数字钟设计。

然而此次的课程设计却要远远难于数字钟。

因此经过分析之后，我决定把大工程分成几个子模块来进行分别设计，这样会降低难度，也利于管理。

之后我又学习了Verilog语言，通过Altera公司网站上的教程，因此对它也有了更好的掌握。

附录：

源代码

moduledianti（ledup,leddown,ledforbid,ledstay,A,B,c1,c2,c3,c4,c5,c6,clock,out,LCD_DATA,LCD_EN,LCD_RS,LCD_RW,LCD_ON,LCD_BLON,test）;

outputledup,leddown,ledstay,ledforbid;

output[6:

0]out;

outputLCD_EN,LCD_RS,LCD_RW,LCD_ON,LCD_BLON;

output[1:

0]test;//用于测试开门关门状态

inputA,B,clock,c1,c2,c3,c4,c5,c6;

inout[7:

0]LCD_DATA;//.输入输出变量的声明

reg[4:

0]floor1;

reg[5:

1]floor2;

reg[5:

0]floor3;

reg[3:

0]i;

reg[1:

0]s;

reg[6:

0]out;

reg[3:

0]t;

reg[1:

0]control;//寄存器变量

wireclk_out;//分频后的输出时钟

wire[1:

0]test;

regledup,leddown,ledforbid,ledstay;

assigntest=control;

Clockc（clock,clk_out）;//分频

LCDd（clock,control,LCD_DATA,LCD_EN,LCD_RS,LCD_RW,LCD_ON,LCD_BLON）;//LCD显示

always@（posedgeclk_out）

begin

t<=t+4'b0001;

ledup<=（s==2'b01&&!

（A==1&&B==1））;//电梯上升中

leddown<=（s==2'b10&&!

（A==1&&B==1））;//电梯下降中

ledforbid<=（A==1&&B==1）;//电梯处于锁定

ledstay<=（s==2'b00&&!

（A==1&&B==1））;//电梯停留

if（A==1&&B==0）

begin//requestup

if（c5==1）

floor1[4]<=1;

if（c4==1）

floor1[3]<=1;

if（c3==1）

floor1[2]<=1;

if（c2==1）

floor1[1]<=1;

if（c1==1）

floor1[0]<=1;

end

elseif（B==1&&A==0）

begin//requestdown

if（c6==1）

floor2[5]<=1;

if（c5==1）

floor2[4]<=1;

if（c4==1）

floor2[3]<=1;

if（c3==1）

floor2[2]<=1;

if（c2==1）

floor2[1]<=1;

end

elseif（A==0&&B==0）//requestintheelv

begin

if（c6==1）

floor3[5]<=1;

if（c5==1）

floor3[4]<=1;

if（c4==1）

floor3[3]<=1;

if（c3==1）

floor3[2]<=1;

if（c2==1）

floor3[1]<=1;

if（c1==1）

floor3[0]<=1;

end

else

begin

floor1[4:

0]<=floor1[4:

0];

floor2[5:

1]<=floor2[5:

1];

floor3[5:

1]<=floor3[5:

1];

floor3[0]<=1;

end

case（i）

1:

//the1stfloor

begin

if（floor1[0]==1'b1||floor3[0]==1'b1）//openthendoor

begin

if（t==2）

begin

s<=2'b00;//stop

control<=2'b10;

end

if（t==4）

begin

control<=2'b11;

end

if（t==6）

begin

floor1[0]<=1'b0;

floor3[0]<=1'b0;

control<=2'b00;

t<=0;

end

end

elseif（floor1[0]!

=1'b1&&floor3[0]!

=1'b1&&t==2）

begin

t<=0;

if（floor1[4:

1]==4'b0000&&floor2[5:

1]==5'b00000&&floor3[5:

1]==5'b00000）

i<=1;

else

begin

s<=2'b01;//up

i<=i+4'b0001;

end

end

end

2:

//the2edfloor

begin

if（（floor1[1]==1'b1||floor3[1]==1'b1））//本层有需求，停留后开门和关门

begin

if（t==2）

begin

s<=2'b00;

control<=2'b10;

end

if（t==4）

begin

control<=2'b11;//开门

end

if（t==6）

begin

floor1[1]<=1'b0;

floor3[1]<=1'b0;

control<=2'b00;//关门

t<=0;

end

end

elseif（!

（s==2'b01&&（floor1[1]==1'b1||floor3[1]==1'b1））&&!

（s==2'b10&&（floor2[1]==1'b1||floor3[1]==1'b1））&&t==2）//本层无需求

begin

t<=0;

if（s==2'b01）//若处于上升中

if（floor1[4:

2]!

=3'b000||floor2[5:

2]!

=4'b0000||floor3[5:

2]!

=4'b0000）//上面有需求

i<=i+4'b0001;

elseif（floor1[4:

2]==3'b000&&floor2[5:

2]==4'b0000&&floor3[5:

2]==4'b0000&&floor3[0]==1'b1）//下面有需求

begin

s<=2'b10;//down

i<=i-4'b0001;

end

else

s<=2'b00;

elseif（s==2'b10）//down//若处于下降中

if（floor3[0]!

=1'b0||floor1[0]!

=1'b0）//下面有需求

i<=i-4'b0001;

elseif（floor1[0]==1'b0&&floor3[0]==1'b0&&floor1[4:

2]!

=3'b000）//上面有需求

begin

s<=2'b01;//up

i<=i+4'b0001;

end

else

s<=2'b00;

elseif（s==2'b00）//若处于停留

if（floor1[4:

2]!

=3'b000||floor2[5:

2]!

=4'b0000||floor3[5:

2]!

=4'b0000）//上面有需求

begin

s<=2'b01;//up

i<=i+4'b0001;

end

elseif（floor1[0]!

=1'b0||floor3[0]!

=1'b0）//下面有需求

begin

s<=2'b10;//down

floor2[1]<=1'b0;

floor3[1]<=1'b0;

i<=i-4'b0001;

end

end

end

//下面几层都和二层的情况一样，故不做相应的注释

3:

//the3rdfloor

begin

if（（floor1[2]==1'b1||floor3[2]==1'b1））//openthendoor

begin

if（t==2）

begin

s<=2'b00;

control<=2'b10;

end

if（t==4）

begin

control<=2'b11;

end

if（t==6）

begin

floor1[2]<=1'b0;

floor3[2]<=1'b0;

control<=2'b00;

t<=0;

end

end

elseif（（floor2[2]==1'b1||floor3[2]==1'b1））//openthendoor

begin

if（t==2）

begin

s<=2'b00;

control<=2'b10;

end

if（t==4）

begin

control<=2'b11;

end

if（t==6）

begin

floor2[2]<=1'b0;

floor3[2]<=1'b0;

control<=2'b00;

t<=0;

end

end

elseif（!

（s==2'b01&&（floor1[2]==1'b1||floor3[2]==1'b1））&&!

（s==2'b10&&（floor2[2]==1'b1||floor3[2]==1'b1））&&t==2）

begin

t<=0;

if（s==2'b01）//up

if（floor1[4:

3]!

=2'b00||floor2[5:

3]!

=3'b000||floor3[5:

3]!

=3'b000）

i<=i+4'b0001;

elseif（floor1[4:

3]==2'b00&&floor2[5:

3]==3'b000&&floor3[5:

3]==3'b000&&（floor2[1]!

=1'b0||floor3[1:

0]!

=2'b00））

begin

s<=2'b10;//down

i<=i-4'b0001;

end

else

s<=2'b00;

elseif（s==2'b10）//down

if（floor1[1:

0]!

=2'b00||floor3[1:

0]!

=2'b00||floor2[1]!

=1'b0）

i<=i-4'b0001;

elseif（floor2[1]==1'b0&&floor3[1:

0]==2'b00&&floor3[1:

0]==2'b00&&floor1[4:

3]!

=2'b00）

begin//up

s<=2'b01;

i<=i+4'b0001;

end

else//stop

s<=2'b00;

elseif（s==2'b00）

if（floor1[4:

3]!

=2'b00||floor2[5:

3]!

=3'b000||floor3[5:

3]!

=3'b000）//up

begin

s<=2'b01;

i<=i+4'b0001;

end

elseif（floor1[1:

0]!

=2'b00||floor2[1]!

=1'b0||floor3[1:

0]!

=2'b00）//down

begin

s<=2'b10;

i<=i-4'b0001;

end

else

s<=2'b00;

end

end

4:

//the4thfloor

begin

if（（floor1[3]==1'b1||floor3[3]==1'b1））//openthendoor

begin

if（t==2）

begin

s<=2'b00;

control<=2'b10;

end

if（t==4）

begin

control<=2'b11;

end

if（t==6）

begin

floor1[3]<=1'b0;

floor3[3]<=1'b0;

control<=2'b00;

t<=0;

end

end

elseif（（floor2[3]==1'b1||floor3[3]==1'b1））//openthendoor

begin

if（t==2）

begin

s<=2'b00;

control<=2'b10;

end

if（t==4）

begin

control<=2'b11;

end

if（t==6）

begin

floor2[3]<=1'b0;

floor3[3]<=1'b0;

control<=2'b00;

t<=0;

end

end

elseif（!

（s==2'b01&&（floor1[3]==1'b1||floor3[3]==1'b1））&&!

（s==2'b10&&（floor2[3]==1'b1||floor3[3]==1'b1））&&t==2）

begin

t<=0;

if（s==2'b01）//up

if（floor1[4]!

=1'b0||floor2[5:

4]!

=2'b00||floor3[5:

4]!

=2'b00）

i<=i+4'b0001;

elseif（floor1[4]==1'b0&&floor2[5:

4]==4'b00&&floor3[5:

4]==4'b00&&（floor2[2:

1]!

=2'b00||floor3[2:

0]!

=3'b000））

begin

s<=2'b10;//down

i<=i-4'b0001;

end

else

s<=2'b00;

elseif（s==2'b10）//down

if（floor1[2:

0]!

=3'b000||floor3[2:

0]!

=3'b000||floor2[2:

1]!

=2'b00）

i<=i-4'b0001;

elseif（floor2[2:

1]==2'b00&&floor3[2:

0]==3'b000&&floor1[4]==1'b1）

begin

s<=2'b01;//up

i<=i+4'b0001;

end

else

s<=2'b00;

elseif（s==2'b00）

if（floor1[4]!

=1'b0||floor2[5:

4]!

=2'b00||floor3[5:

4]!

=4'b00）

begin

s<=2'b01;//up

i<=i+4'b0001;

end

elseif（floor1[2:

0]!

=3'b000||floor2[2:

1]!

=2'b00||floor3[2:

0]!

=3'b000）

begin

s<=2'b10;//down

i<=i-4'b0001;

end

end

end

5:

//the5thfloor

begin

if（（floor1[4]==1'b1||floor3[4]==1'b1））//openthendoor

begin

if（t==2）

begin

s<=2'b00;

control<=2'b10;

end

if（t==4）

begin

control<=2'b11;

end

if（t==6）

begin

floor1[4]<=1'b0;

floor3[4]<=1'b0;

control<=2'b00;

t<=0;

end

end

elseif（（floor2[4]==1'b1||floor3[4]==1'b1））//openthendoor

begin

if（t==2）

begin

s<=2'b00;

control<=2'b10;

end

if（t==4）

begin

control<=2'b11;

end

if（t==6）

begin

floor2[4]<=1'b0;

floor3[4]<=1'b0;

control<=2'b00;

t<=0;

end

end

elseif（!

（s==2'b01&&（floor1[4]==1'b1||floor3[4]==1'b1））&&!

（s==2'b10&&（floor2[4]==1'b1||floor3[4]==1'b1））&&t==2）

begin

t<=0;

if（s==2'b01）//up

if（floor3[5]==1'b1||floor2[5]==1'b1）

i<=i+4'b0001;

elseif（floor2[5]==1'b0&&floor3[5]==1'b0&&（floor2[3:

1]!

=3'b000||floor3[3:

0]!

=4'b0000））

begin

s<=2'b1