三层电梯控制-EDA课程设计（VHDL）

### 三层电梯控制电路设计-EDA课程设计（VHDL） #### 实验目的与意义 本次实验旨在通过设计一个三层电梯控制系统，加深学生对EDA（Electronic Design Automation）技术和VHDL语言的理解与应用。通过实际操作，学生不仅能够熟练掌握状态机设计时序电路的方法，还能增强对所学知识的实际应用能力，提升动手实践技能。此外，实验还着重于利用Quartus II软件进行电路设计，以及利用FPGA验证复杂设计项目的可行性。 #### 实验原理与设计思路 本设计采用Mealy状态机实现电梯运行过程中的状态转换。电梯运行共划分为12个状态，包括上行至不同楼层（UP1_2, UP2_3, UP1_3）、下行至不同楼层（DN2_1, DN3_2, DN3_1）、保持在各楼层（HOLD1, HOLD2, HOLD3）、以及楼层按钮（F1, F2, F3）。为了确保系统稳定性和精确性，设计中使用了分频器将原始时钟频率22.1184Hz降低至0.5Hz，以适应电梯控制的时序需求。 #### 实验内容与步骤 1. **分频电路FP的VHDL代码编写**：需要设计并实现分频电路，其目的是将输入时钟信号从22.1184Hz降至0.5Hz，为后续的电梯控制提供稳定的时钟源。 2. **电梯主控电路的VHDL代码编写**：基于分频后的时钟信号，设计电梯主控电路，该电路需考虑电梯的各种运行状态及其转换逻辑，确保电梯在用户指令下的正常运行。 3. **数码管显示译码电路的VHDL代码编写**：为了直观地展示电梯的当前状态和所在楼层，需要设计数码管显示译码电路。该电路负责将电梯状态转换为数码管显示的信号。 4. **顶层电路的VHDL代码编写**：利用元件例化语句，整合以上所有模块，构建顶层电路。顶层电路将电梯主控电路、分频电路和显示译码电路连接起来，形成完整的电梯控制系统。 5. **实验仿真与硬件验证**：完成所有模块的编码后，进行电路仿真，检查电路功能是否满足设计要求。将顶层电路下载至FPGA中，进行硬件验证，确保设计的可行性和实用性。 #### 实验结果与分析 仿真结果显示，当复位信号（RST）为高电平时，电梯处于保持在第一层的状态（HOLD1），此时数码管显示“01”，表示电梯未运行且位于一楼。通过模拟用户输入（如上行至第二层并停留），系统能够准确响应，显示电梯运行状态和所在楼层，如“01”（上行指示）、“21”（到达二楼并开门）、“91”（关门）、“A2”（继续上行）、“12”（再次开门）、最终回到“02”（保持在二楼）的状态序列。 #### 遇到的问题及解决方法 在实验过程中，初学者可能会遇到时序混乱的问题，这主要是因为对电梯运行状态的时序分析不够细致。解决这一问题的关键在于明确输入输出，并深入理解电梯在日常生活中的运行规律，考虑所有可能的操作场景。此外，合理利用多个数码管显示电梯的运行状态，可以提高系统的直观性和易用性。例如，使用两个数码管分别显示电梯运行方向和所在楼层，可以更清晰地向用户传达信息。同时，注意按键时间和时钟频率的匹配，避免因时序问题导致系统误判。 #### 结论 通过本次实验，学生不仅掌握了VHDL语言和Quartus II软件的应用技巧，还学会了如何设计和实现复杂的数字系统。三层电梯控制系统的设计，不仅提升了学生的理论知识水平，还锻炼了他们的实践能力和问题解决能力，为未来从事电子设计自动化领域的研究和工作打下了坚实的基础。