FPGA的六层电梯控制器Verilog语言

一、设计要求
设计一个六层楼自动电梯控制器，电梯内有六个输入按钮响应用户的上下楼层请求，并有八段数码管显示电梯当前所在楼层位置；在每层电梯入口处设有请求按钮开关，指示用户的上或下的请求。由电机正反转控制电梯的上下运动，超载或关门中断由压力传感器传来信号给控制装置。电梯工作过程共有9种状态：等待、上升、下降、开门、关门、停止、休眠、超载报警以及故障报警状态。一般情况下，电梯工作起始点是第一层，起始状态是等待状态，启动条件是收到上升请求。
控制电路应能记忆所有楼层请求信号，并按方向优先控制规则依次响应：运行过程中先响应最早的请求，再响应后续的请求。如果无请求则停留当前层。如果有两个同时请求信号，则判断请求信号离当前层的距离，距离近的请求先响应，再响应较远的请求。每个请求信号保留至执行后清除。
二、设计目的
熟练使用Altera QuartusII 仿真软件。
掌握verilog硬件描述语言进行硬件编程。
掌握状态机的原理，结构和设计。
理解FPGA技术的层次化设计方法。
理解并掌握电梯控制器的原理。
三、设计原理
此设计问题可分为请求信号输入模块、主控模块、移位寄存显示模块和楼层显示几部分(如电梯控制器系统框图所示)。
在请求信号输入模块中，设置六个开关电平信号d1,d2,d3,d4,d5,d6(表示6个楼层的请求信号，每次最多允许两个信号同时请求。)在主控模块中设置开门指示信号door(door=1为开门状态；door=0为关门状态)。
在移位寄存显示模块中设置六个LED显示信号o1,o2,o3,o4,o5,o6(表示当前所在楼层及发出请求信号的楼层),用移位寄存模块的up表示电梯上行（右移），down表示电梯下行（左移）。电梯初始状态是处在一层，当前楼层经主控模块送数码管显示。

图6 电梯控制器系统框图
当前楼层信号A和请求信号B在主控模块中进行实时比较，当A<B时，主控模块的输出使移位寄存模块的UP信号有效，电梯上行，直到A=B，电梯开门（door=1）5秒，若A>B，则移位寄存模块的down信号有效，电梯下行，直到A=B，电梯开门5秒，如此反复。若没有请求信号输入，则电梯停在当前楼层不动。若同时有两个请求信号输入，主控模块应能将两个请求信号分别与当前楼层信号比较，使电梯先去距离较近的楼层。
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。

图 1. 电梯控制器DTKZQ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_CH[2…0]:楼层选择键入键，结合DIRECT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1~6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，高电平有效。

2.2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：①时序输出及楼选计数器；②电梯服务请求处理器；③电梯升降控制器；④上升及下降寄存器；⑤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器的置位与复位。整个系统的内部组成结构图2所示。

图2. 电梯控制器的内部组成结构图

            图3.  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

                                    图5 电梯控制主流程图

最后

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