电梯控制器报告(Verilog实现)

华中科技大学课程设计报告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：计算机科学与技术班级：学号：姓名：电话：邮件：****************分组：完成日期：2015.10.8指导教师：华中科技大学课程设计报告不建议采用本报告所采用的设计方案（异步时序），因为这样的实现过于复杂且难以调试。

建议仅采用统一的CLK作为always语句的更新条件，以实现同步时序的电路。

华中科技大学课程设计报告目录1课程设计概述 (5)1.1课设目的 (5)1.2课设要求 (5)1.3课设任务 (5)1.4实验环境 (5)2基本方案设计 (7)2.1设计需求 (7)2.2总体结构设计 (8)2.2.1时钟分频 (8)2.2.2七段译码器显示模块 (8)2.2.3电梯请求控制模块 (8)2.2.4电梯开关门控制模块 (9)2.2.5电梯运行总控模块 (9)2.2.6电梯单次运行模块 (9)2.2.7LED灯控制模块 (9)2.3详细设计 (10)2.3.1时钟分频 (10)2.3.2七段译码器显示 (10)2.3.3电梯请求控制模块 (10)2.3.4电梯开关门控制模块 (12)2.3.5电梯运行总控模块 (14)2.3.6电梯单次运行模块 (14)2.3.7LED灯控制模块 (14)2.4实验过程与调试 (15)2.4.1仿真结果 (15)2.4.2主要故障与调试 (32)华中科技大学课程设计报告2.4.3模块内部图 (33)2.5功能测试 (42)2.5.1手动开关门测试 (42)2.5.1重置功能测试 (44)2.5.1常规使用测试 (46)3总结与心得 (50)3.1课设总结 (50)3.2课设心得 (50)参考文献 (52)附录（源程序） (53)华中科技大学课程设计报告1课程设计概述1.1课设目的通过硬件描述语言Verilog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Verilog HDL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）生成熔丝图文件，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）开发环境ISE Project NavigatorISE是使用XILINX的FPGA的必备的设计工具。

目前官方提供下载的最新版本是14.4。

它可以完成FPGA开发的全部流程，包括设计输入、仿真、综合、布局布线、生成BIT文件、配华中科技大学课程设计报告置以及在线调试等，功能非常强大。

ISE除了功能完整，使用方便外，它的设计性能也非常好，拿ISE 9.x来说，其设计性能比其他解决方案平均快30%，它集成的时序收敛流程整合了增强性物理综合优化，提供最佳的时钟布局、更好的封装和时序收敛映射，从而获得更高的设计性能。

先进的综合和实现算法将动态功耗降低了10%。

（2）Basys2 开发板Basys2 开发板是一个电路设计实现平台，任何人都可以通过它来搭建一个真正的数字电路。

Basys2是围绕着一个Xilinx Spartan-3E FPGA芯片和一个Atmel AT90USB USB控制器搭建的，它提供了完整、随时可以使用的硬件平台，并且它适合于从基本逻辑器件到复杂控制器件的各种主机电路。

Basys2板上集成了大量的I/O设备和FPGA所需的支持电路，让用户能够构建无数的设计而不需要其他器件。

用户设计可以不局限于Basys2板本身，还可以通过四个标准的扩展连接口延伸到面包板、用户自定义电路或Pmod模板中。

所有6针接口上的信号都受到ESD和短路保护，从而确保在任何环境中的使用寿命。

Basys2开发板兼容所有版本的Xilinx ISE工具。

Basys2附带一个用于供电和编程的USB下载线，所以就不需要其他供电器件或编程下载线。

华中科技大学课程设计报告2基本方案设计2.1设计需求(1)输入：reset（脉冲），电源（总开关），电梯内部楼层按钮（4个，开关），楼层外部的上下按钮（3楼和6楼的用开关，1楼和8楼的用脉冲），开关门（1个，脉冲）；(2)输出：楼层显示数码管，计时数码管；电梯运行指示灯（电源），电梯上下指示灯，到达楼层指示灯，开关门状态指示灯(3)电源开关作为电路总清零信号，初始状态为Off；拨动“电源开关”，电梯电路进入工作状态；(4)初态为电梯在1楼；(5)电梯可上可下，如果到达某一层需要停下，则开门后停5s，若停5s期间，按关门键，则立刻关门，否则5s后自动关门。

在楼层数码管显示电梯当前所在的楼层；并用时间数码管显示倒计时；不运行时不显示时间；电梯正在上行或下行时，开关门键失效。

(6)电梯处于某层时，可以选择要到达的楼层，选择本楼层则开门。

选其他层时，点击启动按钮，则电梯开始运行。

(7)每次reset拨到0时，电梯正常运行到1楼停止运行；(8)电源打开，电源指示灯亮；(9)电梯门开时，开关门指示灯亮，否则，灭；(10)电梯上行时，上行指示灯亮，下行指示灯灭；电梯下行时，下行指示灯亮，上行指示灯灭；(11)某一楼层内部有请求时，该楼层led灯亮，当电梯处于该层时，led灯灭，其他情况灭；(12)相邻两层运行时间为9s，并用时间数码管显示倒计时；(13)电梯升降的规律：a.原则1：楼层设置优先。

每个选择的楼层都要停止5秒，然后继续运行。

b.原则2：就近原则。

电梯运行时，按照就近原则来定义电梯的运行方向，例如，电梯在3楼，2楼有乘客要下楼，则电梯下行到2楼，在二楼设置楼层为1楼后，下降到1楼；c.原则3：先上后下。

当上下楼层都有请求时，以及同一楼层既有上又有下请求时，华中科技大学课程设计报告先上后下；2.2总体结构设计本控制器为电梯控制器，主要可分为以下七个模块2.2.1时钟分频本模块根据队友及自己的需求自行分频。

详参队友报告。

2.2.2七段译码器显示模块本模块由队友完成。

详参队友报告。

2.2.3电梯请求控制模块本模块负责生成用户请求链、向LHCM模块发送新一轮活动开始信号和确定系统是否在重置状态。

本模块的输入如下：UserOutsideRequestF1、UserOutsideRequestF8、UserOutsideRequestUpF3、UserOutsideRequestUpF6、UserOutsideRequestDownF3、UserOutsideRequestDownF6、UserInsideRequestF1、UserInsideRequestF3、UserInsideRequestF6、UserInsideRequestF8等负责楼层请求的开关/脉冲；rst，重置按钮信号；CLK_1o20，20HZ的时钟；LiftDirectionUp，电梯运行的方向状态，1表示向上，0表示向下；LiftIsStop，电梯是否处于停止运行状态，1表示停止、0表示运行；LiftCurrentFloor，电梯当前楼层状态，输入共八位，低位到高位的每一位都与低到高楼层一一对应，比如八楼即’b10000000；LFCMRequireNewRound，来自LFCM的请求新一轮的脉华中科技大学课程设计报告冲信号；DoorStateChangedFlag，电梯开关门标志脉冲信号，其中DoorStateChangedFlag[0]是开门脉冲，DoorStateChangedFlag[1]是关门脉冲；DoorStateOpen，电梯是否出于开门状态，1表示开门中，0表示关门中。

本模块的输出如下：LFCMStartNewRound，使LFCM开始新轮活动的脉冲信号；UserOutsideUpSelection_True，用户外部向上请求链，低位到高位与低到高楼层一一对应；UserOutsideDownSelection_True，用户外部向下请求链，低位到高位与低到高楼层一一对应；UserInsideSelection_True，用户内部请求链，低位到高位与低到高楼层一一对应；2.2.4电梯开关门控制模块本模块负责控制电梯门的开关及进行相关动作时输出门的状态和开/关门的标志脉冲信号。

本模块的输入如下：UserOutsideRequestF1、UserOutsideRequestF8、UserOutsideRequestUpF3、UserOutsideRequestUpF6、UserOutsideRequestDownF3、UserOutsideRequestDownF6等外部用户请求开关/脉冲；UserDoorClose，开/关门按钮脉冲信号；CLK_1o20，20HZ的时钟；LiftIsStop，电梯是否处于停止运行状态，1表示停止、0表示运行；LiftCurrentFloor，电梯当前楼层状态，输入共八位，低位到高位的每一位都与低到高楼层一一对应，比如八楼即’b10000000；LERMRequireDoorOpen，来自LERM的请求开门信号。

本模块的输出如下：DoorStateChangedFlag，电梯开关门标志脉冲信号，其中DoorStateChangedFlag[0]是开门脉冲，DoorStateChangedFlag[1]是关门脉冲；DoorStateOpen，电梯是否出于开门状态，1表示开门中，0表示关门中。

2.2.5电梯运行总控模块本模块由队友完成。

详参队友报告。

2.2.6电梯单次运行模块本模块由队友完成。

详参队友报告。

2.2.7LED灯控制模块本模块根据队友及自己各自负责模块的显示需求合作完成。

详参队友报告。

华中科技大学课程设计报告2.3详细设计本电梯控制器由主模块和7个子模块构成，七个子模块是并行的，除了外部输入，其他由网线连接，可以互换传递参数。

图2. 1 系统整体模块框图2.3.1时钟分频流程说明及框图详见队友报告。

2.3.2七段译码器显示流程说明及框图详见队友报告。

2.3.3电梯请求控制模块本模块响应用户的请求控制，根据电梯的实际运行状况决定是否将对应请求加入请求链中，并在电梯门打开时在请求链中清除需要被清除的请求。

此外，当模块接收到来自LHCM的请求新轮活动的信号时，当序列链中加入新的请求后即回馈给LHCM开始新轮活动的信号。