数电实验报告-简易三层电梯控制器

数字电路与逻辑设计实验简易电梯控制器实验报告电子工程学院2010211205班张阗目录一、功能设计 (3)1、电梯运行规则 (3)2、实验板硬件实现 (3)二、程序架构 (4)1、分频模块 (5)2、状态机模块 (5)3、寄存器模块 (6)4、外部显示模块 (6)三、程序代码 (7)四、结果仿真 (17)五、实验心得 (20)一、功能设计1、电梯运行规则电梯初始状态为一层开门状态。

电梯外部设有1层请求上升、2层请求下降、2层请求上升、3层请求下降按钮；内部设有1层到达、2层到达、3层到达、关门按钮。

可显示电梯当前所在楼层、外部请求楼层、内部请求楼层。

可现实上升或下降状态。

电梯每秒上升(下降)一层楼。

电梯到达需要停止的楼层，经过1秒电梯门打开，开门指示灯亮，开门4秒后，电梯门关闭(开门指示灯灭)，电梯继续运行，直至执行完最后一个请求信号后停留在当前层。

电梯需要寄存器来记忆电梯内外所有请求，并按照电梯运行规则按顺序响应，每个请求信号保留至执行后消除。

当电梯处于上升模式时，只响应比电梯所在位置高的上楼请求信号和停站请求信号，由下而上逐个执行，直到最后一个上楼请求执行完毕；如果高层有下楼请求，则直接上升到有下楼请求的最高层，然后进入下降模式。

当电梯处于下降模式时则与上升模式相反。

2、实验板硬件实现（1）控制部分（输入）：（2）显示部分（输出）：二、程序架构图1 程序架构1、分频模块外部时钟频率为50M，通过分频模块后得到不同功能对应的频率，作为其他模块的时钟输入，包括：状态机模块中的电梯控制时钟、寄存器模块中的按键保存时钟、外部显示模块中的数码管扫描时钟和点阵扫描时钟。

2、状态机模块状态机模块包括十个状态，分别为：stopon1（位于1层），dooropen（开门），doorclose（关门），doorwait1（开门等待第1秒），doorwait2（开门等待第2秒），doorwait3（开门等待第3秒），doorwait4（开门等待第4秒），up（上升），down（下降），stop（停止）。

电梯初始状态为stopon1，各状态之间的转移情况如图2所示。

图2 状态转移图3、寄存器模块由于纽扣按钮不能长时间按下，所以需要寄存器模块中的变量来储存按钮的输入。

当按下某按钮时，其对应布尔型变量为‘1’，即使松开按钮，该变量仍然为‘1’。

寄存器模块包括各层的上升、下降、请求停站信号，来控制各状态间的转移。

4、外部显示模块外部显示模块包括数码管显示和点阵显示的控制。

根据点阵显示图形的特征，设置点阵扫描方式为逐行扫描，以保证各点亮度的均衡性。

控制行时，低电平对应亮，高电平对应灭；控制列时，高电平对应亮，低电平对应灭。

三、程序代码library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;use ieee.std_logic_arith.all;entity threelift isport(clk_in:in std_logic;close:in std_logic; --关门信号reset:in std_logic; --异步复位端口f1upbutton:in std_logic; --一层上升请求端口f2upbutton:in std_logic; --二层上升请求端口f2dnbutton:in std_logic; --二层下降请求端口f3dnbutton:in std_logic; --三层下降请求端口stop1button:in std_logic; --一层停站请求端口stop2button:in std_logic; --二层停站请求端口stop3button:in std_logic; --三层停站请求端口position:buffer integer range 1 to 3; --电梯位置信号udsig:buffer std_logic; --上升或下降信号fuplight,fdnlight,stoplight:buffer std_logic_vector(3 downto 1);--上升、下降、停站请求寄存信号doorlight:out std_logic; --开关门状态信号row: out std_logic_vector(7 downto 0);col: out std_logic_vector(7 downto 0);cat:out std_logic_vector(5 downto 0);led:out std_logic_vector(6 downto 0);beep:out std_logic);end entity threelift;architecture one of threelift istype lift_state is --定义十个状态(stopon1,dooropen,doorclose,doorwait1,doorwait2,doorwait3,doorwait4,up,down,stop);signal mylift:lift_state;signal clearup:std_logic; --上升和停站请求清除信号signal cleardn:std_logic; --下降和停站请求清除信号signal buttonclk,liftclk,ledclk,clk_2:std_logic; --分频后时钟signal q1:integer range 0 to 24999999; --分频中间变量signal q2:integer range 0 to 39999999;signal q3:integer range 0 to 9;signal q4:integer range 0 to 49;signal duan:std_logic_vector(6 downto 0); --数码显示管中间变量signal shuju:std_logic_vector(3 downto 0); --选择输入端的中间变量signal cnt:std_logic_vector(2 downto 0); --控制数码管的中间变量signal aim,request,stair:std_logic_vector(3 downto 0); --控制数码管的传值变量signal hang: std_logic_vector(7 downto 0); --控制点阵的行signal lie: std_logic_vector(7 downto 0); --控制点阵的列signal count: std_logic_vector(2 downto 0); --控制点阵的中间变量beginprocess(clk_in) --分频模块beginIf(clk_in' event and clk_in='1')thenIf q1=24999999 then q1<=0;buttonclk<=not buttonclk;else q1<=q1+1;end if;end if;end process;process(clk_in)beginIf(clk_in' event and clk_in='1')thenIf q2=39999999 then q2<=0;liftclk<=not liftclk;else q2<=q2+1;end if;end if;end process;process(clk_in)beginIf(clk_in' event and clk_in='1')thenIf q3=9 then q3<=0;ledclk<=not ledclk;else q3<=q3+1;end if;end if;end process;process(clk_in)beginIf(clk_in' event and clk_in='1')thenIf q4=49 then q4<=0;clk_2<=not clk_2;else q4<=q4+1;end if;end if;end process;ctrlift:process(reset,liftclk) --状态机模块variable pos:integer range 3 downto 1;beginif reset='1' then --异步复位，电梯的初始状态为一层开门状态mylift<=stopon1;clearup<='0';cleardn<='0';elseif liftclk'event and liftclk='1' thencase mylift iswhen stopon1=>doorlight<='1';position<=1;pos:=1;mylift<=doorwait1; --电梯等待4swhen doorwait1=>clearup<='0';cleardn<='0';if(close='1') thenmylift<=doorclose; --如果有关门信号，则转至关门状态elsemylift<=doorwait2;end if;when doorwait2=>if(close='1') thenmylift<=doorclose; --如果有关门信号，则转至关门状态elsemylift<=doorwait3;end if;when doorwait3=>if(close='1') thenmylift<=doorclose; --如果有关门信号，则转至关门状态elsemylift<=doorwait4;end if;when doorwait4=>mylift<=doorclose;when doorclose=> --关门，判定电梯下一个运行方式doorlight<='0';if udsig='1' then --电梯正在上升if position=3 thenif fuplight="000" and fdnlight="000" and stoplight="000" then--没有请求信号时，电梯停在当前层udsig<='0';mylift<=doorclose;elsif fdnlight(3)='1' or stoplight(3)='1' then--本层有请求信号时，电梯开门udsig<='0';mylift<=dooropen;else --否则下降udsig<='0';mylift<=down;end if;elsif position=2 thenif fuplight="000" and fdnlight="000" and stoplight="000" thenudsig<='1';mylift<=doorclose;elsif fuplight(2)='1' or stoplight(2)='1' then--本层有上升或停站请求时时，电梯开门udsig<='1';mylift<=dooropen;elsif fuplight="000" and stoplight="000" and fdnlight="010" then--只有二层有下降请求时，电梯开门udsig<='0';mylift<=dooropen;elsif stoplight(3)='1' or fdnlight(3)='1' then--三层有停站请求或下降请求，则上升udsig<='1';mylift<=up;elseudsig<='0';mylift<=down;end if;elsif position=1 thenif fuplight="000" and fdnlight="000" and stoplight="000" thenudsig<='1';mylift<=doorclose;elsif stoplight(1)='1' or fuplight(1)='1' thenudsig<='1';mylift<=dooropen;elseudsig<='1';mylift<=up;end if;end if;elsif udsig='0' then --电梯正在下降if position=3 thenif fuplight="000" and fdnlight="000" and stoplight="000" then udsig<='0';mylift<=doorclose;elsif fdnlight(3)='1' or stoplight(3)='1' thenudsig<='0';mylift<=dooropen;elseudsig<='0';mylift<=down;end if;elsif position=2 thenif fuplight="000" and fdnlight="000" and stoplight="000" then udsig<='0';mylift<=doorclose;elsif fdnlight(2)='1' or stoplight(2)='1' thenudsig<='0';mylift<=dooropen;elsif fdnlight="000" and stoplight="000" and fuplight="010" then udsig<='1';mylift<=dooropen;elsif fuplight(1)='1' or stoplight(1)='1' then--一层有停站请求或上升请求，则下降udsig<='0';mylift<=down;elseudsig<='1';mylift<=up;end if;elsif position=1 thenif fuplight="000" and fdnlight="000" and stoplight="000" then udsig<='1';mylift<=doorclose;elsif stoplight(1)='1' or fuplight(1)='1' thenudsig<='1';mylift<=dooropen;elseudsig<='1';mylift<=up;end if;end if;end if;when up=> --电梯处于上升状态position<=position+1; --电梯楼层数加一pos:=pos+1;if pos<3 and (stoplight(pos)='1' or fuplight(pos)='1') thenmylift<=stop;--电梯在一层或二层，本层有停站或上升请求时，则停止elsif pos=3 and (stoplight(pos)='1' or fdnlight(pos)='1') thenmylift<=stop;--电梯处在三层，并且有三层停站或下降请求，则停止elsemylift<=doorclose;end if;when down=> --电梯处在下降状态position<=position-1; --电梯楼层数减一pos:=pos-1;if pos>1 and (stoplight(pos)='1' and fdnlight(pos)='1') thenmylift<=stop;elsif pos=1 and (stoplight(pos)='1' or fuplight(pos)='1') thenmylift<=stop;elsemylift<=doorclose;end if;when stop=>mylift<=dooropen;when dooropen=>doorlight<='1';if udsig='1' thenif position<3 and (fuplight(pos)='1' or stoplight(pos)='1') then clearup<='1'; --清除当前层上升和停站请求elseclearup<='1';cleardn<='1';end if;elsif udsig='0' thenif position>1 and (fdnlight(pos)='1' or stoplight(pos)='1') then cleardn<='1'; --清除当前层下降和停站请求elseclearup<='1';cleardn<='1';end if;end if;mylift<=doorwait1;end case;end if;end if;end process ctrlift;ctrlight:process(reset,buttonclk) --寄存器模块beginif reset='1' then --复位，寄存信号清零fuplight<="000";fdnlight<="000";stoplight<="000";elseif buttonclk'event and buttonclk='1' thenif clearup='1' then --上升和停站请求清零fuplight(position)<='0';stoplight(position)<='0';elseif f1upbutton='1' then --记忆各层上升请求fuplight(1)<='1';elsif f2upbutton='1' thenfuplight(2)<='1';end if;end if;if cleardn='1' then --下降和停站请求清零fdnlight(position)<='0';stoplight(position)<='0';elseif f2dnbutton='1' then --记忆各层下降请求fdnlight(2)<='1';elsif f3dnbutton='1' thenfdnlight(3)<='1';end if;end if;if stop1button='1' then --记忆各层停站请求stoplight(1)<='1';elsif stop2button='1' thenstoplight(2)<='1';elsif stop3button='1' thenstoplight(3)<='1';end if;end if;end if;end process ctrlight;process(position)beginif reset='1'thenstair<="0001";elseif position=1 thenstair<="0001";elsif position=2 thenstair<="0010";elsif position=3 thenstair<="0011";end if;end if;end process;process(stoplight)beginif reset='1' thenaim<="0001";elseif stoplight(1)='1' thenaim<="0001";elsif stoplight(2)='1'thenaim<="0010";elsif stoplight(3)='1'thenaim<="0011";end if;end if;end process;process(fuplight)beginif reset='1' thenrequest<="0001";elseif fuplight(1)='1'or fdnlight(1)='1' then request<="0001";elsif fuplight(2)='1'or fdnlight(2)='1'then request<="0010";elsif fuplight(3)='1'or fdnlight(3)='1'thenrequest<="0011";end if;end if;end process;process(ledclk) --数码管控制模块beginif (ledclk'event and ledclk='1') thenif cnt="101" then cnt<="000";else cnt<=cnt+1; --每有一个扫描信号上升沿实现加1扫描end if;end if;end process;process(cnt)begincase cnt is --扫描时给每个数码管赋值when "000"=>cat<="111110"; shuju<=stair;when "001"=>cat<="111101";shuju<="0000";when "010"=>cat<="111011";shuju<=aim;when "011"=>cat<="110111";shuju<="0000";when "100"=>cat<="101111";shuju<=request;when "101"=>cat<="011111";shuju<="0000";when others=> null;end case;end process; --结束进程process(shuju) --开始进程(译码显示)begincase shuju iswhen "0000"=>duan<="0111111"; --0when "0001"=>duan<="0000110"; --1when "0010"=>duan<="1011011"; --2when "0011"=>duan<="1001111"; --3when "0100"=>duan<="1100110"; --4when "0101"=>duan<="1101101"; --5when "0110"=>duan<="1111101"; --6when "0111"=>duan<="0000111"; --7when "1000"=>duan<="1111111"; --8when "1001"=>duan<="1101111"; --9when others=>null;end case;end process;led<=duan;process(clk_2) --点阵控制模块beginif (clk_2'event and clk_2='1') thenif count="111" then count<="000";else count<=count+1; --每有一个扫描信号上升沿实现加1扫描end if;end if;end process; --结束进程process(count)beginif udsig='1'thencase count iswhen "000"=>hang<="01111111";lie<="00011000";when "001"=>hang<="10111111";lie<="00111100";when "010"=>hang<="11011111";lie<="01011010";when "011"=>hang<="11101111";lie<="10011001";when "100"=>hang<="11110111";lie<="00011000";when "101"=>hang<="11111011";lie<="00011000";when "110"=>hang<="11111101";lie<="00011000";when "111"=>hang<="11111110";lie<="00011000";when others=>null;end case;elsecase count iswhen "000"=>hang<="01111111";lie<="00011000";when "001"=>hang<="10111111";lie<="00011000";when "010"=>hang<="11011111";lie<="00011000";when "011"=>hang<="11101111";lie<="00011000";when "100"=>hang<="11110111";lie<="10011001";when "101"=>hang<="11111011";lie<="01011010";when "110"=>hang<="11111101";lie<="00111100";when "111"=>hang<="11111110";lie<="00011000";when others=>null;end case;end if;row<=hang;col<=lie;end process;end architecture one;四、结果仿真1、电梯位于1层→内部有到达2层请求→电梯上升至2层→开门，关门。