《电梯控制器》PPT课件.ppt

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1、 计算机计算机EDA设计实验教程设计实验教程实验十二实验十二 电梯控制器电梯控制器北航计算机学院 艾明晶2/6/20231内容概要v实验目的实验目的v实验要求实验要求v预备知识预备知识 v电梯控制器工作原理电梯控制器工作原理 v输入、输出信号输入、输出信号 v设计思路设计思路 v进行仿真进行仿真 v引脚锁定、编程下载及在线调试引脚锁定、编程下载及在线调试 v（选做）功能扩展（选做）功能扩展 v实验报告实验报告 2/6/20232实验目的 n了解控制系统的一般工作方式。了解控制系统的一般工作方式。n熟悉从根据基本的行为模型或功能要求建熟悉从根据基本的行为模型或功能要求建立逻辑模型到进一步完成全部

2、系统的整个立逻辑模型到进一步完成全部系统的整个设计过程，并掌握其中的设计思路与方法。设计过程，并掌握其中的设计思路与方法。n了解电梯调度算法的思想及应用。了解电梯调度算法的思想及应用。2/6/20233实验要求n设计一个电梯控制器，使之按电梯的调度算法控制设计一个电梯控制器，使之按电梯的调度算法控制电梯完成电梯完成4个楼层的载客服务。个楼层的载客服务。n功能要求功能要求 电梯分为电梯分为“运行运行”模式和模式和“下班下班”模式模式“运行运行”模式：当电梯工开始上班时，先用钥匙打开模式：当电梯工开始上班时，先用钥匙打开电梯门口的开关锁，使电梯及电梯控制器通电，则电梯门口的开关锁，使电梯及电梯控制

3、器通电，则power变为变为“1”，电梯进入，电梯进入“运行运行”模式。再按一模式。再按一下下1楼电梯门口的楼电梯门口的按钮，则电梯门打开，楼层显示按钮，则电梯门打开，楼层显示status为为1。“下班下班”模式：电梯运行一天后，当电梯工要下班时，模式：电梯运行一天后，当电梯工要下班时，先将电梯内开关先将电梯内开关admin切换到切换到“有司机有司机”模式（高电模式（高电平）；按一下平）；按一下cmd1按钮，使电梯下行到按钮，使电梯下行到1楼，暂停，楼，暂停，门会自动打开，并一直开着，同时不会再响应任何呼门会自动打开，并一直开着，同时不会再响应任何呼叫请求；然后电梯工用钥匙将电梯门口的开关锁锁

4、住，叫请求；然后电梯工用钥匙将电梯门口的开关锁锁住，则电梯则电梯“运行运行”模式将切换到模式将切换到“下班下班”模式，电梯门模式，电梯门自动关闭，电源切断。自动关闭，电源切断。2/6/20234当电梯处于运行模式时，又分为当电梯处于运行模式时，又分为“有司机有司机”模模式和式和“无司机无司机”模式模式“有司机有司机”模式：当电梯门打开后，门会一直开模式：当电梯门打开后，门会一直开着，必须由电梯工按一下关门按钮着，必须由电梯工按一下关门按钮“close”，电梯门才会关闭，然后电梯才会响应呼叫信号，电梯门才会关闭，然后电梯才会响应呼叫信号，上行或下行。无自动关门功能，也就没有提前关上行或下行。无自

5、动关门功能，也就没有提前关门和延迟关门的情况。门和延迟关门的情况。“无司机无司机”模式：无须电梯工操纵，电梯可无人模式：无须电梯工操纵，电梯可无人驾驶自动运行；电梯门打开后等待驾驶自动运行；电梯门打开后等待3s则门会自动则门会自动关闭，然后电梯响应呼叫信号，上行或下行。在关闭，然后电梯响应呼叫信号，上行或下行。在“无司机无司机”模式下，有自动关门功能，也有提前模式下，有自动关门功能，也有提前关门和延迟关门的功能。关门和延迟关门的功能。2/6/20235搭便车搭便车若乘客在某楼层按下某方向呼叫按钮后，当电梯若乘客在某楼层按下某方向呼叫按钮后，当电梯在以相应方向运行并经过该楼层时应暂停，自动在以相

6、应方向运行并经过该楼层时应暂停，自动开门。开门。直接响应直接响应 如果电梯事先在某一楼层停留不动，当有乘客在如果电梯事先在某一楼层停留不动，当有乘客在另一楼层按下某方向呼叫按钮后，则电梯直接来另一楼层按下某方向呼叫按钮后，则电梯直接来到呼叫者所在楼层让乘客进入。到呼叫者所在楼层让乘客进入。2/6/20236提前关门和延迟关门功能提前关门和延迟关门功能在在“无司机无司机”模式下，在电梯暂停、开门的头模式下，在电梯暂停、开门的头3s内，乘客内，乘客可按一下提前关门按钮可按一下提前关门按钮“close”，使电梯门提前关闭，使电梯门提前关闭，1s后电梯继续运行；或按住延迟关门按钮后电梯继续运行；或按住

7、延迟关门按钮“open”，使电梯门，使电梯门一直处于开门状态，一旦松开此按钮，则电梯门自动关门，一直处于开门状态，一旦松开此按钮，则电梯门自动关门，1s后电梯继续运行后电梯继续运行 电梯从一个楼层运行到相邻楼层的时间为电梯从一个楼层运行到相邻楼层的时间为2s 遵循遵循电梯的调度算法电梯的调度算法电梯在一次运行中，要在到达这一运行方向上请求到电梯在一次运行中，要在到达这一运行方向上请求到达的最后一个楼层之后才改变运行方向。这样能够在达的最后一个楼层之后才改变运行方向。这样能够在不按照时间顺序对各个命令和呼叫排队的情况下较快不按照时间顺序对各个命令和呼叫排队的情况下较快地满足所有乘客的要求，同时运

8、行效率（负载率）较地满足所有乘客的要求，同时运行效率（负载率）较高，不必频繁改变运行方向。高，不必频繁改变运行方向。2/6/20237显示功能显示功能 电梯内控制面板上显示区域的数码管和位于各楼电梯内控制面板上显示区域的数码管和位于各楼层电梯门口的数码管，当电梯运动时层电梯门口的数码管，当电梯运动时稳定显示稳定显示电电梯刚经过的楼层号；到达某层后控制面板上的数梯刚经过的楼层号；到达某层后控制面板上的数码管和该楼层电梯门口的数码管码管和该楼层电梯门口的数码管闪烁显示闪烁显示当前所当前所在楼层号（关门在楼层号（关门1秒后不再闪烁）。秒后不再闪烁）。位于每楼层电梯门口和电梯内控制面板上显示区位于每楼

9、层电梯门口和电梯内控制面板上显示区域的米字型显示器，当电梯上升时显示为上升，域的米字型显示器，当电梯上升时显示为上升，当电梯下降时显示为下降当电梯下降时显示为下降。2/6/20238预备知识 n控制系统的一般模型控制系统的一般模型 n被控系统的状态被控系统的状态 n状态机与控制数字逻辑电路的控制系统状态机与控制数字逻辑电路的控制系统 n逻辑模型的建立逻辑模型的建立 2/6/20239电梯控制器工作原理 n与电梯控制和显示有关的输入、输出设备与电梯控制和显示有关的输入、输出设备 每层电梯门口有：每层电梯门口有：按钮和按钮和/或或按钮按钮 米字型显示器米字型显示器 数码管数码管 电梯内有一个控制面

10、板，上面有：电梯内有一个控制面板，上面有：楼层选择按钮楼层选择按钮14开门按钮开门按钮“open”和关门按钮和关门按钮“close”有一个米字型显示器有一个米字型显示器 还有一个数码管还有一个数码管 4 5 61 2 3 电梯内控制面板示意图电梯内控制面板示意图 2/6/202310n上班和下班上班和下班 n选择运行模式选择运行模式n若选择若选择“无司机无司机”运行模式运行模式电梯最初停在电梯最初停在1层层 当电梯到达目的地当电梯到达目的地 当电梯一直停在某层时当电梯一直停在某层时 一直开门（或称为延迟关门）一直开门（或称为延迟关门）提前关门提前关门 有反方向的呼叫信号时有反方向的呼叫信号时电

11、梯内外的电梯内外的（或（或）箭头何时点亮）箭头何时点亮 当有乘客呼叫时，电梯内控制面板上对应该楼层数字点亮，当有乘客呼叫时，电梯内控制面板上对应该楼层数字点亮，表示该层有呼叫请求表示该层有呼叫请求 2/6/202311n若选择若选择“有司机有司机”运行模式运行模式“有司机有司机”模式下，没有自动关门功能，也就模式下，没有自动关门功能，也就没有提前关门和延迟关门（则不会用到没有提前关门和延迟关门（则不会用到open按按钮）的情况。钮）的情况。v注意电梯的运行方向不是由电梯工人工控制注意电梯的运行方向不是由电梯工人工控制的，它是根据电梯的调度算法自动实现的。的，它是根据电梯的调度算法自动实现的。v

12、电梯工的主要工作是操作电梯门的关闭，一电梯工的主要工作是操作电梯门的关闭，一旦门关闭，则电梯按调度算法上行或下行。旦门关闭，则电梯按调度算法上行或下行。2/6/202312输入、输出信号n输入信号输入信号 clk_1KHz：用作：用作simulator电梯模拟子模块的输入时钟；电梯模拟子模块的输入时钟；clk_10Hz：用作：用作display显示子模块的输入时钟；显示子模块的输入时钟；power：选择电梯为：选择电梯为“运行运行”模式或模式或“下班下班”模式模式；admin：选择电梯运行模式：选择电梯运行模式“有司机有司机”或或“无司机无司机”；ipt0:9：10个按钮输入信号（为脉冲信号）

13、；个按钮输入信号（为脉冲信号）；close_n：关门按钮；：关门按钮；open_n：开门按钮：开门按钮。v注意只有在注意只有在“无司机无司机”运行模式下，存在提前关运行模式下，存在提前关门、延迟关门的情况门、延迟关门的情况；v在在“有司机有司机”运行模式下，不存在提前关门、延运行模式下，不存在提前关门、延迟关门的情况。迟关门的情况。2/6/202313n输出信号输出信号eleIn3:0：电梯内面板上显示楼层号的数码管；：电梯内面板上显示楼层号的数码管；floor13:0：电梯外：电梯外1层处面板上显示楼层号的层处面板上显示楼层号的数码管；数码管；floor23:0：电梯外：电梯外2层处面板上显

14、示楼层号的层处面板上显示楼层号的数码管；数码管；floor33:0：电梯外：电梯外3层处面板上显示楼层号的层处面板上显示楼层号的数码管；数码管；floor43:0：电梯外：电梯外4层处面板上显示楼层号的层处面板上显示楼层号的数码管；数码管；2/6/202314dirup，dirdown：电梯上升、下降指示信号；：电梯上升、下降指示信号；ctrl_up，ctrl_down：电梯上升、下降控制信号；：电梯上升、下降控制信号；ask_stop：令电梯停止的请求信号（电平信号）；：令电梯停止的请求信号（电平信号）；stop：当电梯到达某层时或静止在某层时令电梯停止：当电梯到达某层时或静止在某层时令电梯

15、停止的控制信号（电平信号）的控制信号（电平信号）；open_door：开电梯门控制信号（电平信号）；：开电梯门控制信号（电平信号）；提示：提示：assign stop=ask_stop&(run_cnt=0);提示：提示：assign open_door=power&(stop=1)&(!close_door);提示：提示：ctrlup=dirup&!stop;ctrldown=dirdown&!stop;2/6/202315close_door：关电梯门控制信号（电平信号）；：关电梯门控制信号（电平信号）；opt9:0：10个按钮的输出状态（电平信号）；个按钮的输出状态（电平信号）；powe

16、rout：显示电梯的电源状态信号；：显示电梯的电源状态信号；adminout：显示当前电梯处于何种模式。：显示当前电梯处于何种模式。提示：无论是在提示：无论是在“有司机有司机”或或“无司机无司机”运行模式下，运行模式下，close_door为为1的时间都为的时间都为1s。2/6/202316设计思路 1.总体设计思路总体设计思路 整个电路由整个电路由6个子模块组成个子模块组成 button_clr_ctrl按钮清零控制子模块；按钮清零控制子模块；corecontrol核心控制子模块；核心控制子模块；simulator电梯模拟子模块；电梯模拟子模块；display信息显示子模块；信息显示子模块；

17、时钟分频子模块（时钟分频子模块（clockdiv100.v和和clkdiv10.v）；）；附加模块附加模块not10.v调整按钮信号均为高电平调整按钮信号均为高电平有效模式有效模式。2/6/202317顶层图形设计文件顶层图形设计文件 elevator.elevator.bdfbdf2/6/202318顶层图形设计文件顶层图形设计文件 elevator.elevator.bdfbdf（续）续）2/6/202319各子模块的功能button_clr_ctrl按钮清零控制子模块按钮清零控制子模块用于用于10个按钮信号的存储和清零控制。个按钮信号的存储和清零控制。corecontrol核心控制子模块

18、核心控制子模块 主要实现电梯的调度算法，产生令电梯上行、下行和主要实现电梯的调度算法，产生令电梯上行、下行和停止的控制信号。停止的控制信号。simulator电梯模拟子模块电梯模拟子模块提供对电梯在不同工作模式下的运行状态模拟和控制提供对电梯在不同工作模式下的运行状态模拟和控制输出。输出。display楼层号显示子模块楼层号显示子模块 用于显示楼层号。用于显示楼层号。附加模块附加模块not10.v 用于调整用于调整10个按钮信号均为高电平有效模式。个按钮信号均为高电平有效模式。2/6/2023202.各子模块的设计各子模块的设计（1）button_clr_ctrl按钮清零控制子模块按钮清零控制

19、子模块功能：用于功能：用于1010个按钮信号的存储和清零控制。在电梯个按钮信号的存储和清零控制。在电梯“运运行行”模式下，一旦来了某个有效脉冲按钮信号模式下，一旦来了某个有效脉冲按钮信号iptipt，则对，则对应输出应输出optopt为高电平（即将脉冲信号转换为电平信号）。为高电平（即将脉冲信号转换为电平信号）。当电梯到达该层时响应了该层的按钮信号，并关门当电梯到达该层时响应了该层的按钮信号，并关门1s1s后则后则应清除此信号，此时使按钮清零控制信号应清除此信号，此时使按钮清零控制信号c9.0c9.0中的相中的相应位为高，使输出应位为高，使输出optopt变低。变低。在一个在一个alwaysa

20、lways块中，采用块中，采用forfor循环语句和循环语句和if-else ifif-else if语句语句即可实现功能。即可实现功能。2/6/202321（2 2）corecontrolcorecontrol核心控制子模块核心控制子模块 功能：实现电梯的调度算法，产生令电梯上行、功能：实现电梯的调度算法，产生令电梯上行、下行和停止的控制信号。即根据当前楼层和按下行和停止的控制信号。即根据当前楼层和按钮信号产生电梯的运行方向指示信号、运行方钮信号产生电梯的运行方向指示信号、运行方向控制信号及请求电梯停止信号、控制电梯停向控制信号及请求电梯停止信号、控制电梯停止信号。止信号。关键子关键子模块！

21、模块！2/6/202322（2 2）corecontrolcorecontrol核心控制子模块核心控制子模块（续（续1 1）程序包括程序包括5 5大部分：大部分：（a a）将将1010个按钮的输出信号赋给物理含义明确的中间变量个按钮的输出信号赋给物理含义明确的中间变量（b b）根据当前根据当前1010个按钮的输出状态及所在楼层，判断是否有个按钮的输出状态及所在楼层，判断是否有upup、downdown或或ask_stopask_stop请求。请求。实际上就是对输入信号进行逻辑化简实际上就是对输入信号进行逻辑化简本程序的关键所在本程序的关键所在！当处于当处于2 2层时，层时，ask_stop=d

22、s0&f2_up|ds1&f2_down|ds0&(f2_down)&(f3_up)&(f3_down)&(f4_down)&(cmd3)&(cmd4)|ds1&(f2_up)&(f1_up)&(cmd1)|cmd2;规律：规律：当电梯处于某楼层时，只有高于该层的按钮信号，产当电梯处于某楼层时，只有高于该层的按钮信号，产生请求电梯上行信号生请求电梯上行信号up。只有低于该层的按钮信号，产生请。只有低于该层的按钮信号，产生请求电梯下行信号求电梯下行信号down。只有本层的按钮信号，产生请求电。只有本层的按钮信号，产生请求电梯停止信号梯停止信号ask_stop（只有当呼叫按钮信号与刚才的运行方（只

23、有当呼叫按钮信号与刚才的运行方向一致，或者上行过程只有一个下行呼叫按钮信号，或者下向一致，或者上行过程只有一个下行呼叫按钮信号，或者下行过程中只有一个上行呼叫按钮信号时，才产生行过程中只有一个上行呼叫按钮信号时，才产生ask_stop）。）。2/6/202323（2 2）corecontrolcorecontrol核心控制子模块（续核心控制子模块（续2 2）（c c）根据电梯的上行和下行请求根据电梯的上行和下行请求upup、downdown，对电梯进行统一，对电梯进行统一调度，产生调度，产生dirupdirup或或dirdowndirdown。用用ifif语句实现，共语句实现，共5 5种情况种

24、情况（d d）根据请求停止信号和电梯当前的运行状态，产生令电梯根据请求停止信号和电梯当前的运行状态，产生令电梯停止不动的控制信号停止不动的控制信号 assign stop=ask_stop&(run_cnt=0);/只有电梯运行到达某层或静止在某层时，才响应该层的只有电梯运行到达某层或静止在某层时，才响应该层的ask_stopask_stop信号，电梯暂停信号，电梯暂停（e e）根据电梯运行方向指示信号和电梯是否静止，产生电梯根据电梯运行方向指示信号和电梯是否静止，产生电梯运行方向控制信号运行方向控制信号assign ctrlup=dirup&!stop;assign ctrldown=dir

25、down&!stop;2/6/202324（3 3）simulatorsimulator电梯模拟子模块电梯模拟子模块 功能：根据电梯当前运行方向，控制电梯的具体运行状态并功能：根据电梯当前运行方向，控制电梯的具体运行状态并输出楼层显示；根据令电梯停止的控制信号，产生开、关电输出楼层显示；根据令电梯停止的控制信号，产生开、关电梯门控制信号，关门梯门控制信号，关门1s1s后产生按钮清零控制信号。后产生按钮清零控制信号。该子模块用状态机实现楼层之间的具体变化，并输出当前楼该子模块用状态机实现楼层之间的具体变化，并输出当前楼层信息层信息status2:0status2:0给核心控制子模块和显示子模块，

26、输出给核心控制子模块和显示子模块，输出运行时间计数器的值运行时间计数器的值run_cnt4:0run_cnt4:0给核心控制子模块，输出给核心控制子模块，输出1010个按钮的清零控制信号个按钮的清零控制信号c9:0c9:0给按钮清零控制子模块。给按钮清零控制子模块。关键子关键子模块！模块！2/6/202325（3 3）simulatorsimulator电梯模拟子模块（续电梯模拟子模块（续1 1）程序包括两大部分：程序包括两大部分：/*-1./*-1.产生开电梯门控制信号产生开电梯门控制信号 -*/-*/assign open_door=power&(stop=1)&(!close_door)

27、;assign open_door=power&(stop=1)&(!close_door);initial status=0;initial status=0;/*/*-2.-2.电电梯梯上上行行、下下行行或或暂暂停停时时计计数数器器、楼楼层层的的变变化化，开开门门、关门信号的产生，以及按钮清零控制信号的产生关门信号的产生，以及按钮清零控制信号的产生 -*/-*/always (always (posedge clkposedge clk or or negedge negedge power)power)begin begin ifif(!power)/(!power)/“下班下班”模式下

28、模式下 beginbegin close_door=1;/close_door=1;/断电时先自动关门；断电时先自动关门；c=10h3fff;/c=10h3fff;/并清除所有未完成的服务。并清除所有未完成的服务。cntcnt=0;=0;run_ run_cntcnt=0;=0;end end第第1级级if语句语句2/6/202326（3 3）simulatorsimulator电梯模拟子模块（续电梯模拟子模块（续2 2）elseelse /以下操作均是在以下操作均是在“运行运行”模式下模式下 begin begin ifif(status=0)begin status=1;close_doo

29、r=0;end(status=0)begin status=1;close_door=0;end /（1 1）初始化几个变量值，假设电梯初始化时在一楼。）初始化几个变量值，假设电梯初始化时在一楼。/（2 2）如如果果电电梯梯上上升升，且且没没有有停停止止控控制制信信号号，则则经经过过2s2s，电梯到达高一层。，电梯到达高一层。ifif(dirup=1)&(stop=0)(dirup=1)&(stop=0)/（3 3）如如果果电电梯梯下下降降，且且没没有有停停止止控控制制信信号号，则则经经过过2s2s，电梯到达低一层。电梯到达低一层。else ifelse if(dirdown=1)&(stop

30、=0)(dirdown=1)&(stop=0)第第2级级if语句语句2/6/202327（3 3）simulatorsimulator电梯模拟子模块（续电梯模拟子模块（续3 3）/*（4）只只要要有有stop信信号号，则则电电梯梯必必须须在在该该层层停停留留，并并进进入入开、关门步骤。开、关门步骤。*/else ifelse if(stop)begin /*在无司机模式下，当开门达到在无司机模式下，当开门达到3s时时*/if(!admin&(close_door=0)&(cnt=29)begin if(open)/*延迟关门处理延迟关门处理*/close_door=0;/不关门，不关门，cnt

31、值保持值保持29不变不变 else /若不想延迟关门若不想延迟关门 begin cnt=0;/开门达到开门达到3s，则，则cnt清零清零 close_door=1;/并自动关门并自动关门 end第第3级级if语句语句2/6/202328（3 3）simulatorsimulator电梯模拟子模块（续电梯模拟子模块（续4 4）/*启动手动关门程序。有司机模式下想要关门与无司机模式下启动手动关门程序。有司机模式下想要关门与无司机模式下提前关门操作相同，都必须按下提前关门操作相同，都必须按下close按钮。按钮。*/else if(close_door=0)&(open=0)&(close)/beg

32、in cnt=0;/将刚才用于开门计数的计数器将刚才用于开门计数的计数器cnt清零，清零，准备开始关门准备开始关门1s的计数的计数 close_door=1;end /当关门当关门1s后后 else if(cnt=9)&(close_door=1)begin cnt=0;/关门时间持续关门时间持续1s则则cnt清零清零 close_door=0;/*当当关关门门1s后后，在在每每一一层层会会产产生生对对该该层层的的按按钮钮清清零零控控制制信信号号，以以免免电电梯在离开某层后又响应该层新的请求而停止。梯在离开某层后又响应该层新的请求而停止。*/if(status=1)begin c0=1;c6=

33、1;end else if(status=2)begin c1=1;c2=1;c7=1;end 2/6/202329（3 3）simulatorsimulator电梯模拟子模块（续电梯模拟子模块（续5 5）/*/*在不满足上述所有条件的情况下，在不满足上述所有条件的情况下，cntcnt加加1 1 计数，并对清零控制信号进行复位计数，并对清零控制信号进行复位*/*/else begin begin cnt=cnt+1b1;/cnt=cnt+1b1;/开门或关门时间计数开门或关门时间计数 c=10h000;c=10h000;end end /（5 5）若电梯处于静止状态）若电梯处于静止状态 els

34、eelse begin cnt=0;run_cnt=0;c=0;end begin cnt=0;run_cnt=0;c=0;end end end end end2/6/202330（4 4）displaydisplay楼层号显示子模块楼层号显示子模块 功能功能：显示楼层号。显示楼层号。当电梯暂停在某层时，电梯内面板上和相应楼层处的当电梯暂停在某层时，电梯内面板上和相应楼层处的数码管以每秒数码管以每秒1 1次的频率次的频率闪烁显示闪烁显示楼层号（关门楼层号（关门1 1秒后秒后不再闪烁）；其它情况下，电梯内面板上和各楼层处不再闪烁）；其它情况下，电梯内面板上和各楼层处的数码管稳定显示电梯经过的当

35、前楼层号。的数码管稳定显示电梯经过的当前楼层号。2/6/202331（5 5）附加模块）附加模块not10.v not10.v 功能功能：调整调整1010个按钮信号均为高电平有效模式。个按钮信号均为高电平有效模式。因为因为1 8键是正脉冲有效，而键是正脉冲有效，而9 10键是负脉冲有效，键是负脉冲有效，需要将需要将910键调整为高电平有效模式。键调整为高电平有效模式。只需一条只需一条assignassign语句即可实现。语句即可实现。2/6/202332进行仿真（之一）n对各子模块进行功能仿真对各子模块进行功能仿真 用用ModelSim测试所有子模块测试所有子模块 v为保证中文注释不被破坏，在

36、为保证中文注释不被破坏，在ModelSim中只对源中只对源文件和测试文件进行编译、加载和仿真这文件和测试文件进行编译、加载和仿真这3项工作。项工作。v如果仿真后发现源文件或测试文件需要修改，则切如果仿真后发现源文件或测试文件需要修改，则切换到换到Quartus，对源文件或测试文件进行相应修对源文件或测试文件进行相应修改，保存。改，保存。v再切回到再切回到ModelSim，执行编译、重新仿真即可。执行编译、重新仿真即可。v及时保存仿真波形结果！及时保存仿真波形结果！2/6/202333（1 1）button_clr_ctrlbutton_clr_ctrl按钮清零控制子模块按钮清零控制子模块模仿电

37、梯实际运行情况，在不同时刻，分别设模仿电梯实际运行情况，在不同时刻，分别设置按钮信号和按钮清零信号。置按钮信号和按钮清零信号。观察按钮状态观察按钮状态opt9:0是否随按钮信号是否随按钮信号ipt9:0的变化而变化的变化而变化。观察当观察当c9:0中某位信号有效时，中某位信号有效时，opt9:0的相应位是否变为的相应位是否变为“0”。2/6/202334opt存储存储ipt的状态的状态 当当c0=1时，清除时，清除f1_up信号，使信号，使opt0=0；当当c3=1时，清除时，清除f3_up信号，使信号，使opt3=0 2/6/202335设定不同的楼层号和按钮信号设定不同的楼层号和按钮信号o

38、pt9:0，观察，观察电梯的运行方向指示信号（电梯的运行方向指示信号（dirup、dirdown）、运行方向控制信号（）、运行方向控制信号（ctrlup、ctrldown）以及请求电梯停止信号）以及请求电梯停止信号ask_stop和令电梯停止的控制信号和令电梯停止的控制信号stop是否是否正确。正确。技巧：技巧：在测试文件的开头采用了宏定义语句，在测试文件的开头采用了宏定义语句，将表达式将表达式opt0=1定义为字符串定义为字符串f1_up，将，将表达式表达式opt0=0定义为字符串定义为字符串nf1_up，然，然后在变量的初始化中直接引用已定义的宏名。后在变量的初始化中直接引用已定义的宏名。

39、（2 2）corecontrolcorecontrol核心控制子模块核心控制子模块2/6/202336test_corecontrol.wlftest_corecontrol.wlf f1_upf2_up暂停暂停上行按下按下f1_up，电梯暂停；按下，电梯暂停；按下f2_up，电梯上行；当到达，电梯上行；当到达2层，层，暂停；按下暂停；按下cmd3、cmd4，电梯继续上行；当到达，电梯继续上行；当到达3层，暂停；层，暂停；此时有人按下此时有人按下f1_up、按下、按下f2_up，电梯继续上行到，电梯继续上行到4层。层。2/6/202337 当上行到当上行到4层时，响应层时，响应cmd4，暂停，

40、然后响应，暂停，然后响应f1_up和和f2_up，下行；到达，下行；到达3层时，不停；到达层时，不停；到达2层时，暂停；下层时，暂停；下行到行到1层，暂停；又有层，暂停；又有cmd2信号，则电梯上行到信号，则电梯上行到2层，暂停。层，暂停。2/6/202338n根据电梯控制器的工作原理，根据电梯控制器的工作原理，考虑到电梯运行的各考虑到电梯运行的各种情况种情况，正确地模拟和控制电梯的运行正确地模拟和控制电梯的运行。设置电梯为设置电梯为“运行运行”模式，选择电梯运行模式为模式，选择电梯运行模式为“有司机有司机”模式，假设按一下模式，假设按一下f1_up，电梯要上行；，电梯要上行；切换为切换为“无

41、司机无司机”模式，测试延迟关门情况；模式，测试延迟关门情况；切换为切换为“有司机有司机”模式，当按下模式，当按下cmd1，电梯自动，电梯自动下行到下行到1层后，然后切换到层后，然后切换到“下班下班”模式。模式。（3 3）simulatorsimulator电梯模拟子模块电梯模拟子模块 v注意观察注意观察：当电梯运行到达某层时：当电梯运行到达某层时open_door的变化；的变化；在开门和关门期间，计数器在开门和关门期间，计数器cnt的计数值的变化；当按一的计数值的变化；当按一下下close时，时，close_door的变化，维持的变化，维持“1”多长时间？在多长时间？在电梯运行期间，运行时间计

42、数器电梯运行期间，运行时间计数器run_cnt的计数值的变化。的计数值的变化。2/6/202339test_simulator.wlftest_simulator.wlf（a）“有司机有司机”模式下自动开门模式下自动开门 2/6/202340（b）“有司机有司机”模式下手动关门模式下手动关门 2/6/202341（c）“无司机无司机”模式下延迟关门模式下延迟关门（cnt保持为保持为29，open_door一直为一直为1）2/6/202342（d）切换为）切换为“下班下班”模式，断电，则关门模式，断电，则关门 2/6/202343（4）display_显示子模块n分别设置不同的楼层号和令电梯停止

43、不分别设置不同的楼层号和令电梯停止不动的控制信号动的控制信号stopin观察当电梯暂停在某层时，电梯内面板上和观察当电梯暂停在某层时，电梯内面板上和该楼层电梯门口的数码管是否闪烁显示相应该楼层电梯门口的数码管是否闪烁显示相应的楼层号；的楼层号；当电梯运行时，各楼层电梯门口的数码管是当电梯运行时，各楼层电梯门口的数码管是否稳定显示电梯当前经过的楼层号。否稳定显示电梯当前经过的楼层号。2/6/202344test_display.wlftest_display.wlf 闪烁显示稳定显示2/6/202345进行仿真（之二）n采用采用Quartus Quartus 软件对顶层图形文件软件对顶层图形文件

44、elevator.bdfelevator.bdf进行时序仿真进行时序仿真 Grid Size=1msGrid Size=1ms，Tclk=1msTclk=1ms，End Time=70sEnd Time=70s。注意在波形中添加必要的中文注释！注意在波形中添加必要的中文注释！（1 1）仿真）仿真“有司机有司机”模式下的运行情况模式下的运行情况 （2 2）仿真）仿真“无司机无司机”模式下的运行情况模式下的运行情况 （3 3）测试）测试“下班下班”模式下的情况模式下的情况 2/6/202346引脚锁定、编程下载及在线调试n引脚锁定，编译引脚锁定，编译n编程下载编程下载实验箱设置实验箱设置将实验箱右

45、下角将实验箱右下角“时钟频率选择时钟频率选择”区域的区域的Clock5跳线跳到跳线跳到1024Hz。将实验箱左上角跳线将实验箱左上角跳线JDSP跳到上面两个插针跳到上面两个插针（ENAB）的位置，以选择数码管独立显示模式。）的位置，以选择数码管独立显示模式。实验箱电路结构采用模式实验箱电路结构采用模式3。2/6/202347n在线调试在线调试 下载后的初始状态下载后的初始状态 模拟上班模式中的模拟上班模式中的“有司机有司机”模式模式 模拟上班模式中的模拟上班模式中的“无司机无司机”模式模式 测试只有一个请求的情况；测试只有一个请求的情况；验证延迟关门功能；验证延迟关门功能；验证搭便车的情况；验

46、证搭便车的情况；验证不顺路（如上行期间有下行请求）的情况；验证不顺路（如上行期间有下行请求）的情况；验证立即关门功能验证立即关门功能。v说明：说明：由于键由于键9键键14未经过按钮消抖电路，所以有时需未经过按钮消抖电路，所以有时需要按多次，直到对应的要按多次，直到对应的LED指示灯亮即可。指示灯亮即可。本控制器未设置复位功能，若要重新开始测试，本控制器未设置复位功能，若要重新开始测试，则需重新下载一次。则需重新下载一次。2/6/202348功能扩展 n增加电梯的楼层数目。增加电梯的楼层数目。n使电梯只在某些楼层停留。使电梯只在某些楼层停留。n增加电梯强制控制功能，允许电梯由电梯管理员强增加电梯

47、强制控制功能，允许电梯由电梯管理员强行控制，不论当前电梯还有什么任务都直接运行到行控制，不论当前电梯还有什么任务都直接运行到管理员指定的地方。管理员指定的地方。n实现电梯根据负载调度，假设电梯上有负载传感器，实现电梯根据负载调度，假设电梯上有负载传感器，电梯满载时不理会呼叫，先完成现有命令，直到有电梯满载时不理会呼叫，先完成现有命令，直到有空余运载能力再参照原定算法，优先调度被忽略呼空余运载能力再参照原定算法，优先调度被忽略呼叫，同时应该向呼叫者表明不响应呼叫是因为满载。叫，同时应该向呼叫者表明不响应呼叫是因为满载。n实现双连电梯控制，双连电梯是指两部并列电梯共实现双连电梯控制，双连电梯是指两

48、部并列电梯共用一个呼叫按钮，按照距离近者优先和根据负载调用一个呼叫按钮，按照距离近者优先和根据负载调度的原则调度。度的原则调度。2/6/202349实验报告 n总结实验中的逻辑建模过程、实现过程和调试过程，总结实验中的逻辑建模过程、实现过程和调试过程，包括所建立的模型、实现的电路以及调试中遇到的包括所建立的模型、实现的电路以及调试中遇到的问题和解决方法。问题和解决方法。n电梯算法常在操作系统的磁头调度算法中应用，这电梯算法常在操作系统的磁头调度算法中应用，这有什么好处？有什么好处？磁头调度算法：在硬盘读写过程中要向硬盘发出命令，控磁头调度算法：在硬盘读写过程中要向硬盘发出命令，控制磁头运动到不同的磁道上方进行读写以完成任务。通常制磁头运动到不同的磁道上方进行读写以完成任务。通常同一时刻有很多对不同磁道的读写请求等待完成，这就需同一时刻有很多对不同磁道的读写请求等待完成，这就需要一种较好的算法以提高完成任务的效率。要一种较好的算法以提高完成任务的效率。n对照仿真波形，详细分析电梯控制器的工作过程。对照仿真波形，详细分析电梯控制器的工作过程。2/6/202350