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前言

本設計基于FPGA實現了一個完整的六層電梯智能控制系統，旨在解決傳統電梯控制系統在別墅環境中存在的個性化控制不足、響應速度慢等問題。系統采用Verilog HDL語言編程，基于Cyclone IV E系列FPGA平臺開發，通過模塊化設計方法實現了頂層調度、按鍵掃描、按鍵轉換、電梯控制器和數碼管顯示等功能模塊。系統硬件采用EP4CE6E22C8N芯片為核心，配合4×4矩陣鍵盤模塊進行電梯內外按鍵輸入，14個LED燈顯示電梯外部按鈕狀態，4位數碼管顯示當前樓層和運行狀態。軟件設計基于狀態機實現，包括電梯運行狀態和門控狀態，通過復雜的狀態轉換邏輯實現了電梯上下行控制、樓層請求處理和開關門操作。系統采用"同向優先"的調度算法提高電梯運行效率，通過ModelSim仿真驗證了系統在各種操作場景下的正確性和穩定性。結果表明，該基于FPGA的電梯控制系統具有響應速度快、運行精確度高和系統穩定性好的特點，能夠有效滿足別墅電梯對智能化控制的需求。

一、整體方案

本設計實現了一個完整的六層電梯控制系統，采用Verilog HDL語言在FPGA平臺上實現，通過狀態機控制電梯的運行邏輯，模擬真實電梯的上下行、樓層請求和開關門操作。整個系統基于Cyclone IV E系列FPGA芯片，采用分層設計方法，包括頂層模塊的資源調度、電梯控制器的核心算法、按鍵掃描和狀態顯示等多個功能模塊，實現了電梯內外按鍵輸入識別、電梯運行狀態顯示、樓層信息顯示等功能，同時考慮了電梯的安全性，增加了門控系統實現開關門的控制邏輯，通過狀態機精確控制電梯的運行和停靠，確保電梯能夠按照合理的路徑響應所有樓層請求。

硬件系統采用EP4CE6E22C8N為核心的FPGA開發板作為控制核心，配合4×4矩陣鍵盤模塊進行電梯內外按鍵輸入的模擬，14個LED燈模塊用于顯示電梯外部按鈕狀態（按下后亮起，到達指定樓層后熄滅），4位數碼管模塊用于顯示電梯當前樓層和運行狀態（第一位顯示當前樓層，第四位顯示上行、下行或暫停狀態，分別對應A、B和-），所有外圍設備通過FPGA的I/O接口相連，形成完整的控制系統。系統時鐘采用50MHz晶振提供，通過分頻獲得適用于電梯控制的低頻時鐘，以減少資源消耗并提高系統穩定性，同時硬件設計遵循模塊化和可擴展性原則，便于系統的升級和維護。

二、軟件設計

控制器的狀態機設計是模塊的核心，包含四類狀態：空閑狀態（S0_idle至S5_idle）、上行狀態（S1_up至S4_up）、下行狀態（S1_down至S4_down）和移動狀態（M01至M54）。狀態機結構如圖4-5所示。

總結