Verilog 四层电梯设计

能跑就行系列。。

描述：设计一个4层楼的电梯控制系统，完成电梯向上或向下移动到被请求楼层（假设电梯每移动一层需要1秒）。请求可来自每层楼的呼叫按钮，也可来自电梯内的目的楼层选择。当电梯到达被请求楼层后，打开电梯门10秒（假设该电梯内只有楼层按键，没有开门和关门按键），然后关闭电梯门前往下一个被请求楼层；如果没有请求则停在本层。电梯运行中保持电梯门关闭。当同时有多个请求时，应答的优先原则为尽可能不改变电梯运动方向且距离当前楼层最近。

top_module模块

module top_module(
input clr,              //清零端子
input clk,              //时钟信号
input [3:0]in_floor,    //电梯内楼层输入
input [2:0]out_up,      //电梯上升信号
input [3:1]out_down,     //电梯下降信号output [3:0]led,     //小灯泡
output [3:0] pos,
output [7:0] seg);wire [15:0]dataBus;    //数据传输
wire clk190hz;
wire clk_1s;           //时钟信号(1s)
wire clk_10s;          //时钟信号(10s)segMsgout U1(.clk190hz(clk190hz),.dataBus(dataBus),.pos(pos),.seg(seg));
counter   U2(.clr(clr),.clk(clk),.clk_1s(clk_1s),.clk_10s(clk_10s));
clkDiv    U3(.clk100mhz(clk),.clk190hz(clk190hz));
elevator_controller U4(.clr(clr),.clk(clk),.clk_1s(clk_1s),.clk_10s(clk_10s),.in_floor(in_floor),.out_up(out_up),.out_down(out_down),.dataBus(dataBus),.led(led));endmodule

elevator_controller模块

module elevator_controller(
input clr,              //清零端子
input clk,              //时钟信号
input clk_1s,           //时钟信号(1s)
input clk_10s,          //时钟信号(10s)
input [3:0]in_floor,    //电梯内楼层输入
input [2:0]out_up,      //电梯上升信号
input [3:1]out_down,    //电梯下降信号output reg [15:0]dataBus,//数据传输
output [3:0]led      //小灯泡);parameter stop=2'b00,down=2'b01,up=2'b10;parameter one_stop=4'b0000,  one_up=4'b0001, /* x_stop 代表电梯停止状态  x_up   代表电梯向上运行状态  x_down 代表电梯向下运行状态 */    two_stop=4'b0010,  two_up=4'b0011,  two_down=4'b0100,three_stop=4'b0101,three_up=4'b0110,three_down=4'b0111,four_stop=4'b1000, four_down=4'b1001,Cstop=4'b1010;   //Cstop 代表电梯运动过程中响应的停止状态reg [2:0]now_floor; // 楼层号reg [1:0]elevator;  // 电梯运行状态reg [3:0]Cstate;    // 电梯控制器状态机的状态值reg door;           // 电梯门开关状态reg [3:0]present_state;reg [3:0]next_state;initial
beginnow_floor=0;elevator=stop;door=0;Cstate=0;present_state=0;next_state=0;
endalways@(posedge clk) //数据传输
begindataBus[15:0]<={1'b0,now_floor[2:0]+3'b001,2'b00,elevator[1:0],Cstate[3:0],3'b000,door};
endalways@(posedge clk or posedge clr) //状态控制beginif(clr)beginpresent_state<=one_stop;next_state<=one_stop;endelsebeginpresent_state<=next_state; //现状态转变为下一状态case(present_state)one_stop:beginif(!(out_up[0]|out_up[1]|out_up[2]|out_down[1]|out_down[2]|out_down[3]))next_state<=one_stop;elsebeginif(clk_10s) next_state<=one_up;else        next_state<=next_state;endend    one_up:beginif(!(out_up[0]|out_up[1]|out_up[2]|out_down[1]|out_down[2]|out_down[3]|in_floor[0]|in_floor[1]|in_floor[2]|in_floor[3]))beginnext_state<=one_stop;endelsebeginif(clk_1s)beginif(out_up[1]|out_down[1]|in_floor[1])next_state<=Cstop;else if(in_floor[0]|(out_up[0]&&!(in_floor[1]|in_floor[2]|in_floor[3])))next_state<=one_stop;else next_state<=two_up;endelse    next_state<=next_state;endendtwo_stop:beginif(!(out_up[0]|out_up[1]|out_up[2]|out_down[1]|out_down[2]|out_down[3]))next_state<=two_stop;elsebeginif(clk_10s)beginif(out_up[1]|out_up[2]|out_down[2]|out_down[3])next_state<=two_up;else if(out_up[0]|out_down[1])next_state<=two_down;endelse    next_state<=next_state;endendtwo_up:beginif(!(out_up[0]|out_up[1]|out_up[2]|out_down[1]|out_down[2]|out_down[3]|in_floor[0]|in_floor[1]|in_floor[2]|in_floor[3]))next_state<=two_stop;elsebeginif(clk_1s)beginif(out_up[2]|out_down[2]|in_floor[2])next_state<=Cstop;else if(in_floor[1]|(out_up[1]&&!(in_floor[2]|in_floor[3])))next_state<=two_stop;elsenext_state<=three_up;endelse    next_state<=next_state;endendtwo_down:beginif(!(out_up[0]|out_up[1]|out_up[2]|out_down[1]|out_down[2]|out_down[3]|in_floor[0]|in_floor[1]|in_floor[2]|in_floor[3]))next_state<=two_stop;elsebegin   if(clk_1s)beginif(in_floor[1]|(out_down[1]&&(~in_floor[0])))       next_state<=two_stop;                                             elsenext_state<=Cstop;                                             endelse    next_state<=next_state;end endthree_stop:beginif(!(out_up[0]|out_up[1]|out_up[2]|out_down[1]|out_down[2]|out_down[3]))            next_state<=three_stop;elsebeginif(clk_10s)beginif(out_up[2]|out_down[3])next_state<=three_up;else if(out_up[0]|out_up[1]|out_down[1]|out_down[2])next_state<=three_down;endelse    next_state<=next_state;endendthree_up:beginif(!(out_up[0]|out_up[1]|out_up[2]|out_down[1]|out_down[2]|out_down[3]|in_floor[0]|in_floor[1]|in_floor[2]|in_floor[3]))next_state<=three_stop;elsebeginif(clk_1s)beginif(in_floor[2]|(out_up[2]&&(~in_floor[3])))next_state<=three_stop;elsenext_state<=Cstop;endelse    next_state<=next_state;endendthree_down:beginif(!(out_up[0]|out_up[1]|out_up[2]|out_down[1]|out_down[2]|out_down[3]|in_floor[0]|in_floor[1]|in_floor[2]|in_floor[3]))next_state<=three_stop;elsebeginif(clk_1s)beginif(out_down[1]|out_up[1]|in_floor[1])next_state<=Cstop;else if(in_floor[2]|(out_down[2]&&!(in_floor[0]|in_floor[1])))next_state<=three_stop;else next_state<=two_down;endelse    next_state<=next_state;endendfour_stop:beginif(!(out_up[0]|out_up[1]|out_up[2]|out_down[1]|out_down[2]|out_down[3]))next_state<=four_stop;elsebeginif(clk_10s) next_state<=four_down;else        next_state<=next_state;endend four_down:beginif(!(out_up[0]|out_up[1]|out_up[2]|out_down[1]|out_down[2]|out_down[3]|in_floor[0]|in_floor[1]|in_floor[2]|in_floor[3]))next_state<=four_stop;elsebeginif(clk_1s)beginif(out_down[2]|out_up[2]|in_floor[2])next_state<=Cstop;else if(in_floor[3]|(out_down[3]&&!(in_floor[0]|in_floor[1]|in_floor[2])))next_state<=four_stop;else next_state<=three_down;endelse    next_state<=next_state;endendCstop:beginif(now_floor[2:0]==3'b000)       next_state<=one_stop;else if(now_floor[2:0]==3'b001)  next_state<=two_stop;else if(now_floor[2:0]==3'b010)  next_state<=three_stop;else if(now_floor[2:0]==3'b011)  next_state<=four_stop;            end endcase  end    endalways@(posedge clk or posedge clr) //输出控制beginif(clr)beginnow_floor[2:0]<=3'b000;elevator[1:0]<=stop;door<=1'b0;Cstate[3:0]<=one_stop;endelse if(clr!=1)begin  case(present_state) //当前电梯所在的楼层、电梯运行状态、电梯门开关状态one_stop:beginnow_floor[2:0]<=3'b000;elevator[1:0]<=stop;door<=1;endone_up:    beginelevator[1:0]<=up;door<=0;if(in_floor[0]==1)  now_floor[2:0]<=3'b000;else                now_floor[2:0]<=3'b001;                    endtwo_stop:beginnow_floor[2:0]<=3'b001;elevator[1:0]<=stop;door<=1;endtwo_up:beginelevator[1:0]<=up;door<=0;if(in_floor[1]==1)  now_floor[2:0]<=3'b001;else                now_floor[2:0]<=3'b010;                    end            two_down:begin              elevator[1:0]<=down;door<=0;   if(in_floor[1]==1)  now_floor[2:0]<=3'b001;else                now_floor[2:0]<=3'b000;                                           end            three_stop:beginnow_floor[2:0]<=3'b010;elevator[1:0]<=stop;door<=1;                    end            three_up:begin                    elevator[1:0]<=up;door<=0;            if(in_floor[2]==1)  now_floor[2:0]<=3'b010;else                now_floor[2:0]<=3'b011;                            end            three_down:begin             elevator[1:0]<=down;door<=0;    if(in_floor[2]==1)  now_floor[2:0]<=3'b010;else                now_floor[2:0]<=3'b001;                                         end            four_stop:beginnow_floor[2:0]<=3'b011;elevator[1:0]<=stop;door<=1;                    end            four_down:begin                   elevator[1:0]<=down;door<=0; if(in_floor[3]==1)  now_floor[2:0]<=3'b011;else                now_floor[2:0]<=3'b010;                                        enddefault:beginnow_floor[2:0]<=now_floor[2:0];elevator[1:0]<=elevator[1:0];door<=door;end      endcasecase(next_state) //电梯控制器状态机的状态值one_stop:Cstate[3:0]<=one_stop;one_up:    Cstate[3:0]<=one_up;                two_stop:Cstate[3:0]<=two_stop;               two_up:Cstate[3:0]<=two_up;                two_down:Cstate[3:0]<=two_down;                three_stop:Cstate[3:0]<=three_stop;                three_up:Cstate[3:0]<=three_up;                three_down:Cstate[3:0]<=three_up;                four_stop:Cstate[3:0]<=four_stop;                four_down:Cstate[3:0]<=four_down;                Cstop:Cstate[3:0]<=Cstop;                default:Cstate[3:0]<=Cstate[3:0];                endcase        endelsebeginnow_floor[2:0]<=now_floor[2:0];elevator[1:0]<=elevator[1:0];door<=door;Cstate[3:0]<=Cstate[3:0];         end    endassign led[0]=(now_floor[2:0]==3'b000)?1:0;
assign led[1]=(now_floor[2:0]==3'b001)?1:0;
assign led[2]=(now_floor[2:0]==3'b010)?1:0;
assign led[3]=(now_floor[2:0]==3'b011)?1:0;endmodule

counter模块

module counter(input clk,input clr,output clk_1s,output clk_10s);reg [13:0]cnt_first,cnt_second;reg [3:0]cnt_third;reg [13:0]cnt_second_t;initialbegincnt_second=14'd5;cnt_second_t=14'd0;endalways @(posedge clk or posedge clr)if(clr)cnt_first<=14'd0;else if(cnt_first==14'd10000)cnt_first<=14'd0;elsecnt_first<=cnt_first +1'b1;always @(posedge clk or posedge clr)beginif(clr)begincnt_second<=14'd5;cnt_second_t<=14'd0;endelse if(cnt_second ==14'd10000)cnt_second<=14'd0;else if(cnt_second_t==14'd10000)cnt_second_t<=14'd0;else if(cnt_first==14'd10000)begincnt_second<=cnt_second+1'b1;cnt_second_t<=cnt_second_t+1'b1;endendalways @(posedge clk or posedge clr)beginif(clr)cnt_third<=4'd0;else if(cnt_third==4'd10)cnt_third<=4'd0;else if(cnt_second_t==14'd10000)cnt_third<=cnt_third+1'b1;  end assign clk_1s=  (cnt_second==14'd10000)?1'b1 : 1'b0;    assign clk_10s= (cnt_third==4'd10)?1'b1 : 1'b0;
endmodule

clkDiv模块

module clkDiv(
input clk100mhz,
output clk190hz);reg [25:0]count=0;assign clk190hz=count[18];always@(posedge clk100mhz)count<=count+1;
endmodule

segMsgout模块

module segMsgout(
input clk190hz,input [15:0] dataBus, output reg [3:0] pos,output reg [7:0] seg);reg [1:0] posC; reg [3:0] dataP;
always @(posedge clk190hz )begin
case(posC)0: beginpos<=4'b1000;dataP<=dataBus[15:12];end1:beginpos <=4'b0100;dataP <= dataBus[11:8];end2:beginpos <=4'b0010;dataP <= dataBus[7:4];end3:beginpos <=4'b0001;dataP <= dataBus[3:0];endendcaseposC = posC + 2'b01;endalways @(dataP)case(dataP)4'b0000:seg=8'b0011_1111;4'b0001:seg=8'b0000_0110;4'b0010:seg=8'b0101_1011;4'b0011:seg=8'b0100_1111;4'b0100:seg=8'b0110_0110;4'b0101:seg=8'b0110_1101;4'b0110:seg=8'b0111_1101;4'b0111:seg=8'b0000_0111;4'b1000:seg=8'b0111_1111;4'b1001:seg=8'b0110_1111;4'b1010:seg=8'b0111_0111;4'b1011:seg=8'b0111_1100;4'b1100:seg=8'b0011_1001;default:seg=8'b0000_1000;endcase
endmodule

有些地方不够完善，仅供参考

由于未使用消抖开关的原因，烧录后板上按键响应有时会失效，不过小心使用，过验收应该没问题

此外，本作品未考虑按键同时按下的情况，可进行相应补充

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