数电试验报告

1、数字电路与逻辑设计实验报告一、设计课题的任务要求题目六 简易智能密码锁设计并实现一个数字密码锁，密码锁有四位数字密码和一个确认 开锁按键，密码输入正确，密码锁打开，密码输入错误进行警示。基本要求：1、密码设置： 通过键盘进行 4 位数字密码设定输入 ,在数码管上显示 所输入数字。通过密码设置确定键（ BTN 键）进行锁定。2、开锁：在闭锁状态下，可以输入密码开锁，且每输入一位密码， 在数码管上显示 “-”，提示已输入密码的位数。 输入四位核对密码后， 按“开锁”键，若密码正确则系统开锁，若密码错误系统仍然处于闭 锁状态，并用蜂鸣器或 led 闪烁报警。3、在开锁状态下，可以通过密码复位键（ B

2、TN 键）来清除密码，恢 复初始密码“ 0000”。闭锁状态下不能清除密码。4、用点阵显示开锁和闭锁状态。提高要求：1、输入密码数字由右向左依次显示，即：每输入一数字显示在最右 边的数码管上 ,同时将先前输入的所有数字向左移动一位。2、密码锁的密码位数（ 46 位）可调。3、自拟其它功能出于对于此密码锁安全性、 可控性及便利性的优化， 本人对于题 目要求做了如下调整：1、通过一个拨码开关VISIBLE （可视化），来实现对数码管输入数字 是否可见的控制：开时，输入密码数字由右向左依次显示，即每输入 一数字显示在最右边的数码管上， 同时将先前输入的所有数字向左移 动一位；关时，数码管显示 “-

3、”提示输入密码的位数，并有四个 LED 灯用 8421 码提示输入密码的键值。2、 将密码复位键在功能上优化成密码更改键CHGP（Wchangepassword 的缩写），当处于开锁状态时，按下此键即在开锁状态下获 得设置密码的权限， 点阵显示为不同颜色的开锁图案。 因为原要求中 相当于设定过一次密码后只能通过密码复位键将密码设置为0000，这既不合理又不方便。3、对于提高要求的取舍：（1）将移位显示结合在了开关 VISIBLE中，并拓展了四个LED的键 值显示。（ 2）舍弃了对于密码位数可调的扩展性。（3）自拟了输入时的退格键 DEL以及全清键CLR用以避免在输入时误操作导致报警，一定程度上

4、增强了密码锁的可控性和实用性。二、系统设计1.设计思路整体思路上用有限状态机实现该课题( set,unlocked,locked)。具体需要如下模块：分频模块、键值读取模块、状态机主控制模 块、点阵显示模块、数码管显示模块以及报警模块。2.对外界口说明(1)输入： CLK ：时钟信号。VISIBLE (SWO):控制密码可视化的拨码开关。RST (SW7):重置密码锁内部很多进程，但并不重置密码锁本身。LOCK(BTN1):由开锁状态转换为闭锁状态的闭锁键。CHGPW( BTN4 )：在开锁状态下跳至开锁并设置密码状 态。OK( BTN0)：设置或输入密码后的确认键。DEL(BTN2) 在设置

5、或输入密码时清除一位的退格键。CLR( BTN3):在设置或输入密码时清除全部的全清键。 KEYROW 四位输入行信号。( 2)输出 KEYCOL 四位输出列扫描信号。DISP 六位输出数码管位数显示信号。SHOWAN 8位输出数码管内容显示信号。CODE :四位LED输出用8421码表示键值DISROW :点阵行输出信号。DISCOLR :点阵红列输出信号DISCOLG :点阵绿列输出信号SOUND:报警声音输出信号。LIGHTS :报警闪灯输出信号。3总体框图设置密码时钟上升沿N确定?正确？ A|开锁NY时钟上升沿时钟上升沿i_ *F- 闭锁Y一锁住？YYN修改？4. 分块设计块间信号说明

6、type state_type is(set,unlocked,locked); -定义状态机状态类型 signal state:state_type:=set;-状态机的状态signal pwed,pwing:std_logic_vector(15 downto 0); - 已设定的密码和 正在输入的密码signal count:integer range 0 to 4:=0; -输入密码位数计数器signal div:std_logic_vector(29 downto 0); -30 位分频器signal keycode:std_logic_vector(3 downto 0); -键值

7、signal keyscan:std_logic_vector(3 downto 0); -键盘列扫描信号signal keyrow:std_logic_vector(3 downto 0); -键盘行信号signal keyloc:std_logic_vector(7 downto 0); -键位信号signal alarm:std_logic:=0;-报警信号 及 退格键防抖辅助信号(1)分频模块process(clk,rst)-dividerbeginif(rst=1)thendivv二000000000000000000000000000000;-2八30elsif(clkevent

8、and clk=1)thendiv=div+1;end if;end process;用一个30位标准逻辑向量的div信号实现任意2的N次幕分频, 对于时间精度要求不高的系统， 无需过于准确的分频， 这种精度是完 全够用的，而避免了过多对于分频器的编程。使用该分频器时，用DIV (N)或DIV (N DOWNTON-M )就可以实现所需要的分频。如 DIV (9)为原时钟信号的 29+1约等于 1000分频。( 2 )键值读取模块keycolkeyscankeyscankeyscankeyscan=1110;end case;end process;process(keyscan,keyrow

9、,keycode,keyloc) -keycode beginkeylockeycodekeycodekeycodekeycodekeycodekeycodekeycodekeycodekeycodekeycodekeycode=1111;end case;end process;按一定频率输出列扫描， 并返回行信号， 当行列信号同时有一列为 零时，表示该键被按下， 用连接的行列信号确定按键位置进一步确定 键值，当没有按键按下时，键值为“ 1111”即 15。（3）状态机主控制模块（代码见于源代码部分）分频信号上升沿时，判断状态机状态，进入不同的处理， set 状态 设定密码， count 计

10、数输入位数，满四位后确认则设置成功进入解锁 状态，直至闭锁进入闭锁状态，可输入密码并确认，正确则开锁，错 误则继续闭锁并且报警直至输入正确进入开锁状态。 开锁状态下也可 选择更改密码选项进入设置密码状态， 设置密码状态和闭锁输入密码 状态下可通过退格键和全清键对以输入的密码进行清除。密码储存于 16位标准逻辑向量 PWING ，每四位以 8421码存储 位密码，输入时通过对密码后 12 位和新输入的键值连接，使该位密 码存入 PWING （3 DOWNTO 0），删除时通过对 1111 和密码前 12 位连接，使原来的 PWING （ 15 DOWNTO 4）移位至 PWING （11 DOW

11、NTO 0 ），密码设置成功时 PWED=PWING ，保存密码，留以 输入密码时对比。（4）点阵显示模块（代码见于源代码部分）判断三种状态分别在点阵上扫描显示不同的内容（颜色或图案） 。（5）数码管显示模块（代码见于源代码部分）判断三种状态，开锁状态时数码管不显示，闭锁输入密码或设置密 码状态下判断 VISIBLE ，不可视时判断 COUNT 值，显示不同位数的 “ -”，可视时判断 COUNT 循环扫描当前位数的几位密码。（6）报警模块（代码见于源代码部分）但密码错误时 ALARM 信号置一，直至密码正确时再置为零。另一 进程以 ALARM 为输入信号，控制 LIGHTS 和 SOUND

12、的报警。三、仿真波形及波形分析对于该部分， 由于仿真存在的延时以及仿真需要的时间过长， 而控制 密码锁（设置密码闭锁输入密码等）需要的时间过长，因此对 CLK 时钟信号做一定调整并适当改变分频比，而后进行分模块的仿真。 （1）分频模块时钟信号 CLK 为 25MHz ，周期 40ns。OtGM寸*O汕7 11M 14p冷7 l5寸11* n7 KIP Liy述-tf SOE2*小7 ：吗7 A9芒ivrHZ70 J如5他UM -4心 dsv(Il 灯心J -古曲叮 tJvfi.Bl I31T -Mop町 -bo(5 MH-ivCiE -m 口 I j h】l dgvCf -UtT -JavL

13、tk阳W 110即fefeEft匸.A4fci厲辗 1： felli wip呼戦aaS *1liH 5411it1 1”明”畀弁卯卯畀y 码科f卯?p卯卯卯卯畀卯叩艸杵 f! F卯卯卯!卯畀畀卵并椁挣卯卯 ijGMiM涮融血11?战diklkhkliiKWiljilih闊 Jjf 血lj【i 血hliilljil；碰制制ilji艮湖 iilii 揄 血匸皿ilii 血址1皿血IjiUMiiiGMJjjjif 血II Imbinnmnnnii ii 曲tnmmnna!fu.卜亦刑 -曲工湖；】.: -di r R_|. 电I臥】 -dlvFT. .JIvOl)-i- I -divll -dMlf

14、ll rvjT -JIv-SBl -di疔】El -dir J4-硏创口1】 VW门0】 Yl制即可实现任意2N分频(2)键值读取模块. ri I -I-IL1 JLIJD) C11I EllIL叫 * Illi |l DM】羸 *丁向“ V - I - - I- H I 为了不用过长的时间仿真，将列扫描信号的频率增大到时钟频率， 但 由于仿真延时等问题存在，所以仿真结果并不完全准确，但仍可见列 信号为扫描输出信号，行信号均为1时，键值为“ 1111即15,而当 有按键按下时，相应行信号为“ 0”，即CODEOUT出现了 09的各 种数字，其余时候没有键摁下，键值为“ 1111”。(3)点阵显

15、示模块elk卷I3 rbscelih】u-I l g4i.O aixniHJ. 0 3i320.0 nxICU D nt沁 Cl m24l. Q ns.FTlLrL. I1 , l1 . J1ICDInhDt； _!:jLUJj+1UIJIUJJII为-kublLUJ-*JU1IL111IIL111L91AiliuTlf_ LlllSlLlnt. 3110 IT i :血皿： 年 L0ILJ11LCdLllk 显示内容为橙色的开锁图标，表示设置密码OOOOHH 00001m 00001m )0000 .1 .1 .1 .1 .1 .111 1 1OOOOOOO HOOOO00011000001

16、0010000100100 00100100 - 0 0 0 001 01 0101开锁状态为绿色的开锁图标，闭锁状态为红色的闭锁图标，同理(4)报警模块Ion:Dtrielk did 帕) 11 li. gkt arnL:虜疋 一 itr x ：K IT (1 才刃厂 E Mlx n r ).川H-lT.lJlMim IMW . rjunrnt.irjoiWlP严13.H m2C TO itie脏朝5 n.昭.B曲祉04xHI当报警信号为“ 1”时，两只LED灯以DIV( 18)的频率轮流闪烁,蜂鸣器以该频率作为间隔发生，而决定声音音高的频率为 DIV( 14)四、源程序library ie

17、ee;use ieee.stdo gic_1164.all;use ieee.std logic unsigned.all;entity elecpwlock isport(clk,chgpw,lock,visible,ok,clr,rst,del:in std_logic;- 外部端口说明已在上述内容中写过keyrow:in std_logic_vector(3 downto 0);- 故此处不再赘述keycol:out std_logic_vector(3 downto 0);lights:out std_logic_vector(1 downto 0):=00;code:out std_

18、logic_vector(3 downto 0):=0000;sound:out std_logic:=0;discolr,discolg,disrow,showan:out std_logic_vector(7 downto 0);disp:out std_logic_vector(5 downto 0);end elecpwlock;architecture elecpwlock_arch of elecpwlock is- 信号功能及含义也已经写过type state_type is(set,unlocked,locked);- 亦不再赘述signal state:state_type:

19、=set;signal pwed,pwing:std_logic_vector(15 downto 0);signal count:integer range 0 to 4:=0;signal div:std_logic_vector(29 downto 0);signal keycode:std_logic_vector(3 downto 0);signal keyscan:std_logic_vector(3 downto 0);signal keyloc:std_logic_vector(7 downto 0);signal alarm:std_logic:=0;beginkeycol=

20、keyscan;process(clk,rst)-dividerbeginif(rst=1)thendiv=000000000000000000000000000000;-2A30elsif(clkevent and clk=1)thendivkeyscankeyscankeyscankeyscan=1110;end case;end process;process(keyscan,keyrow,keycode,keyloc) -keycode 由行标列标共同确定位置和键值 beginkeylockeycodekeycodekeycodekeycodekeycodekeycodekeycode

21、keycodekeycodekeycodekeycode1111if(keycode/=1111 and count4)then- 尚未输够四位切键值不为pwing=pwing(11 downto 0) & keycode; code=keycode; count=count+1;elsif(clr=1)then-全清count=0;pwing=1111111111111111;code=0000;elsif(del=1)then- 退格(清一位)pwing=0000 & pwing(15 downto 4); if(count=0)thencount=0;elsif(count=1 or c

22、ount=2 or count=3 or count=4)then count=count-1;end if;elsif(count=4 and ok=1)then-输入四位并确定state=unlocked; pwed=pwing; pwing=1111111111111111;code=0000;elsestateif(lock=0 and chgpw=0)then state=unlocked;elsif(lock=0 and chgpw=1)then state=set;count=0;elsif(lock=1 and chgpw=0)then state=locked;count=0

23、;pwing- 无操作 保持开锁-更改密码-将电子锁闭锁-对于闭锁状态输入和设置输入相同if(keycode/=1111 and count4)then pwing=pwing(11 downto 0) & keycode; count=count+1; code=keycode;elsif(clr=1)then count=0; pwing=1111111111111111;elsif(del=1)then pwing=0000 & pwing(15 downto 4); if(count=0)thencount=0; elsif(count=1 or count=2 or count=3

24、or count=4)then count=count-1;end if;end if;if(ok=1 and pwed=pwing)then- 确定时密码正确则开锁(解除报警)state=unlocked;alarm=0; code=0000;elsif(ok=1 and pwed/=pwing)then - 密码不正确则报警直至正确 state=locked;count=0; alarm=1; codecase div(12 downto 10) iswhen 000 = disrow=11111110; discolr=00011000;discolg disrow=11111101;

25、discolr=00100100;discolg disrow=11111011; discolr=00100100;discolg disrow=11110111; discolr=00100100;discolg disrow=11101111; discolr=01111110;discolg disrow=11011111; discolr=01111110;discolg disrow=10111111; discolr=01111110;discolg disrow=01111111; discolr=01111110;discolg null;end case;when unlo

26、cked =case div(12 downto 10) iswhen 000 = disrow=11111110; discolg=01100000;discolr disrow=11111101; discolg=10010000;discolr disrow=11111011; discolg=10010000;discolr disrow=11110111; discolg=10010000;discolr disrow=11101111; discolg=00111111;discolr disrow=11011111; discolg=00111111;discolr disrow

27、=10111111; discolg=00111111;discolr disrow=01111111; discolg=00111111;discolr null;end case;when set =case div(12 downto 10) iswhen 000 = disrow=11111110; discolr=01100000;discolg disrow=11111101; discolr=10010000;discolg disrow=11111011; discolr=10010000;discolg disrow=11110111; discolr=10010000;di

28、scolg disrow=11101111; discolr=00111111;discolg disrow=11011111; discolr=00111111;discolg disrow=10111111; discolr=00111111;discolg disrow=01111111; discolr=00111111;discolg null;end case;end case;end process;process(alarm,div) -alarm-LED 闪烁报警频率begin if(alarm=1)then lights(1)=div(22);lights(0)=not d

29、iv(22);if(div(22)=1)then- 此频率决定蜂鸣器发声的时间间隔sound=div(14);- 此频率决定蜂鸣器的音调elsif(div(22)=0)thensound=0;end if;elsif(alarm=0)thenlights=00;soundif(visible=1)then- 是否密码可见case count iswhen 0=disp-1 位，最后一个数码管显示最后一位密码disp showan showan showan showan showan showan showan showan showan showan showan- 多位循环扫描显示各位密码

30、case div(10) iswhen 0=disp showan showan showan showan showan showan showan showan showan showan showandisp showan showan showan showan showan showan showan showan showan showan showancase div(11 downto 10) iswhen 00= disp showan showan showan showan showan showan showan showan showan showan showan disp showan showan showan showan showan showan showan showan showan showan showan disp showan showan showan showan s