EDA电子密码锁

1、东 北 石 油 大 学课 程 设 计课 程 EDA技术课程设计 题 目 电子密码锁 院 系 电子科学学院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 2013年 3 月8日东北石油大学课程设计任务书课程 EDA技术课程设计题目 电子密码锁专业 电子信息工程 姓名 学号主要内容、基本要求、主要参考资料等主要内容：设计一个密码锁的控制电路，第一个按钮触动后的5秒内若未将锁打开，则电路自动复位并进入自锁状态，当输入正确代码时，输出开锁信号以推动执行机构工作。基本要求：1、设计一个密码锁的控制电路，当输入正确代码时，输出开锁信号以推动执行机构工作，用红灯亮、绿灯熄灭表示关锁，用绿灯亮、红灯熄灭表示开锁；2

2、、在锁的控制电路中储存一个可以修改的4位代码，当开锁按钮开关（设置成8位，其中实际有效为4位，其余为虚设）的输入代码等于储存代码时，开锁；3、从第一个按钮触动后的5秒内若未将锁打开，则电路自动复位并进入自锁状态，使之无法再打开，并由扬声器发出持续20秒的报警信号，并输出一个信号推动LED不断闪烁。主要参考资料：1 潘松著.EDA技术实用教程(第二版). 北京：科学出版社,2005.2 康华光主编.电子技术基础 模拟部分. 北京：高教出版社,2006.3 阎石主编.数字电子技术基础. 北京：高教出版社,2003.完成期限 2013.3.8 指导教师 专业负责人 2013年 3月4日一、设计思想1

3、.基本原理根据设计要求，该电子密码锁主要有设置密码，5秒时间输入密码（即第一个按键按下后的5秒内输入密码），报警（即超出5秒后若未将锁开启则扬声器发出20秒的报警信号，同时一个LED不断闪烁），开锁时输出声光信号（即扬声器发出5秒的信号，同时对应的指示灯发生变换）的功能。因此，我的设计思路是输入datain（3 downto 0）为四位密码按键，其对应的二进制序列为密码（当然也可以设置6位或8位，其中实际有效为4位，其余为虚设），enter1为设置密码确认键（上升沿有效），enter2为输入密码确认键（上升沿有效），set为模式选择键（0为设置密码，1为输入密码），系统时钟clk_1k设置为1

4、024Hz；输出有led_r（红灯）、led_g（绿灯）、led_alert（报警指示灯）、speaker（扬声器）。首先在set为0的情况下，将4位按键设置成想要的密码（例如1001），然后按一下enter1将密码锁存起来，这时对应的指示灯由红灯灭、绿灯灭变成红灯亮、绿灯灭（表示关锁），接着将set设为1，此时将4位按键设置成输入的密码（初始值都还原为0），按enter2进行确认，第一个按键按下后会产生一个5秒计时信号，若5秒内将锁开启，则对应的指示灯由红灯亮、绿灯灭变成红灯灭、绿灯亮（表示开锁），同时扬声器发出短暂的提示信号，若5秒后没有将锁开启，则报警，扬声器发出20秒的信号，报警指示灯

5、闪烁20秒。2. 设计框图图1 设计框图2、 设计步骤和调试过程1、模块设计和相应模块程序（1）分频由于要产生5秒、20秒的计时信号，故对系统时钟clk_1k进行分频来得到1Hz的时钟clk。其模块及部分程序如下：process(clk_1k) variable count:std_logic_vector(9 downto 0);beginif(clk_1k'event and clk_1k='1') then 图3 分频模块图count:=count+1;end if;clk<=count(9);end process;仿真波形如下：图4 仿真图（2）设置密码

6、本模块主要是将设置的密码锁存到中间变量ram中去，同时控制灯的变化，由于这里的灯并不能作为最终的输出，所以这里先用led_r_temp1、led_r_temp2代替。其模块及部分程序如下：process(enter1,set)beginif(enter1'event and enter1='1') thenif(set='0') then ram<=datain;led_r_temp1<='1'led_g_temp1<='0' 图5 模块图else led_r_temp1<='0'l

7、ed_g_temp1<='0'end if;end if;end process;仿真波形如下：图6 仿真图（3）输入密码时第一个按键判断信号本模块主要在密码输入下，当第一个按键按下时产生一个judge信号（高电平有效），其模块及部分程序如下：process(set,clk_1k,datain)Begin if(clk_1k'event and clk_1k='1') then if(set='0') then judge<='0' 图7 模块图elsif(set='1') thenif(dat

8、ain(0) or datain(1) or datain(2) or datain(3)='0') then judge<='0'elsif(datain(0) or datain(1) or datain(2) or datain(3)='1') thenjudge<='1'else judge<='0'end if;end if;end if;end process;仿真波形如下：图8 仿真图从仿真波形上看，当按键按下后judge信号由0变为1，但是当按键重新弹回0时，judge信号又回到0

9、，所以需对judge高电平信号进行锁存：signal temp:std_logic:='0'beginprocess(judge)begin 图9 模块图if(judge'event and judge='1') thentemp<='1'end if;end process;judge_load<=temp;图10 仿真图（4）5秒计时信号该模块是产生一个5秒计时的信号state，5秒期间为1，当5秒时间过去后state变为0，并作为报警信号。其模块及部分程序如下：signal count_5:std_logic_vecto

10、r(2 downto 0);signal state1:std_logic;beginprocess(clk) 图11 模块图beginif(clk'event and clk='1') then if(judge_load='1') then 第一个按键按下if(count_5="101") thencount_5<="101"else count_5<=count_5+1;end if;end if;end if;end process;process(count_5)begincase count

11、_5 iswhen "000"=>state1<='1'when "001"=>state1<='1'when "010"=>state1<='1'when "011"=>state1<='1'when "100"=>state1<='1'when others=>state1<='0'end case;end process;s

12、tate<=state1 and set;确保在set置为1而第一个按键没有按下时，state为高电平，即刚进入输入密码状态而第一个按键没有按下时state为高电平。仿真波形如下：图12 仿真图根据仿真波形可以看出，set为0时设置密码，当set为1时，在judge_load（按键识别信号）为0的情况下，state为1，保证下面将要提及的报警模块不会工作，而只有当judge_load为1，且5秒过后state变为0时才有可能发出报警信号（密码输错的情况下）。（5）开锁信号的产生本模块主要是对输入的密码进行判断，一旦密码输入正确，产生一个开锁信号unlock（高电平有效）。其模块与部分程序

13、如下：process(enter2)begin if(enter2'event and enter2='1') then输入密码确认if(set='1') then if(state='1') then5秒期间if(datain=ram) thenunlock<='1'开锁信号else unlock<='0'end if;end if;end if;end if; 图13 模块图end process; 输入正确密码仿真波形：图14 仿真图输入错误密码仿真波形：图15 仿真图（6）报警模块本模块

14、主要是在5秒限制时间结束时，如果还没有开锁，就产生报警信号。即长达20秒的声光信号。这里的报警信号指示灯用led_r_temp3表示，扬声器用speaker_temp2表示。其模块及部分程序如下：signal count_20:std_logic_vector(4 downto 0);signal temp:std_logic; beginprocess(clk) Begin 图16 模块图if(clk'event and clk='1') thenif(set='0')thentemp<='0'elsif(set='1&#

15、39;) thenif(state='0') thenif(count_20="10100") then count_20<="10100"temp<='0'else count_20<=count_20+1;temp<='1'speaker_temp2<=clk_1k;end if;end if;end if;end if;end process;led_r_temp3<=temp and clk and (not unlock);speaker_temp2<=t

16、emp and clk_1k and (not unlock);仿真波形如下：图17 仿真图可见当state由1变为0且没有unlock信号时，输出20秒的声光信号以示报警。（7）开锁信号控制指示灯变化模块本模块是实现当开锁信号产生时，相应的指示灯由红亮绿灭变成红灭绿亮。这里同样先用led_r_temp2、led_g_temp2代表红灯和绿灯。其模块及部分程序如下：process(clk_1k,state)beginif(clk_1k'event and clk_1k='1') then if(state='1') then 图18 模块图if(unlo

17、ck='1') thenled_r_temp2<='0'led_g_temp2<='1'else led_r_temp2<='1'led_g_temp2<='0'end if;end if;end if;end process;仿真波形如下：图19 仿真图（8）开锁信号产生2秒提示音模块当开锁信号产生时，扬声器发出两秒的提示音。这里用speaker_temp2代替。其模块及部分程序如下：signal count_2:std_logic_vector(1 downto 0);signal te

18、mp:std_logic;beginprocess(clk) 图20 模块图beginif(clk'event and clk='1') then1秒Hzif(unlock='1') then if(count_2="10") thencount_2<="10"temp<='0'else count_2<=count_2+1;temp<='1'end if;end if;end if;end process;speaker_temp1<=clk_1k a

19、nd temp;仿真波形如下：图21 仿真图（9）指示灯综合输出模块本模块主要是将led_r_temp1、led_g_temp1、led_r_temp2、led_g_temp2经过条件判断选择输出，设置密码（set=0）时输出led_r_temp1、led_g_temp1，输入密码（set=1）时输出led_r_temp2、led_g_temp2。其模块及部分程序如下：if(set='0') then led_r<=led_r_temp1; led_g<=led_g_temp1;Else 图22 模块图led_r<=led_r_temp2; led_g<

20、=led_g_temp2;仿真波形如下：图23 仿真图（10）扬声器综合输出模块本模块主要是将报警音speaker_temp1和开锁提示音speaker_temp2经过条件选择判断输出，set=0时，输出为0；当set=1且unlock=0时输出speaker_temp1，当unlock=1时，输出speaker_temp2。其模块及部分程序如下：if(set='0') thenspeaker<='0'elsif(unlock='1') then speaker<=speaker_temp1; 图24 模块图elsespeaker<=speaker_temp2;end if;仿真波形如下：图25 仿真图3、仿真及仿真结果分析顶层模块详见报告后面所附的顶层模块图，仿真波形如下：输入错误密码：图26 仿真图输入正确密码：图27 仿真图4、实验调试结果本次的设计基本完成了LED数码显示，蜂鸣器设置。基本完成了预期的目标，配合软件仿真的实现。但是由于时间仓促、条件有限，设计成果并不是很完美，但对于这一整个电子密码锁系统，设计的程序已经基本实现。3、 结论及心得体会通过这次设计，使我对EDA产生了浓厚的兴趣