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

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时间：年月日

目录

一、设计要求与思路 (3)

1.1 设计要求 (3)

1.2 设计思路 (3)

二、系统设计 (3)

2.1系统框图和说明 (3)

2.2 各模块的详细说明 (4)

分频模块 (4)

主程序模块 (4)

LCD模块 (4)

数码管模块 (4)

2.3 系统转态转换图 (5)

2.4 输入输出设计 (6)

按键输入 (6)

数码管和LCD (6)

LED灯 (6)

三、系统仿真 (7)

3.1 各个情况下的仿真波形 (7)

上升请求 (7)

下降请求 (7)

多个上升请求 (8)

多个下降请求 (8)

电梯锁定 (8)

四、实验总结 (9)

4.1 心得体会 (9)

附录：源代码........................................................................................................................... 9~28

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

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

module dianti(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);

output ledup,leddown,ledstay,ledforbid;

output [6:0]out;

output LCD_EN, LCD_RS, LCD_RW, LCD_ON, LCD_BLON;

output [1:0]test;//用于测试开门关门状态

input A,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

wire clk_out;//分频后的输出时钟

wire [1:0]test;

reg ledup,leddown,ledforbid,ledstay;

assign test=control;

Clock c(clock,clk_out); //分频

LCD d(clock,control,LCD_DATA,LCD_EN, LCD_RS, LCD_RW, LCD_ON, LCD_BLON);//LCD显示always @(posedge clk_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 // request up

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

else if (B==1 && A==0)

begin //request down

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

else if(A==0 && B==0) //request in the elv

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: // the 1st floor

begin

if(floor1[0]==1'b1 ||floor3[0]==1'b1 ) //open then door 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

else if(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: //the 2ed floor

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

else if (!(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;

else if (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;

else if(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;

else if( 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;

else if( 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

else if(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: //the 3rd floor

begin

if( (floor1[2]==1'b1 || floor3[2]==1'b1) ) //open then door

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

else if ( (floor2[2]==1'b1 || floor3[2]==1'b1) ) //open then door

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

else if (!(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;

else if ( 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;

else if(s==2'b10) //down

if(floor1[1:0]!=2'b00 ||floor3[1:0]!=2'b00 || floor2[1]!=1'b0)

i<=i-4'b0001;

else if(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;

else if( 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

else if(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: //the 4th floor

begin

if( (floor1[3]==1'b1 || floor3[3]==1'b1)) //open then door

begin

if(t==2)

begin

s<=2'b00;

control<=2'b10;

end

begin

control<=2'b11;

end

if(t==6)

begin

floor1[3]<=1'b0;

floor3[3]<=1'b0;

control<=2'b00;

t<=0;

end

end

else if ( (floor2[3]==1'b1 || floor3[3]==1'b1) ) //open then door

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

else if (!(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;

else if (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

s<=2'b00;

else if(s==2'b10) //down

if(floor1[2:0]!=3'b000 || floor3[2:0]!=3'b000 ||floor2[2:1]!=2'b00 )

i<=i-4'b0001;

else if(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;

else if( 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

else if(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: //the 5th floor

begin

if( (floor1[4]==1'b1 || floor3[4]==1'b1) ) //open then door

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

else if ( (floor2[4]==1'b1 || floor3[4]==1'b1) ) //open then door

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

else if (!(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;

else if (floor2[5]==1'b0 && floor3[5]==1'b0 && (floor2[3:1]!=3'b000 || floor3[3:0]!=4'b0000))

begin

s<=2'b10;//down

i<=i-4'b0001;

end

else //stop

s<=2'b00;

else if(s==2'b10) //down

if(floor1[3:0]!=4'b0000 || floor3[3:0]!=4'b0000 || floor2[3:1]!=3'b000)

i<=i-4'b0001;

else if(floor2[3:1]==3'b000 && floor1[3:0]==4'b0000 && floor3[3:0]==4'b0000 && floor3[5]==1'b1 )

s<=2'b01; //up

i<=i+4'b0001;

end

else //stop

s<=2'b00;

else if( s==2'b00)

if( floor2[5]==1'b1 || floor3[5]==1'b1)

begin

s<=2'b01;//up

i<=i+4'b0001;

end

else if(floor1[3:0]!=4'b0000 || floor2[3:1]!=3'b000 || floor3[3:0]!=4'b0000) begin

s<=2'b10; //down

i<=i-4'b0001;

end

end

end

6: //the 6th floor

begin

if( floor2[5]==1'b1 ||floor3[5]==1'b1) //open then door

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

floor2[5]<=1'b0;

floor3[5]<=1'b0;

control<=2'b00;

t<=0;

end

end

else if(!( floor2[5]==1'b1 ||floor3[5]==1'b1) && t==2)

begin

if(floor1[4:0]==5'b00000 && floor2[4:1]==4'b0000 && floor3[4:0]==5'b00000) i<=i;

else

begin

s<=2'b10; //down

i<=i-4'b0001;

end

end

end

default:

i<=1;

endcase

case(i)

4'b0001:out=7'b1111001;

4'b0010:out=7'b0100100;

4'b0011:out=7'b0110000;

4'b0100:out=7'b0011001;

4'b0101:out=7'b0010010;

4'b0110:out=7'b0000010;

default:out=7'b1111001;//译码器译码

endcase

end

endmodule

module Clock(clk,clk_out);

input clk;

output clk_out;

reg clk_out;

reg [25:0]Q;

always @(posedge clk)

begin

if(Q==26'b110000000000000000000000)

begin

clk_out=~clk_out;//当计数到一定数量的时候新时钟跳变

Q=26'b0;

end

else

begin

Q=Q+26'b1;

end

end