基于FPGA的六层电梯智能控制系统 矩阵键盘-数码管 上板仿真均验证通过
基于FPGA的六层电梯智能控制系统
- 前言
- 一、整体方案
- 二、软件设计
- 总结
前言
本设计基于FPGA实现了一个完整的六层电梯智能控制系统，旨在解决传统电梯控制系统在别墅环境中存在的个性化控制不足、响应速度慢等问题。系统采用Verilog HDL语言编程，基于Cyclone IV E系列FPGA平台开发，通过模块化设计方法实现了顶层调度、按键扫描、按键转换、电梯控制器和数码管显示等功能模块。系统硬件采用EP4CE6E22C8N芯片为核心，配合4×4矩阵键盘模块进行电梯内外按键输入，14个LED灯显示电梯外部按钮状态，4位数码管显示当前楼层和运行状态。软件设计基于状态机实现，包括电梯运行状态和门控状态，通过复杂的状态转换逻辑实现了电梯上下行控制、楼层请求处理和开关门操作。系统采用"同向优先"的调度算法提高电梯运行效率，通过ModelSim仿真验证了系统在各种操作场景下的正确性和稳定性。结果表明，该基于FPGA的电梯控制系统具有响应速度快、运行精确度高和系统稳定性好的特点，能够有效满足别墅电梯对智能化控制的需求。
一、整体方案
本设计实现了一个完整的六层电梯控制系统，采用Verilog HDL语言在FPGA平台上实现，通过状态机控制电梯的运行逻辑，模拟真实电梯的上下行、楼层请求和开关门操作。整个系统基于Cyclone IV E系列FPGA芯片，采用分层设计方法，包括顶层模块的资源调度、电梯控制器的核心算法、按键扫描和状态显示等多个功能模块，实现了电梯内外按键输入识别、电梯运行状态显示、楼层信息显示等功能，同时考虑了电梯的安全性，增加了门控系统实现开关门的控制逻辑，通过状态机精确控制电梯的运行和停靠，确保电梯能够按照合理的路径响应所有楼层请求。
硬件系统采用EP4CE6E22C8N为核心的FPGA开发板作为控制核心，配合4×4矩阵键盘模块进行电梯内外按键输入的模拟，14个LED灯模块用于显示电梯外部按钮状态（按下后亮起，到达指定楼层后熄灭），4位数码管模块用于显示电梯当前楼层和运行状态（第一位显示当前楼层，第四位显示上行、下行或暂停状态，分别对应A、B和-），所有外围设备通过FPGA的I/O接口相连，形成完整的控制系统。系统时钟采用50MHz晶振提供，通过分频获得适用于电梯控制的低频时钟，以减少资源消耗并提高系统稳定性，同时硬件设计遵循模块化和可扩展性原则，便于系统的升级和维护。
二、软件设计
控制器的状态机设计是模块的核心，包含四类状态：空闲状态（S0_idle至S5_idle）、上行状态（S1_up至S4_up）、下行状态（S1_down至S4_down）和移动状态（M01至M54）。状态机结构如图4-5所示。
总结
基于FPGA的6层电梯设计，矩阵键盘，数码管，led灯组