数字逻辑课程设计电梯控制系统.docx
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数字逻辑课程设计电梯控制系统
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:
班级:
学号:
姓名:
电话:
邮件:
分组:
完成日期:
指导教师:
团队成员:
姓名
班级
学号
贡献百分比
实验部分完成情况
(亮点、完成、
基本完成、未完成、时间)
总分:
实验部分70%+报告30%)
检查老师签名:
1课程设计概述.........................................................................................................................................
1.1课设目的............................................................................................................................
1.2课设要求............................................................................................................................
1.3课设任务............................................................................................................................
1.4实验环境............................................................................................................................
2基本方案设计.........................................................................................................................................
2.1设计需求............................................................................................................................
2.2总体结构设计....................................................................................................................
2.2.1电梯状态判断模块..........................................................................................................
2.2.2电梯上下楼控制模块......................................................................................................
2.2.3电梯开关门模块..............................................................................................................
2.2.4电梯升降模块..................................................................................................................
2.2.5电梯指示灯模块..............................................................................................................
2.2.6电梯数码管显示模块......................................................................................................
2.3详细设计............................................................................................................................
2.3.1电梯状态判断模块..........................................................................................................
2.3.2电梯上下楼控制模块....................................................................................................
2.3.3电梯开关门模块............................................................................................................
2.3.4电梯升降模块................................................................................................................
2.3.5电梯指示灯模块............................................................................................................
2.3.6电梯数码管显示模块....................................................................................................
2.3.7实验过程与调试..............................................................................................................
2.3.8真结果........................................................................................................................
2.3.9主要故障与调试............................................................................................................
1课程设计概述
1.1课设目的
通过硬件描述语言VHDL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VerilogHDL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)生成容丝图文件,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)Basys2开发板(芯片为XC3S100E,封装为CP132)1套;
(2)Xilinx_ISE设计仿真软件1套;
(3)计算机1台。
2基本方案设计
2.1设计需求
随着科学技术的发展以及城市化建设,越来越多的高楼林立在城市之间,对于电梯的需求也愈发强烈。
因此,一部安全可靠的电梯逐渐成为人们热议的话题,而我们要设计的电梯控制系统,能实现各种用户需求,并且安全可靠,足以适应当前社会发展的要求。
2.2总体结构设计
本电梯控制器系统包含:
1)电梯状态判断模块
2)电梯上下楼控制模块
3)电梯开关门模块
4)电梯升降模块
5)电梯指示灯模块
6)电梯数码管显示模块
共六个模块。
电梯分为以下四个状态:
1)关门等待状态
i.此时,电梯门关闭且停在某一楼,等待用户请求。
2)电梯上行状态
i.电梯此刻处于向上运行状态。
3)电梯下行状态
i.电梯此刻处于向下运行状态。
4)开门状态
i.此时,电梯门打开,同时进行关门倒计时。
2.2.1电梯状态判断模块
该模块用于获取电梯此刻的状态,并根据用户请求进行相应状态转变。
输入:
openButton——电梯开门按键
powerButton——电梯电源按键
targetFloor——用户请求的目标楼层
输出:
liftState——电梯状态
2.2.2电梯上下楼控制模块
该模块用于获取用户请求,判断电梯是否到达目标楼层以及进行计时器设置。
输入:
powerButton——电梯电源键
resetButton——电梯重置按键
infloorButton1——电梯内部1楼按键
infloorButton3——电梯内部3楼按键
infloorButton6——电梯内部6楼按键
infloorButton8——电梯内部8楼按键
outfloorButton1——电梯外部1楼按键
outfloorButton3——电梯外部3楼按键
outfloorButton6——电梯外部6楼按键
outfloorButton8——电梯外部8楼按键
liftState——电梯状态输出:
targetFloor——目标楼层
clkFloor——电梯楼层间运行速率
clkLight——电梯运行灯
runTime——电梯运行时间
2.2.3电梯开关门模块
该模块用于处理用户开关门请求并进行关门倒计时
输入:
powerButton——电梯电源按键openButton——电梯开门按键closeButton——电梯关门按键
liftState——电梯状态
输出:
doorTime——关门时间
doorState——电梯门状态
doorLight——电梯门灯
2.2.4电梯升降模块
该模块进行电梯上升、下降处理
输入:
liftState——电梯状态
输出:
currentFloor——当前楼层
2.2.5电梯指示灯模块
该模块用于电梯运行时,控制上行灯、下行灯亮与灭
输入:
liftState——电梯状态
输出:
upLight——电梯上行灯
ownLight——电梯下行灯
runState——电梯运行状态
2.2.6电梯数码管显示模块
该模块用于显示电梯运行时间、关门时间、当前楼层
输入:
currentFloor——当前楼层
runTime——运行时间
doorTime——关门时间
输出:
eightDecode——八段数码显示管
sevenF、sevenJ、sevenM、sevenK——数码扫描管显示
2.2.7总控制模块
结合个子模块,共同实现电梯功能
2.3详细设计
顶层模块——将各个子模块有机结合起来,以实现各个功能
2.3.1电梯状态判断模块
本模块用于处理电梯各种运行状态并进行设置
2.3.2电梯上下楼判断模块
本模块用于处理用户楼层请求、以及判断是否到达目标楼层
2.3.3电梯开关门模块
2.3.4电梯升降模块
2.3.5电梯指示灯模块
本模块用于指示电梯上下运行状态
2.3.6电梯数码管显示模块
2.4实验过程与调试
2.4.1模块内部图
1、主模块
输入:
clk:
时钟端
powerButton:
电源开关resetButton:
重置开关
openButton:
强制开门
closeButton:
强制关门infloorButton1:
一楼内部开关infloorButton3:
三楼内部开关infloorButton6:
六楼内部开关infloorButton8:
八楼内部开关outfloorButton1:
一楼外部开关outfloorButton3:
三楼外部开关outfloorButton6:
六楼外部开关outfloorButton8:
八楼外部开关
输出:
eightDecode:
七段显示译码器flashLight:
电梯运行闪烁灯doorLight:
开门显示灯
upLight:
上升指示灯
floorLight1:
一楼指示灯
floorLight3:
三楼指示灯
floorLight6:
六楼指示灯
floorLight8:
八楼指示灯
sevenF,sevenJ,sevenM,sevenK:
数码管扫描指示
2.4.2仿真结果
1、电梯状态判断模块仿真文件如下:
moduletest;
//Inputsregclk;regpowerButton;regresetButton;regopenButton;
regcloseButton;reginfloorButton1;reginfloorButton3;reginfloorButton6;reginfloorButton8;regoutfloorButton1;regoutfloorButton3;regoutfloorButton6;regoutfloorButton8;
//Outputswire[7:
0]eightDecode;wireflashLight;wiredoorLight;wireupLight;wiredownLight;wirefloorLight1;wirefloorLight3;wirefloorLight6;wirefloorLight8;wiresevenF;wiresevenJ;wiresevenM;wiresevenK;
alwaysbegin
#5;
clk=~clk;
end
always
begin
#5;
infloorButton1=~infloorButton1;
end
always
begin
#10;
outfloorButton3=~outfloorButton3;
end
always
begin
#15;
outfloorButton6=~outfloorButton6;
end
always
begin
#20;
infloorButton8=~infloorButton8;end
initialbegin//InitializeInputsclk=0;powerButton=1;resetButton=0;openButton=0;closeButton=0;infloorButton1=0;infloorButton3=0;infloorButton6=0;infloorButton8=0;
outfloorButton1=0;outfloorButton3=0;outfloorButton6=0;outfloorButton8=0;end
endmodule
仿真结果:
2、电梯上下楼判断模块仿真文件如下:
moduletest;
//Inputsregclk;regpowerButton;regresetButton;regopenButton;regcloseButton;reginfloorButton1;
reginfloorButton3;reginfloorButton6;reginfloorButton8;regoutfloorButton1;regoutfloorButton3;regoutfloorButton6;regoutfloorButton8;
//Outputswire[7:
0]eightDecode;wireflashLight;wiredoorLight;wireupLight;wiredownLight;wirefloorLight1;wirefloorLight3;wirefloorLight6;wirefloorLight8;wiresevenF;wiresevenJ;wiresevenM;wiresevenK;
alwaysbegin
#5;
clk=~clk;end
alwaysbegin
#5;
infloorButton1=~infloorButton1;
end
always
begin
#15;
outfloorButton3=~outfloorButton3;
end
always
begin
#25;
outfloorButton6=~outfloorButton6;
end
always
begin
#35;
infloorButton8=~infloorButton8;
end
initialbegin//InitializeInputsclk=0;powerButton=1;resetButton=0;openButton=0;closeButton=0;infloorButton1=0;infloorButton3=0;infloorButton6=0;infloorButton8=0;outfloorButton1=0;outfloorButton3=0;outfloorButton6=0;outfloorButton8=0;
end
endmodule
仿真结果:
3、电梯开关门模块仿真文件如下:
moduletest;//Inputsregclk;regpowerButton;regresetButton;regopenButton;regcloseButton;reginfloorButton1;reginfloorButton3;reginfloorButton6;reginfloorButton8;regoutfloorButton1;regoutfloorButton3;
regoutfloorButton6;regoutfloorButton8;
//Outputswire[7:
0]eightDecode;wireflashLight;wiredoorLight;wireupLight;wiredownLight;wirefloorLight1;wirefloorLight3;wirefloorLight6;wirefloorLight8;wiresevenF;wiresevenJ;wiresevenM;wiresevenK;
alwaysbegin
#5;
clk=~clk;endalwaysbegin
#8;
openButton=~openButton;end
always#7closeButton=~closeButton;always#50infloorButton8=~infloorButton8;
initialbegin
//InitializeInputsclk=0;
powerButton=1;resetButton=0;openButton=0;closeButton=0;infloorButton1=0;infloorButton3=0;infloorButton6=0;infloorButton8=0;outfloorButton1=0;outfloorButton3=0;outfloorButton6=0;outfloorButton8=0;
//Wait100nsforglobalresettofinish
//Addstimulushereendendmodule
仿真结果:
4、电梯升降模块仿真文件如下:
moduletest;
//Inputsreg
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