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1、大连东软信息学院 本科毕业设计（论文）本科毕业设计（论文） 系系 所：所： 电子工程系 专专 业：业： 电子信息工程（集成电路设计与系统方向） 学生姓名：学生姓名： 学生学号：学生学号： 指导教师：指导教师： 导师职称：导师职称： 讲师 完成日期：完成日期： 2014 年 3 月 10 日 论文题目论文题目：基于基于 FPGAFPGA 的高低层电梯控制系统设计与实现的高低层电梯控制系统设计与实现 大连东软信息学院 Dalian Neusoft University of Information 大连东软信息学院毕业设计（论文） 摘 要 I 基于基于 FPGAFPGA 的高低层电梯控制系统设计的
2、高低层电梯控制系统设计 摘摘 要要 电梯作为高层建筑中不可缺少的垂直运输工具，已逐渐成为我们生活中的一部分。 随着我国经济以及科技的不断发展，电梯的控制系统也逐渐向着“智能化”的方向发 展。对于电梯的控制，传统的方法是采用继电器来进行控制，而随着 EDA 技术的发展， FPGA 已广泛地应用到电子设计控制的各个方面。考虑到现有的很多电梯都是高低层用 户共用，导致了电梯空驶率高、用户等待时间长等问题，造成效率低下，增加了各方 面的时间成本与财力成本。考虑到这些问题，所以进行了对电梯高低分层实施控制的 设计，这样的话，高层用户和低层用户分别使用不同的电梯，能有效解决电梯利用率 低和用户的使用矛盾。
3、本设计就是基于 FPGA 来实现对高低层电梯的控制。 本设计所使用的硬件描述语言为 Verilog，软件使用 Quartus II 进行 FPGA 开发， 包括编程、综合、调试等，系统验证使用 Modelsim。本高低层电梯控制系统功能包括： 显示电梯层数、响应楼层请求、电梯上升下降指示、电梯开关门、显示电梯当前运行 状态等。同时，该设计采用模块化编程，可为实现任意多层电梯系统而升级，具有很 强的适应性和实用性。 关键词关键词：FPGA，电梯控制器，高低层电梯 大连东软信息学院毕业设计（论文） Abstract II Design of FPGA-based High-low-rise Ele
4、vator Control System Design Abstract The elevator as an indispensable vertical transport in skyscraper, it has gradually become an important part of life. With the development of the economy and technology, the elevator control system is also gradually toward “intelligent“ direction. For the elevato
5、r control, the traditional method is to control the use of single-chip design, and with the development of EDA technology, FPGA can be widely applied to control various aspects of electronic design. The fact that residents living in high floors and in low floors share the same elevators leads to fre
6、quent phenomenon of “elevator running without passengers“ and of passengers long waits, which causes low productivity and increases in time costs and financial costs. Considering these drawbacks, we design a control system to separate the operations by high-floor residents and by low-floor residents
7、. In this case, high-floor residents and low-floor residents use different elevators, solving the problem of low utilization rate and using conflicts between different passengers. This design is based on FPGA to realize the separate controls of passengers from different floors. The design of the har
8、dware description language is Verilog and the FPGA development uses Quartus II to conduct. We also use Modelsim to verify the system. The system includes programming, integration, and debugging. Also, the features include displaying elevator layers, the response of floor request, indicating the risi
9、ng and falling of the elevator, the elevator door switch. Meanwhile, this design uses modular programming. If it upgrades, the project could suit the arbitrary multilayer elevator system. It has the very strong adaptability and practical. Key words: FPGA, Elevator controller, High-low-rise elevator
10、大连东软信息学院毕业设计（论文） 目 录 III 目目 录录 摘 要I ABSTRACTII 第 1 章 绪 论.1 1.1 课题研究背景与意义.1 1.2 课题研究内容与方法.1 1.3 课题研究现状.1 第 2 章 关键技术介绍.3 2.1 FPGA 介绍3 2.2 VERILOG HDL 硬件描述语言3 2.3 CYCLONE II 芯片3 第 3 章 系统需求分析.5 3.1 系统设计目标.5 3.2 系统主要模块描述.5 3.3 系统非功能需求.6 3.4 系统开发环境.6 3.5 系统可行性分析.7 3.5.1 技术可行性.7 3.5.2 经济可行性.7 第 4 章 系统设计.8
11、4.1 系统架构.8 4.2 状态机设计.9 4.3 数据通道设计.10 4.3.1 楼层计数模块.10 4.3.2 按键寄存器清空模块.11 大连东软信息学院毕业设计（论文） 目 录 IV 4.3.3 信号寄存模块.11 4.3.4 楼层选择模块.12 4.4 译码电路及显示模块设计.12 4.4.1 楼层/状态译码模块 .12 4.4.2 LED 显示模块.12 4.4.3 动态扫描的七段数码管显示模块.13 第 5 章 系统实现15 5.1 软件配置15 5.2 功能模块实现15 5.2.1 系统流程15 5.2.2 数据通道实现16 5.2.3 状态机实现17 第 6 章 系统测试18
12、 6.1 功能验证.18 6.2 系统上板测试.19 6.2.1 Signal Tap II 信号提取 .19 6.2.2 FPGA 正常运行 20 第 7 章 结 论23 参考文献24 致 谢26 附录 A27 附录 B28 大连东软信息学院毕业设计（论文） -1- 第第 1 章章 绪绪 论论 1.1 课题研究课题研究背景与意义背景与意义 随着社会的发展，现在的楼房层数也在逐渐升高，电梯在居民小区的安装越来越 普及。电梯的便利让人们上下楼省时省力，尤其是能方便一些腿脚不便的人群。但是 随着高层建筑的增多（十五层以上） ，坐电梯的等待时间也变得令人难以接受，人少的 时候如果高层住户和低层住户同
13、时呼叫会造成很大的浪费：住户等待时间长、电梯空 驶时间长，这造成了时间与成本的双重浪费；在人多的时候，由于经常会发生“超重” 的情况，电梯甚至会在超重状态下不断在有响应的楼层停下，造成电梯效率极其低下。 为了解决这种问题，决定设计出一种高低层分用的电梯控制系统。 FPGA 是一种专门从事逻辑控制的微型计算机系统。由于其具有性能稳定、抗干 扰能力强、设计配置灵活等特点，因此使用 FPGA 作为电梯控制器可以更好地合理分 配居民的共用资源，更有效率地处理人们在搭乘电梯时遇到的不便之处，同时也极大 地提高了电梯的利用率，避免浪费。 1.2 课题研究内容与方法课题研究内容与方法 本控制系统中最关键的地
14、方就是如何合理规划电梯对于用户请求的响应，现实中 的电梯运行起来很复杂，会考虑到多种情况，尤其是电梯运行中，很多楼层都有向上 或者向下的请求。在每种情况下，电梯应该如何运作，该不该停，继续向原有方向前 进还是转换方向，这都需要我们设计的时候去思考。毕竟这是一个很实际的控制，稍 微出一点问题的话，都会给用户带来很大的不便。针对这个问题，我们需要上网进行 资料的查找，了解电梯运行状态，并实际去找电梯验证，感受一下电梯是如何处理一 个个复杂情况的。 另一个很重要的问题就是时序问题，因为用户的动作是不可预见的，和能在任何 时间、任何情况下都会有使用电梯的请求。由此可见，这对于时序有着很大要求，必 须要
15、正确、迅速地处理各个请求，然后予以执行，控制电梯的上升、下降或者停止运 行。 1.3 课题研究现状课题研究现状 随着我国城乡居民生活水平的不断提高，高层建筑物的不断增多，电梯已越来越 走进我们的生活。而电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具，面对人们对其要求的提 高，其自身也在不断的优化中。针对传统的单片机设计的电梯控制器外围电路复杂， 大连东软信息学院毕业设计（论文） -2- 性能不稳定的缺点，从而提出了基于 FPGA 的高低层电梯控制系统设计。目前，FPGA 逻辑器件正往低电压、低功耗、系统内可重构和高速可预测延时器件的方向发展。而 这种基于芯片的设计方法可以减少芯片的数量，缩小系统体积，降低
16、能源消耗，提高 系统性能和可靠性。因此这样的控制能更好的提高电梯的控制水平，并改善电梯运行 的舒适感。而将这种设计方案运用到电梯中，也已成为时代之需。 大连东软信息学院毕业设计（论文） -3- 第第 2 章章 关键技术介绍关键技术介绍 本设计是基于 FPGA 硬件平台的系统，FPGA 相对于单片机、CPLD 而言，拥有 更庞大的资源以及运算速度，能很好地解决对于精度、速度要求很高的场合，而且拥 有很多可定制的内容，便于设计人员进行升级、维护等。 2.1 FPGA 介绍介绍 FPGA（FieldProgrammable Gate Array） ，也被称为现场可编程门阵列，这种器件 的产生是由于 CP
