eda電子密碼課程設(shè)計---基于vhdl文本輸入法的電子密碼鎖的設(shè)計

1、<p>　　《EDA設(shè)計實習(xí)》報告</p><p><b>　　本課程設(shè)計目錄：</b></p><p><b>　　<1></b></p><p><b>　　<2></b></p><p><b>　　<3></

2、b></p><p><b>　　<4></b></p><p><b>　　<5></b></p><p>　　課程設(shè)計的目的： </p><p>　　本課程設(shè)計主要是基于VHDL文本輸入法設(shè)計電子密碼鎖，隨著社會物質(zhì)財富的日益增長，安全防盜已成為全社會關(guān)注的問題。

3、基于EDA技術(shù)設(shè)計的電子密碼鎖，以其價格便宜、安全可靠、使用方便，受到了人們的普遍關(guān)注。而以現(xiàn)場可編程邏輯器件(FPGA)為設(shè)計載體，以硬件描述語言(VHDE)為主要表達方式，以QuartusⅡ開發(fā)軟件和GW48EDA開發(fā)系統(tǒng)為設(shè)計工具設(shè)計的電子密碼鎖，由于其能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)碼輸入、數(shù)碼清除、密碼解除、密碼更改、密碼上鎖和密碼解除等功能，因此，能夠滿足社會對安全防盜的要求。</p><p>　　系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)的基本功能&

4、lt;/p><p>　　密碼輸入：每按下一個數(shù)字鍵，就輸入一個數(shù)值，并在顯示器上顯示出該數(shù)值。同時將先前輸入的數(shù)據(jù)依次左移一個數(shù)字位置。</p><p>　　密碼清除：按下清除鍵可清除前面所有的輸入值，清除成為“0000”。</p><p>　　密碼更改：按下更改鍵可將目前數(shù)據(jù)設(shè)定為新的密碼。</p><p>　　密碼上鎖：按下上鎖鍵可將密碼鎖上

5、鎖。</p><p>　　密碼解除：按下解除鍵首先檢查輸入的密碼是否正確，密碼正確即解鎖。</p><p>　　三、電子密碼鎖的結(jié)構(gòu)原理</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，系統(tǒng)設(shè)計采用自頂向下的設(shè)計方法。3.1 電子密碼鎖的整體結(jié)構(gòu)電子密碼鎖的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，它包括密碼鎖輸入模塊、控制模塊和顯示模塊等。</p><p><b

6、>　　原理圖：</b></p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　《1》密碼鎖輸入模塊</p><p>　　密碼鎖的輸入模塊由時序產(chǎn)生電路、鍵盤掃描電路、鍵盤譯碼電路和按鍵存儲電路組成。如下圖示：</p><p><b>　　圖2</b></p>

7、<p><b>　　時序產(chǎn)生電路</b></p><p>　　產(chǎn)生電路中使用的三種不同頻率的工作脈沖波形，即系統(tǒng)時鐘脈沖、彈跳消除取樣信號和鍵盤掃描信號。</p><p><b>　　鍵盤掃描電路</b></p><p>　　掃描電路的作用是提供鍵盤掃描信號，掃描信號變化順序依次是1110—1101—1011—0

8、111—1110.-----依序地周而復(fù)始。</p><p><b>　　c．鍵盤譯碼電路</b></p><p>　　上述鍵盤中的按鍵分為數(shù)字按鍵和文字按鍵，每一個按鍵可能負責(zé)不同的功能，例如清除鍵、上鎖鍵和解鎖鍵等。數(shù)字按鍵主要是用來輸入數(shù)字的，但是鍵盤所產(chǎn)生的輸出是無法直接拿來用作密碼鎖控制電路的輸入的；另外，不同的按鍵具有不同的功能，所以必須由鍵盤譯碼電路來規(guī)

9、劃每個按鍵的輸出形式，以便執(zhí)行相應(yīng)的動作。</p><p><b>　　按鍵存儲電路</b></p><p>　　因為每一次掃描會產(chǎn)生新的按鍵數(shù)據(jù)，可能會覆蓋前面的數(shù)據(jù)，所以需要一個按鍵存儲電路。將整個鍵盤掃描完畢后的結(jié)果記錄下來。</p><p>　　按鍵位置與數(shù)碼關(guān)系（表）圖3</p><p>　　圖4所示是密碼鎖輸

10、入模塊的仿真波形</p><p>　　《2》密碼鎖控制模塊</p><p>　　密碼鎖的控制電路是整個電路的控制中心，主要完成對數(shù)字按鍵輸入和功能按鍵輸入的響應(yīng)控制。</p><p>　　a．?dāng)?shù)字按鍵輸入的響應(yīng)控制</p><p>　　如果按下數(shù)字鍵，第一個數(shù)字會從顯示器的最右端開始顯示，此后每新按下一個數(shù)字時，顯示器上的數(shù)字必須左移一位，一

11、邊將新的數(shù)字顯示出來。</p><p>　　假如要更改輸入的數(shù)字，可以按倒退按鍵來清除前一個輸入的數(shù)字，或者按清除鍵清除所有輸入的數(shù)字，再重新輸入四位數(shù)。</p><p>　　由于這里設(shè)計的是一個四位的電子密碼鎖，所以當(dāng)輸入的數(shù)字鍵超過四個時，電路不予理會，而且不再顯示第四個以后的數(shù)字。</p><p>　　b．功能按鍵輸入響應(yīng)控制</p><p

12、>　　清除鍵：清除所有的輸入數(shù)字，即做歸零動作。</p><p>　　上鎖鍵：按下此鍵時可將密碼鎖的門上鎖（上鎖前必須先設(shè)定一個四位的電子密碼）。</p><p>　　解除鍵：按下此建輝檢查輸入的密碼是否正確，若密碼正確無誤則解鎖。</p><p>　　圖4所示是密碼鎖控制模塊的仿真波形</p><p>　　《3》密碼鎖譯碼模塊：本電

13、子密碼鎖的顯示模塊比較簡單，其作用是將控制模塊的BCD碼輸出轉(zhuǎn)換為7段顯示編碼，然后驅(qū)動數(shù)碼管，其仿真波形如圖6所示。</p><p>　　電子密碼鎖的整合和驗證要完成電子密碼鎖的設(shè)計，還必須將上述三個功能模塊進行整合。其整合電路圖如圖1所示。電子密碼鎖整個系統(tǒng)的仿真如下圖示：</p><p><b>　　四、設(shè)計的心得體會</b></p><

14、p>　　此次的設(shè)計是參考了《EDA技術(shù)實驗與課程設(shè)計》里的程序，不過由于程序里面出現(xiàn)了不少的語法錯誤，使得在編譯時出現(xiàn)了20多個錯誤，不過在看過書后，細心地檢查過程序后方能糾正過來。在糾正的過程中獲益良多。 在EDA軟件平臺上，用硬件描述語言VHDL完成設(shè)計文件，然后由計算機自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至對于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。感覺EDA還是很有研究價值的，

15、能大大的減少設(shè)計者的工作量。</p><p>　　從編寫程序到完成此次課程設(shè)計，親自操作軟件起來從生硬到熟練，現(xiàn)在能較嫻熟的運用QuartusⅡ。</p><p><b>　　附：VHDL源程序</b></p><p><b>　　密碼鎖輸入模塊</b></p><p>　　LIBRARY IEEE

16、 ; </p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;</p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;</p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;</p><p>　　ENTITY SR IS</p><p>　

17、　PORT(CLK_1K: IN STD_LOGIC;</p><p>　　KEY_IN: IN STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);</p><p>　　DATA_N: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);</p><p>　　DATA_F: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);&

18、lt;/p><p>　　FLAG_N: OUT STD_LOGIC;</p><p>　　FLAG_F: OUT STD_LOGIC;</p><p>　　CQD: OUT STD_LOGIC;</p><p>　　KSEL: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);</p><p>　　CSR:

19、 OUT STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0));</p><p><b>　　END SR;</b></p><p>　　ARCHITECTURE ONE OF SR IS</p><p>　　SIGNAL C_QD: STD_LOGIC;</p><p>　　SIGNAL C_SR: STD_LO

20、GIC_VECTOR(1 DOWNTO 0); </p><p>　　SIGNAL N,F: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);</p><p>　　SIGNAL FN,FF: STD_LOGIC;</p><p>　　SIGNAL SEL: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);</p><p>

21、　　SIGNAL Q: STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0);</p><p>　　SIGNAL C: STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);</p><p><b>　　BEGIN </b></p><p>　　DATA_N<=N;</p><p>　　DATA_F<

22、=F;</p><p>　　FLAG_N<=FN;</p><p>　　FLAG_F<=FF;</p><p>　　CQD<=C_QD;</p><p>　　CSR<=C_SR;</p><p>　　KSEL<=SEL;</p><p>　　C(0)<=KEY

23、_IN(0);</p><p>　　C(1)<=KEY_IN(1);</p><p>　　C(2)<=KEY_IN(2);</p><p>　　COUNTER: BLOCK IS</p><p><b>　　BEGIN </b></p><p>　　PROCESS(CLK_1K)IS

24、</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　IF(CLK_1K'EVENT AND CLK_1K='1')THEN</p><p><b>　　Q<=Q+1;</b></p><p><b>　　END IF;</b>&l

25、t;/p><p>　　C_QD<=Q(3);</p><p>　　C_SR<=Q(5 DOWNTO 4);</p><p>　　END PROCESS;</p><p>　　SEL<="1110" WHEN C_SR=0 ELSE</p><p>　　"1101"

26、WHEN C_SR=1 ELSE</p><p>　　"1011" WHEN C_SR=2 ELSE</p><p>　　"0111" WHEN C_SR=3 ELSE</p><p><b>　　"1111";</b></p><p>　　END BLOCK

27、COUNTER;</p><p>　　KEY_DECODER: BLOCK</p><p>　　SIGNAL Z: STD_LOGIC_VECTOR(4 DOWNTO 0);</p><p><b>　　BEGIN </b></p><p>　　PROCESS(C_QD)</p><p><

28、b>　　BEGIN</b></p><p>　　Z<=C_SR&C;</p><p>　　IF(C_QD'EVENT AND C_QD='1') THEN</p><p><b>　　CASE Z IS</b></p><p>　　WHEN"11101&q

29、uot;=>N<="0000";</p><p>　　WHEN"00011"=>N<="0001";</p><p>　　WHEN"00101"=>N<="0010";</p><p>　　WHEN"00110"

30、=>N<="0011";</p><p>　　WHEN"01011"=>N<="0100";</p><p>　　WHEN"01101"=>N<="0101";</p><p>　　WHEN"01110"=>

31、;N<="0110";</p><p>　　WHEN"10011"=>N<="0111";</p><p>　　WHEN"10101"=>N<="1000";</p><p>　　WHEN"10110"=>N&l

32、t;="1001";</p><p>　　WHEN OTHERS=>N<="1111";</p><p><b>　　END CASE;</b></p><p><b>　　END IF;</b></p><p>　　IF C_QD'EVE

33、NT AND C_QD='1' THEN</p><p>　　CASE Z IS </p><p>　　WHEN"11011"=>F<="0100";</p><p>　　WHEN"11110"=>F<="0001";</p><

34、;p>　　WHEN OTHERS=>F<="1000";</p><p><b>　　END CASE;</b></p><p><b>　　END IF;</b></p><p>　　END PROCESS;</p><p>　　FN<=NOT(N(3)

35、AND N(2)AND N(1)AND N(0));</p><p>　　FF<=F(2) OR F(0);</p><p>　　END BLOCK KEY_DECODER;</p><p>　　END ARCHITECTURE ONE;</p><p><b>　　密碼鎖控制模塊</b></p>&

36、lt;p>　　LIBRARY IEEE ; </p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;</p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;</p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;</p><p>　　ENTITY CTRL

37、IS</p><p>　　PORT (DATA_N: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);</p><p>　　DATA_F: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);</p><p>　　FLAG_N: IN STD_LOGIC;</p><p>　　FLAG_F: IN STD_LOGI

38、C;</p><p>　　MIMAIN: BUFFER STD_LOGIC;</p><p>　　SETIN: BUFFER STD_LOGIC;</p><p>　　OLD: BUFFER STD_LOGIC;</p><p>　　CQD: IN STD_LOGIC;</p><p>　　ENLOCK: OUT ST

39、D_LOGIC;</p><p>　　DATA_BCD: OUT STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0));</p><p>　　END ENTITY CTRL;</p><p>　　ARCHITECTURE ONE OF CTRL IS</p><p>　　SIGNAL ACC,REG: STD_LOGIC_VECTOR

40、(15 DOWNTO 0);</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　PROCESS(CQD,FLAG_F) IS </p><p><b>　　BEGIN </b></p><p>　　IF CQD'EVENT AND CQD='0' THEN

41、</p><p>　　IF FLAG_F='1' THEN </p><p>　　IF(DATA_F="0100") THEN </p><p>　　ACC<="1111111111111111";</p><p>　　MIMAIN<='0'; SETIN&l

42、t;='0'; OLD<='0';</p><p>　　ELSIF(DATA_F="0001") THEN</p><p>　　IF(MIMAIN='0' AND SETIN='0') THEN</p><p>　　CASE ACC(7 DOWNTO 0) IS</p&g

43、t;<p>　　WHEN"00010001"=>ENLOCK<='1';</p><p>　　WHEN"10011001"=>MIMAIN<='1'; ACC<="1111111111111111";</p><p>　　WHEN"0101010

44、1"=>SETIN<='1'; ACC<="1111111111111111"; </p><p><b>　　OLD<='1';</b></p><p>　　WHEN OTHERS=>NULL;</p><p><b>　　END CASE;

45、</b></p><p>　　ELSIF(MIMAIN='1') THEN </p><p>　　IF ACC=REG THEN</p><p>　　ENLOCK<='0';</p><p>　　MIMAIN<='0';</p><p><b

46、>　　ELSE</b></p><p>　　MIMAIN<='0';</p><p><b>　　END IF;</b></p><p>　　ELSIF(SETIN='1') THEN</p><p>　　IF(OLD='1') THEN</p

47、><p>　　IF(ACC=REG) THEN</p><p><b>　　OLD<='0';</b></p><p><b>　　ELSE</b></p><p>　　SETIN<='0';</p><p><b>　　OL

48、D<='0';</b></p><p><b>　　END IF;</b></p><p><b>　　ELSE</b></p><p>　　IF(ACC<"1001100110011001") THEN</p><p><b>

49、　　REG<=ACC;</b></p><p>　　SETIN<='0';</p><p><b>　　END IF;</b></p><p><b>　　END IF;</b></p><p><b>　　END IF;</b><

50、/p><p><b>　　END IF;</b></p><p>　　ELSIF FLAG_N='1' THEN </p><p>　　ACC<=ACC(11 DOWNTO 0)&DATA_N;</p><p><b>　　END IF;</b></p>&l

51、t;p><b>　　END IF;</b></p><p>　　END PROCESS;</p><p>　　DATA_BCD<=ACC;</p><p>　　END ARCHITECTURE ONE;</p><p><b>　　密碼鎖譯碼模塊</b></p><p

52、>　　LIBRARY IEEE ; </p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;</p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;</p><p>　　ENTITY YM IS</p><p>　　PORT(DATA_BCD: IN STD_LOGIC_VECTO

53、R(3 DOWNTO 0);</p><p>　　DOUT7: OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0));</p><p><b>　　END YM;</b></p><p>　　ARCHITECTURE ONE OF YM IS</p><p><b>　　BEGIN</b&g

54、t;</p><p>　　PROCESS(DATA_BCD)</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　CASE DATA_BCD IS</p><p>　　WHEN"0000"=>DOUT7<="0111111";</p>&l

55、t;p>　　WHEN"0001"=>DOUT7<="0000110";</p><p>　　WHEN"0010"=>DOUT7<="1011011";</p><p>　　WHEN"0011"=>DOUT7<="1001111";

56、</p><p>　　WHEN"0100"=>DOUT7<="1100110";</p><p>　　WHEN"0101"=>DOUT7<="1101101";</p><p>　　WHEN"0110"=>DOUT7<="

57、1111101";</p><p>　　WHEN"0111"=>DOUT7<="0000111";</p><p>　　WHEN"1000"=>DOUT7<="1111111";</p><p>　　WHEN"1001"=>DO

58、UT7<="1101111";</p><p>　　WHEN OTHERS=>DOUT7<="0000000";</p><p><b>　　END CASE;</b></p><p>　　END PROCESS;</p><p>　　END ARCHITECTU