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1、山东建筑大学信息与电气工程学院学院课程设计说明书1目录目录摘 要.2正文.31 设计目的及要求 .32 设计原理 .32.1 设计实现原理 .32.2 项目分块及其实现方案.52.3 电梯控制器的流程图.63 设计内容 .73.1 基本状态设计.73.2 模块设计.83.3 波形仿真.9总结与致谢.13参考文献.14附录.15山东建筑大学信息与电气工程学院学院课程设计说明书2摘摘 要要电梯作为垂直方向的交通工具，在高层建筑和公共场所已成为不可或缺的设备。中国是全球最大的电梯市场，也具有最强的电梯生产能力，但由于缺乏自主知识产权和核心技术，自主品牌占市场的份额很少。因此要加大对电梯技术的创新和发
2、展，提升电梯的性能，就需要引进更好的技术，电梯控制器就是很好的装置，大力开发控制器是很必要的。 电梯的微机化控制主要有以下几种形式：PLC 控制；单片机控制；单板机控制；单微机控制；多微机控制；人工智能控制。本次课程设计采用了 EDA 技术进行操作 EDA 技术打破了软件和硬件间的壁垒，使计算机的软件技术与硬件实现、设计效率与产品性能合二为一，它代表了电子设计技术和应用技术的发展方向。本设计采用 Verilog HDL 语言的编程技术，源程序 Altera 公司的 Quartus II软件仿真。关键字：EDA 技术; Verilog HDL 语言; Quartus II 软件山东建筑大学信息与
3、电气工程学院学院课程设计说明书3正文正文1 设计目的及要求设计目的及要求1、设计一个 6 层电梯控制器电路，用数码管显示电梯所在楼层号，电梯初始状态为第一楼层；每楼层电梯外都有上、下楼请求开关，电梯内设有乘客到达楼层的请求开关、电梯所处楼层、上升模式及下降模式的指示；电梯每 2 秒升降一层，到达有停站请求的楼层后，经 4 秒电梯门打开，开门指示灯亮，开门 4 秒后，指示灯灭，关门，关门时间 3 秒，电梯继续运行。可以通过快速关门和关门中断信号控制；能记忆电梯内外的请求信号，当电梯处于上升模式时，只响应比电梯所在位置高的楼请求信号，直到最后一个上楼请求执行完毕，再进入下降模式。2、进一步巩固理论
4、知识，培养所学理论知识的在实际中的应用能力；掌握EDA 设计的一般方法；熟悉一种 EDA 软件，掌握一般 EDA 系统的调试方法；利用 EDA 软件设计一个电子技术综合问题，培养 Verilog HDL 编程、书写技术报告的能力。为以后进行工程实际问题的研究打下设计基础。2 设计原理设计原理2.1 设计实现原理根据系统设计要求，并考虑到系统的可检验性，整个系统的输入输出接口 设计如图 1 所示：系统工作用 2Hz 基准时钟信号 CLKIN,楼层上升请求键 UPIN, 楼层下降请求键 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，电梯运行的开
5、关键 RUN_STOP，电梯运行或停止指示键 LAMP,电 梯运行或等待时间指示键 RUN_WAIT,电梯所在楼层指示数码管 ST_OUT,楼层选择 指示数码管 DIRECT。山东建筑大学信息与电气工程学院学院课程设计说明书4图图 1.1. 电梯控制器电梯控制器 DTKZQDTKZQ 的输入输出接口图的输入输出接口图各输入端口的功能如下：CLKIN:基准时钟信号，为系统提供 2Hz 的时钟脉冲，上升沿有效；UPIN:电梯上升请求键。由用户向电梯控制器发出上升请求。高电平有效；DOWNIN:电梯下降请求键，由用户向电梯控制器发出下降请求。高电平有效；ST_CH2.0:楼层选择键入键，结合 DIR
6、ECT 完成楼层选择的键入，高电平有效；CLOSE:提前关门输入键。可实现无等待时间的提前关门操作，高电平有效；DELAY:延迟关门输入键。可实现有等待时间的延迟关门操作，高电平有效；RUN_STOP:电梯运行或停止开关键。可实现由管理员控制电梯的运行或停止，高电平有效。一下为输出端口：LAMP:电梯运行或等待指示键，指示电梯的运行或等待状况。高电平有效；RUN_WAIT:电梯运行或等待时间指示键，指示电梯运行状况或等待时间的长短，高电平有效；ST_OUT:电梯所在楼层指示数码管，只是电梯当前所在的楼层数。即 16 层，高电平有效；DIRECT:楼层选择指示数码管，指示用户所要选择的楼层数，高
7、电平有效。DTKZQCLKIN LAMPUPIN DOWNINST_CH1 RU_WAITCLOSE ST_OUTDELAY DIRECTRUN_STOP山东建筑大学信息与电气工程学院学院课程设计说明书52.2 项目分块及其实现方案电梯的控制状态包括运行状态停止状态及等待状态，其中运行状态又包含向上状态和向下状态。主要动作有开、关门，乘客可通过键入开、关门按键，呼唤按键，指定楼层按钮等来控制电梯的行与停。据此，整个电梯控制器 DTLZQ 应包括如下几个组成部分：时序输出及楼选计数器；电梯服务请求处理器；电梯升降控制器；上升及下降寄存器；电梯次态生成器。该电梯控制器设计的关键是确定上升及下降寄存
8、器的置位与复位。整个系统的内部组成结构图 2 所示。电梯服务电梯服务 请求处理请求处理 器器时序输出及时序输出及 楼选计数器楼选计数器 （DIR）DRECTCLKINUOIN DOWNIN ST_CH电梯升降电梯升降控制器控制器 （LIFTOR）DELAY电梯次态电梯次态 生成器生成器 （LADD ）上升请求上升请求 寄存器寄存器 （UR）下降请求下降请求 寄存器寄存器 （DR）CLOSERUN_STO PLAMPRUN_WAITST_OU T图图 2.2. 电梯控制器的内部组成结构图电梯控制器的内部组成结构图山东建筑大学信息与电气工程学院学院课程设计说明书6时钟 CLK请 求 信 号 输 入
9、 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所在楼层显示门控制信号超载报警图图 3.3. 电梯控制器系统框图电梯控制器系统框图2.3 电梯控制器的流程图图 4 总流程图外部按键请求信号寄存器状态寄存器内部软件执行机构外部硬件执行机构山东建筑大学信息与电气工程学院学院课程设计说明书73 设计内容设计内容3.1 基本状态设计1、采用信号并置处理很多输入信号的方式：always (call_up_1 or call_up_2 or call_up_3 or call_up_4 or call_up_5)up_all=1b0, call
10、_up_5, call_up_4, call_up_3, call_up_2, call_up_1; /将各下降请求信号实时地合并(1 楼为底层,无下降请求,考虑到通用性,将 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, 1b0; /将各停靠请求信号实时地合并 always (request_1 or request_2
11、 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、通过参数定义把信号并置的方法和有限状态机联系起来parameter WAIT=7b0000001, UP=7b0000010, DOWN=7b0000100, UPSTOP=7b0001000, DOWNSTOP=7b0010000, OPENDOOR=7b0100000, CLOSEDOOR=7b1000000; /定义楼层的符号常
12、量parameterFLOOR1=6b000001,FLOOR2=6b000010,FLOOR3=6b000100, FLOOR4=6b001000, FLOOR5=6b010000, FLOOR6=6b100000;parameter TRUE=1b1, FALSE=1b0;/定义门打开和门关闭的符号常量山东建筑大学信息与电气工程学院学院课程设计说明书8parameter OPEN=1b1, CLOSED=1b0;/定义电梯上升，下降和静止的符号 常量parameter UPFLAG=2b01,DNFLAG=2b10,STATIC=2b00; 3、采用了七个状态实现了有限状态机WAITUPU
13、PSTOPDOWNOPENDOORDOWNSTOPCLOSEDOOR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 3.2 模块设计1、电梯主控制器模块 elevator_controller： 此段智能电梯控制器由三个重要部分组成的。 （a）信号并置部分，完成对 5 路向上请求、5 路向下请求、6 路内部请求的 信号并置，化繁为简。 （b）三段式有限状态机部分。在有请求的情况下，电梯控制器还要根据电梯 的当前状态和当前的楼层去判断电梯的下一步该如何运作。 （c）计数器部分。完成电梯的开门、关门的时间管理。山东建筑大学信息与电气工程学院学院课程设计说明书9Parameter.Value.cp_50M clk reset f orbid call_up_1 call_up_2 call_up_3 call_up_4 c
