电梯控制器 Verilog语言课程设计

目录
摘 2
正文 3
1设计目求 3
2设计原理 3
21 设计实现原理 3
22项目分块实现方案 5
23电梯控制器流程图 6
3设计容 7
31基状态设计 7
32模块设计 8
33波形仿真 9
总结致谢 13
参考文献 14
附录 15















摘
电梯作垂直方交通工具高层建筑公场已成缺设备中国全球电梯市场具强电梯生产力缺乏知识产权核心技术品牌占市场份额少加电梯技术创新发展提升电梯性需引进更技术电梯控制器装置力开发控制器必
电梯微机化控制种形式：PLC控制单片机控制单板机控制单微机控制微机控制工智控制次课程设计采EDA技术进行操作EDA技术破软件硬件间壁垒计算机软件技术硬件实现设计效率产品性合二代表电子设计技术应技术发展方
设计采Verilog HDL语言编程技术源程序Altera公司Quartus II软件仿真


关键字：EDA技术 Verilog HDL语言 Quartus II软件

















正文
1设计目求
1进步巩固理知识培养学理知识实际中应力掌握EDA设计般方法熟悉种EDA软件掌握般EDA系统调试方法利EDA软件设计电子技术综合问题培养Verilog HDL编程书写技术报告力进行工程实际问题研究设计基础
2设计6层电梯控制器电路数码显示电梯楼层号电梯初始状态第楼层楼层电梯外楼请求开关电梯设客达楼层请求开关电梯处楼层升模式降模式指示电梯2秒升降层达停站请求楼层4秒电梯门开开门指示灯亮开门4秒指示灯灭关门关门时间3秒电梯继续运行通快速关门关门中断信号控制记忆电梯外请求信号电梯处升模式时响应电梯位置高楼请求信号直楼请求执行完毕进入降模式
2设计原理
21 设计实现原理
根系统设计求考虑系统检验性整系统输入输出接口设计图1示：系统工作2Hz基准时钟信号CLKIN楼层升请求键UPIN楼层降请求键DOWNIN楼层选择键入键ST_CH提前关门输入键CLOSE延迟关门输入键DELAY电梯运行开关键RUN_STOP电梯运行停止指示键LAMP电梯运行等时间指示键RUN_WAIT电梯楼层指示数码ST_OUT楼层选择指示数码DIRECT
DTKZQ
CLKIN LAMP
UPIN
DOWNIN
ST_CH[1] RU_WAIT
CLOSE ST_OUT
DELAY DIRECT
RUN_STOP




图 1 电梯控制器DTKZQ输入输出接口图
输入端口功：
CLKIN基准时钟信号系统提供2Hz时钟脉升效
UPIN电梯升请求键户电梯控制器发出升请求高电效
DOWNIN电梯降请求键户电梯控制器发出降请求高电效
ST_CH[20]楼层选择键入键结合DIRECT完成楼层选择键入高电效
CLOSE提前关门输入键实现等时间提前关门操作高电效
DELAY 延迟关门输入键实现等时间延迟关门操作高电效
RUN_STOP电梯运行停止开关键实现理员控制电梯运行停止高电效
输出端口：
LAMP电梯运行等指示键指示电梯运行等状况高电效
RUN_WAIT电梯运行等时间指示键指示电梯运行状况等时间长短高电效
ST_OUT电梯楼层指示数码电梯前楼层数1~6层高电效
DIRECT楼层选择指示数码指示户选择楼层数高电效

22项目分块实现方案
电梯控制状态包括运行状态﹑停止状态等状态中运行状态包含状态状态动作开关门客通键入开关门键呼唤键指定楼层钮等控制电梯行停
整电梯控制器DTLZQ应包括组成部分：①时序输出楼选计数器②电梯服务请求处理器③电梯升降控制器④升降寄存器⑤电梯次态生成器该电梯控制器设计关键确定升降寄存器置位复位整系统部组成结构图2示
电梯服务请求处理器
时序输出楼选计数器（DIR）
DRECT
CLKIN
UOIN
DOWNIN
ST_CH




电梯升降
控制器
（LIFTOR）
DELAY
电梯次态生成器（LADD）
升请求寄存器（UR）
降请求寄存器（DR）
CLOSE
RUN_STOP
LAMP
RUN_WAIT
ST_OUT

图2 电梯控制器部组成结构图
时钟CLK

请
求
信
号
输
入
模
块
楼层请求
超 载
超 载
关门中断
提前关门
清楚报警


控

制

模

块


输
出
显示
模块
请求信号显示
运行状态显示
楼层显示
门控制信号
超载报警

图3 电梯控制器系统框图
23电梯控制器流程图
初始化
外部键



否
请求信号寄存器

否请求？
楼层检测
电梯运行
等
判定电梯运行方


目标层层否层？
状态寄存器


部软件执行机构

否


外部硬件执行机构

图4 总流程图

否目标层？
否





电梯停止


开门



关门


否

否停止运行？





停止


图5 电梯控制流程图

3设计容
31基状态设计
1采信号置处理输入信号方式：
always @(call_up_1 or call_up_2 or call_up_3 or call_up_4 or call_up_5)
up_all{1＇b0 call_up_5 call_up_4 call_up_3 call_up_2 call_up_1}
降请求信号实时合(1楼底层降请求考虑通性第1位填零)
always @(call_down_2 or call_down_3 or call_down_4 or call_down_5 or call_down_6)
down_all{call_down_6 call_down_5 call_down_4 call_down_3 call_down_2 1＇b0}
停请求信号实时合
always @(request_1 or request_2 or request_3 or request_4 or request_5 or request_6)
request_all{request_6 request_5 request_4 request_3 request_2 request_1}

2通参数定义信号置方法限状态机联系起
parameter WAIT7＇b0000001 UP7＇b0000010 DOWN7＇b0000100 UPSTOP7＇b0001000 DOWNSTOP7＇b0010000 OPENDOOR7＇b0100000 CLOSEDOOR7＇b1000000
定义楼层符号常量
parameterFLOOR16＇b000001FLOOR26＇b000010FLOOR36＇b000100 FLOOR46＇b001000 FLOOR56＇b010000 FLOOR66＇b100000
parameter TRUE1＇b1 FALSE1＇b0定义门开门关闭符号常量
parameter OPEN1＇b1 CLOSED1＇b0定义电梯升降静止符号常量
parameter UPFLAG2＇b01DNFLAG2＇b10STATIC2＇b00
3采七状态实现限状态机
WAIT
UP
UPSTOP
DOWN
OPENDOOR
DOWNSTOP
CLOSEDOOR

图6状态转换图
黑线：WAIT TO UP TO UPSTOP TO OPENDOOR TO CLOSEDOOR TO WAIT
粉红线：WAIT TO DOWN TO DOWNSTOP TO OPENDOOR TO CLOSEDOOR TO WAIT
32模块设计
1电梯控制器模块elevator_controller：
段智电梯控制器三重部分组成
（a）信号置部分完成5路请求5路请求6路部请求信号置化繁简
（b）三段式限状态机部分请求情况电梯控制器根电梯前状态前楼层判断电梯步该运作
（c）计数器部分完成电梯开门关门时间理
图7电梯控模块
2分频模块frequence_div：
段分频器完成50Mhz1分频操作采传统半翻转计数技巧
图8分频模块
3数码译码模块
33波形仿真
1电梯处初始状态时电梯高层请求时：

图9
2电梯停6楼处等状态时1楼2楼时请求时：
图10
3电梯停1楼处等状态时6楼5楼时请求时：

图11
4电梯停6楼时5楼请求时电梯应该先五楼电梯部请求1楼果电梯降程中2楼请求时电梯应该先相应部请求然相应外部请求：

图12
5电梯强制运行钮forbid：

图13













总结致谢
通次课程设计进步熟悉Quartus II软件操作方法硬件实现时载方法运行方法Verilog HDL语言顶设计方法进步认识中许语句新解掌握独立思考解决问题力锻炼
短暂课程设计结束感谢学生活中予关心帮助
首先感谢XXXX两位位老师次课程设计设计选题课题调研撰写工作实老师指导完成老师渊博知识严谨治学态度丝苟工作作风厌烦精神影响深受益终生老师表示崇高敬意衷心感谢
次课程设计期间课题学予热情帮助私指导学表示衷心感谢
予关心帮助老师学次致衷心感谢参加报告评审答辩老师表示衷心感谢崇高敬意













参考文献
[1] 黄仁欣．EDA技术实教程．北京：清华学出版社2006
[2] 潘松黄继业．EDA技术VHDL．北京：清华学出版社2009
[3] 江国强编著．EDA技术应（第三版）．北京：电子工业出版社2010
[4] 夏宇闻编著．Verilog HDL数字系统设计教程．北京：北京航空航天学出版社2008
[5] 周祖成程晓军马卓钊编著．数字电路系统教学实验教程．北京：科学出版社2010
[6] 周润景苏良碧．基Quartus II 数字系统Verilog HDL设计实例详解．北京：电子工业出版社2010
[7] (美国)Sanir Palnitkar 译者：夏宇闻 胡燕祥 刁岚松．Verilog HDL数字设计综合（第2版）．北京：电子工业出版社2009
[8] 云创工作室．Verilog HDL程序设计实践．北京：民邮电出版社2009
[9] 刘福奇刘波．Verilog HDL应程序设计实例精讲．北京：电子工业出版社2009
[10] 张延伟杨金岩葛爱学．verilog hdl程序设计实例详解．北京：民邮电出版社2008









附录
1分频模块
module frequence_div(cp_50Mcp_1)
input cp_50M板子提供高时钟
output cp_1求秒脉
reg [270] counter_1计数器
reg cp_1类型声明
always@(posedge cp_50M)
begin
if(counter_128＇h17D7840)50M半秒脉翻转
begin
cp_1<~cp_1翻转
counter_1<28＇h0000000
end
else
counter_1 end
endmodule
2智电梯控制模块
module elevator_controller(input ports
cp_50Mclkresetforbid
call_up_1 call_up_2 call_up_3
call_up_4 call_up_5
call_down_2 call_down_3 call_down_4
call_down_5call_down_6
request_1 request_2 request_3
request_4 request_5 request_6
output ports
outLiftStateover_alarmcount_outcount
)
output ports
output [60]out输出楼层
output [60] LiftState输出电梯状态
output over_alarm出错
output [60]count_out计数器输出便控制开关门状态显示
output [20]count计数器
input ports
input cp_50M
input clkresetcall_up_1call_up_2call_up_3call_up_4call_up_5call_down_2call_down_3call_down_4call_down_5call_down_6request_1request_2request_3request_4request_5request_6
input forbid
posPosout关系前状态改变pos立作相应改变PosOut前状态变状态瞬间
PosOut作相应改变WAIT切换第UP时pos立加PosOut等第UP
切换第二UP时加
说简单点移位寄存器便电梯状态实时控制
wire over_alarm
wire [60]out
wire [60]count_out
reg [50]posPosOut
reg [20] count门开持续5时钟周期count计数
reg DoorFlag
reg [10] UpDnFlag
reg [60] LiftStateNextState分表示电梯前状态状态

wire real_clk
up_alldown_allrequest_all分合请求信号请求信号停请求信号
便判断电梯状态间转移时更简洁
reg [50] up_alldown_allrequest_all
定义电梯7种状态符号常量

parameter WAIT7＇b0000001 UP7＇b0000010 DOWN7＇b0000100 UPSTOP7＇b0001000
DOWNSTOP7＇b0010000 OPENDOOR7＇b0100000 CLOSEDOOR7＇b1000000
定义楼层符号常量
parameter FLOOR16＇b000001 FLOOR26＇b000010 FLOOR36＇b000100 FLOOR46＇b001000 FLOOR56＇b010000 FLOOR66＇b100000
parameter TRUE1＇b1 FALSE1＇b0
定义门开门关闭符号常量
parameter OPEN1＇b1 CLOSED1＇b0
定义电梯升降静止符号常量
parameter UPFLAG2＇b01DNFLAG2＇b10STATIC2＇b00

assign real_clk(clk&(~forbid))
采屏蔽时钟方法实现电梯强制禁止运行方法然违反步电路
没时钟门控求负面影响接受

升请求信号实时合(6楼顶层升请求考虑通性第4位填零)
always @(call_up_1 or call_up_2 or call_up_3 or call_up_4 or call_up_5)
up_all{1＇b0 call_up_5 call_up_4 call_up_3 call_up_2 call_up_1}
降请求信号实时合(1楼底层降请求考虑通性第1位填零)
always @(call_down_2 or call_down_3 or call_down_4 or call_down_5 or call_down_6)
down_all{call_down_6 call_down_5 call_down_4 call_down_3 call_down_2 1＇b0}
停请求信号实时合
always @(request_1 or request_2 or request_3 or request_4 or request_5 or request_6)
request_all{request_6 request_5 request_4 request_3 request_2 request_1}

always @(posedge real_clk or posedge reset)
if(reset)
count<0
else if((NextStateOPENDOOR)&&(count<5))or else if(NextStateOPENDOOR)
count else
count<0清零备次计数

display which floor the elevator is
display_decode h1(cp_50MPosOutoutover_alarm)
display_decode_count h2(cp_50Mcountcount_out)


finite state machine in the style of three segments 三段式
1st StateShift always blocksequential state transition限状态机第段
always @(posedge real_clk or posedge reset)
if(reset)
begin
LiftState end
else
LiftState
2nd StateShift always blockcombinational condition judgement限状态机第二段
always @(LiftState or up_all or down_all or request_all or pos or count or UpDnFlag)
case(LiftState)
WAIT
begin
if(request_all>0)停请求否
begin
if((request_all&pos)>0)停请求中前楼层停请求否
NextStateOPENDOOR前楼层请求状态转开门
else if(request_all>pos)前楼层停请求否（优先请求）
NextStateUP状态转升
else
NextStateDOWN前楼层停请求状态转降
end

else if((up_all&pos)||(down_all&pos))请求中前楼层请求否
begin
NextStateOPENDOOR
end
else if((up_all>pos)||(down_all>pos))请求中前楼层请求否
NextStateUP
else if(up_all||down_all)请求中前楼层请求否
NextStateDOWN
else
NextStateWAIT请求继续处WAIT模式

end
UP
begin
if((request_all&pos)||(up_all&pos))停升请求中前楼层请求否
NextStateUPSTOP状态转UPSTOP(停1s开门UPSTOP1s渡期)
else if((request_all>pos)||(up_all>pos))停升请求中前楼层请求否
NextStateUP
else if(down_all>0)降请求否
begin
if((down_all>pos)&&((down_all^pos)>pos))降请求中前楼层请求否
NextStateUP
else if((down_all&pos)||(pos NextStateUPSTOP
else if((down_all&pos)&&(posFLOOR6))事实满足第条件话电梯根会达第四层
NextStateDOWNSTOP
else降请求中前楼层请求
NextStateDOWN
end
else if(request_all||up_all)前楼层停升请求否
NextStateDOWN
else
NextStateWAIT请求转WAIT模式
end

DOWN状态转移请参见UP状态转移
DOWN
begin
if((request_all&pos)||(down_all&pos))
NextStateDOWNSTOP
else if(((request_all&FLOOR1) NextStateDOWN
else if(((down_all&FLOOR1) NextStateDOWN

else if(up_all>0)
begin
if(((up_all&FLOOR1) NextStateDOWN
else if((up_all&pos)&&(pos>FLOOR1))
NextStateDOWNSTOP
else if((up_all&pos)&&(posFLOOR1))
NextStateUPSTOP
else
NextStateUP
end
else if(request_all||down_all)
NextStateUP
else
NextStateWAIT
end

UPSTOP
begin
NextStateOPENDOOR停1时钟周期开门
end
DOWNSTOP
begin
NextStateOPENDOOR停1时钟周期开门
end
OPENDOOR
begin
if(count<5)开门足5周期继续转移开门状态
NextStateOPENDOOR
else
NextStateCLOSEDOOR开门5周期关门
end
CLOSEDOOR
begin
if(UpDnFlagUPFLAG)开门关门前电梯处升状态
begin
if((request_all&pos)||(up_all&pos))升停请求中前楼层请求否关门瞬间新请求
NextStateOPENDOOR
else if((request_all>pos)||(up_all>pos))升停请求中前楼层请求否
NextStateUP
else if(down_all>0)降请求否
begin
if((down_all>pos)&&((down_all^pos)>pos))
NextStateUP前楼层降请求状态转移升
else if((down_all&pos)>0)前楼层降请求信号更层降请求
NextStateOPENDOOR
else低前层降请求
NextStateDOWN
end
else if(request_all||up_all)升停请求中前层请求前层请求
NextStateDOWN
else
NextStateWAIT请求转WAIT模式
end

请参考UpDnFlagUPFLAG注释
else if(UpDnFlagDNFLAG)
begin
if((request_all&pos)||(down_all&pos))
NextStateOPENDOOR
else if(((request_all&FLOOR1) NextStateDOWN
else if(((down_all&FLOOR1) NextStateDOWN
else if(up_all>0)
begin
if(((up_all&FLOOR1) NextStateDOWN
else if((up_all&pos)>0)
NextStateOPENDOOR
else
NextStateUP
end
else if(request_all||down_all)
NextStateUP
else
NextStateWAIT
end

请参考WAIT模式注释
else
begin
if(request_all>0)
begin
if((request_all&pos)>0)
NextStateOPENDOOR
else if(request_all>pos)
NextStateUP
else
NextStateDOWN
end
else if((up_all&pos)||(down_all&pos))
begin
NextStateOPENDOOR
end
else if((up_all>pos)||(down_all>pos))
NextStateUP
else if(up_all||down_all)
NextStateDOWN
else
begin
NextStateWAIT
end

end

end
default
NextStateWAIT

endcase

3rd StateShift always blockthe sequential FSM output限状态机第三段
always @(posedge real_clk or posedge reset)output
if(reset)
复位初始化前楼层第层门关闭电梯静止
begin
pos DoorFlag UpDnFlag end
else
begin
PosOut case(NextState)
WAIT
状态WAIT时楼层变门关闭电梯静止模式情况请家推导
begin
pos DoorFlag UpDnFlag end
UP
begin
pos DoorFlag UpDnFlag end
DOWN
begin
pos>1
DoorFlag UpDnFlag end
UPSTOP
begin
pos DoorFlag UpDnFlag end
DOWNSTOP
begin
pos DoorFlag UpDnFlag end
OPENDOOR
begin
pos DoorFlag UpDnFlag end
CLOSEDOOR
begin
pos DoorFlag UpDnFlag end
default
默认情况
begin
pos DoorFlag UpDnFlag end
endcase
end
endmodule

3数码译码模块
module display_decode(cp_50Minoutover_alarm)
input [50]in
input cp_50M

output [60]out
output over_alarm
reg [60]out
reg over_alarm
always@(posedge cp_50M)
begin
case(in)
6＇b000000out<7＇b100_00000
6＇b000001out<7＇b111_10011
6＇b000010out<7＇b010_01002
6＇b000100out<7＇b011_00003
6＇b001000out<7＇b001_10014
6＇b010000out<7＇b001_00105
6＇b100000out<7＇b000_00106
defaultover_alarm<1
endcase
end
endmodule

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