数字逻辑课程设计电梯控制系统.docx
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数字逻辑课程设计电梯控制系统
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与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与基本方法,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、测试与排除故障。
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,然后进行编译与仿真,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,判断电梯就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
数码管显示模块
电梯状态判断模块
总控制模块
电梯升降模块
电梯指示灯模块
电梯上下楼模块
电梯开关门模块
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
模块
开始
电源
键开关
开
关
电梯置于
关门状态
开门
键
开
电梯
处于关门状态
就是
电梯置于开
门状态
关
电梯处于
上升状
态
否
否
当前楼层与
目标
楼层就是否相等
就是
电梯置于
关门状态
电梯运行
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、以及判断就是否到达目标楼层
模块
开始
电源
键就是否打开
就是
否
电梯
目标楼层
请求
清空
电梯
计时器清零
电梯重置
按下
楼层请求只
为
1
楼
其她
楼层请求清零
未按
根据
用户具体
楼层
按
键,设置相应楼层请求
电梯
达到
指定
楼层后,
对应
楼层请求清空
2、3、3电梯开关门模块
本
模块用于
电梯静止时运行
状态
否
就是
否
就是
就是
否
就是
模块
开始
电源
键就是否打开
强制开关打开并且电梯运
行状态为开门或静止
开门指示灯亮,开门
状态为开,开始
5
秒
倒计时
电梯运动状态为
打开强制关门键
开门指示灯灭,倒计
时直接置为
0
开门指示灯亮,
倒计时
5
秒
开门指示灯灭,状态为关门状
态。
关门计时为
0
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
电梯下行
状态
否
模块
开始
电梯上行
状态
否
就是
就是
上行
指示
灯灭
下行
指示灯亮
上行
指示
灯
亮,
下行
指示灯
灭
上、下
下指示灯均灭
2、3、6电梯数码管显示模块
否
就是
扫描分频
显示当前楼层
电梯状态为上升或
者下降
显示楼层间
9
秒倒计时
电梯状态为开门
显示
5
秒开门倒计时
模块
开始
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;regpo
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