电子密码锁 eda 课程设计

1、东 北 石 油 大 学 课 程 设 计 2011年 3 月 11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 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、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

2、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 2010.3.11指导教师专业负责人2010年 3月 7日一、 总体设计思想 :本课程设计主要是基于 VHDL 文本输入法设计电子密码锁

3、,随着社会物 质财富的日益增长, 安全防盗已成为全社会关注的问题。 基于 EDA 技术设计的 电子密码锁,以其价格便宜、安全可靠、使用方便,受到了人们的普遍关注。 而以现场可编程逻辑器件 (FPGA为设计载体, 以硬件描述语言 (VHDE为主要表 达方式, 以 Quartus 开发软件和 GW48EDA 开发系统为设计工具设计的电子密 码锁,由于其能够实现数码输入、数码清除、密码解除、密码更改、密码上锁 和密码解除等功能,因此,能够满足社会对安全防盗的要求。1. 系统设计实现的基本功能(1 密 码输入:每按下一个数字键,就输入一个数值,并在显示器上显示出 该数值。同时将先前输入的数据依次左移一

4、个数字位置。(2 密 码清除:按下清除键可清除前面所有的输入值,清除成为“ 0000” 。(3 密 码更改:按下更改键可将目前数据设定为新的密码。(4 密 码上锁:按下上锁键可将密码锁上锁。(5 密 码解除:按下解除键首先检查输入的密码是否正确, 密码正确即解锁。 2. 电子密码锁的结构原理根据系统设计要求,系统设计采用自顶向下的设计方法。2.1 电子密码锁的整体结构(1密码锁输入模块密码锁的输入模块由时序产生电路、键盘扫描电路、键盘译码电路和按键存 储电路组成。如下图示:图 1a . 时序产生电路产生电路中使用的三种不同频率的工作脉冲波形, 即系统时钟脉冲、 弹跳消除 取样信号和键盘扫描信号

5、。b . 键盘扫描电路扫 描 电 路 的 作 用 是 提 供 键 盘 扫 描 信 号 , 扫 描 信 号 变 化 顺 序 依 次 是 1110 1101 1011 0111 1110.-依序地周而复始。c .键盘译码电路上述键盘中的按键分为数字按键和文字按键,每一个按键可能负责不同的功 能,例如清除键、上锁键和解锁键等。数字按键主要是用来输入数字的,但 是键盘所产生的输出是无法直接拿来用作密码锁控制电路的输入的;另外, 不同的按键具有不同的功能,所以必须由键盘译码电路来规划每个按键的输 出形式,以便执行相应的动作。d . 按键存储电路因为每一次扫描会产生新的按键数据,可能会覆盖前面的数据,所以

6、需要一 个按键存储电路。将整个键盘扫描完毕后的结果记录下来。按键位置与数码关系(表图 2 图 3所示是密码锁输入模块的仿真波形二、设计步骤和调试过程密码锁的控制电路是整个电路的控制中心, 主要完成对数字按键输入和功 能按键输入的响应控制。a .数字按键输入的响应控制如果按下数字键,第一个数字会从显示器的最右端开始显示,此后每新按下 一个数字时,显示器上的数字必须左移一位,一边将新的数字显示出来。 假如要更改输入的数字,可以按倒退按键来清除前一个输入的数字,或者按 清除键清除所有输入的数字,再重新输入四位数。由于这里设计的是一个四位的电子密码锁, 所以当输入的数字键超过四个时, 电路不予理会,而

7、且不再显示第四个以后的数字。b .功能按键输入响应控制清除键:清除所有的输入数字,即做归零动作。上锁键:按下此键时可将密码锁的门上锁(上锁前必须先设定一个四位的电子密码 。解除键:按下此建辉检查输入的密码是否正确,若密码正确无误则解锁。 图 4所示是密码锁控制模块的仿真波形 (3密码锁译码模块:本电子密码锁的显示模块比较简单, 其作用是将控制模块的 BCD 码输出转换为 7段显示编码,然后驱动数码管,其仿真波形如图 5所示。 电子密码锁的整合和验证要完成电子密码锁的设计,还必须将上述三个功能模块进行整合。三、结论及心得体会此次的设计是参考了 EDA 技术实验与课程设计里的程序,不过由于程 序里

8、面出现了不少的语法错误, 使得在编译时出现了 20多个错误, 不过在看 过书后,细心地检查过程序后方能纠正过来。在纠正的过程中获益良多。 在 EDA 软件平台上, 用硬件描述语言 VHDL 完成设计文件, 然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真,直至 对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。感觉 EDA 还是 很有研究价值的,能大大的减少设计者的工作量。从编写程序到完成此次课程设计,亲自操作软件起来从生硬到熟练,现在能 较娴熟的运用 Quartus 。附:VHDL 源程序密码锁输入模块LIBRARY IEEE ;USE IEEE.STD_LOGI

9、C_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY SR ISPORT(CLK_1K: IN STD_LOGIC;KEY_IN: IN STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0;DA TA_N: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0;DA TA_F: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0;FLAG_N: OUT STD_LOGIC;FLAG_F: OUT STD_LOGIC;CQD: OUT STD_LOGIC;KSEL:

10、OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0;CSR: OUT STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0;END SR;ARCHITECTURE ONE OF SR ISSIGNAL C_QD: STD_LOGIC;SIGNAL C_SR: STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0;SIGNAL N,F: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0;SIGNAL FN,FF: STD_LOGIC;SIGNAL SEL: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0;SIGNAL Q: STD_LOGIC_VECTOR(5 DO

11、WNTO 0;SIGNAL C: STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0;BEGINDA TA_N<=N;DA TA_F<=F;FLAG_N<=FN;FLAG_F<=FF;CQD<=C_QD;CSR<=C_SR;KSEL<=SEL;C(0<=KEY_IN(0;C(1<=KEY_IN(1;C(2<=KEY_IN(2;COUNTER: BLOCK ISBEGINPROCESS(CLK_1KISBEGINIF(CLK_1K'EVENT AND CLK_1K='1'THEN Q<=Q+1;END

12、IF;C_QD<=Q(3;C_SR<=Q(5 DOWNTO 4;END PROCESS;SEL<="1110" WHEN C_SR=0 ELSE"1101" WHEN C_SR=1 ELSE"1011" WHEN C_SR=2 ELSE"0111" WHEN C_SR=3 ELSE"1111"END BLOCK COUNTER;KEY_DECODER: BLOCKSIGNAL Z: STD_LOGIC_VECTOR(4 DOWNTO 0; BEGINPROCESS(C_QDBE

13、GINZ<=C_SR&C;IF(C_QD'EVENT AND C_QD='1' THEN CASE Z ISWHEN"11101"=>N<="0000"WHEN"00011"=>N<="0001"WHEN"00101"=>N<="0010"WHEN"00110"=>N<="0011"WHEN"01011"=>N<=&qu

14、ot;0100"WHEN"01101"=>N<="0101"WHEN"01110"=>N<="0110"WHEN"10011"=>N<="0111"WHEN"10101"=>N<="1000"WHEN"10110"=>N<="1001"WHEN OTHERS=>N<="1111"END CASE;

15、END IF;IF C_QD'EVENT AND C_QD='1' THENCASE Z ISWHEN"11011"=>F<="0100"WHEN"11110"=>F<="0001"WHEN OTHERS=>F<="1000"END CASE;END IF;END PROCESS;FN<=NOT(N(3AND N(2AND N(1AND N(0; FF<=F(2 OR F(0;END BLOCK KEY_DECODER;EN

16、D ARCHITECTURE ONE; 密码锁控制模块LIBRARY IEEE ;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY CTRL ISPORT (DATA_N: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0;DATA_F: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0;FLAG_N: IN STD_LOGIC;FLAG_F: IN STD_LOGIC;MIMAIN: BUFFER STD_LOGIC;SETI

17、N: BUFFER STD_LOGIC;OLD: BUFFER STD_LOGIC;CQD: IN STD_LOGIC;ENLOCK: OUT STD_LOGIC;DATA_BCD: OUT STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0; END ENTITY CTRL;ARCHITECTURE ONE OF CTRL ISSIGNAL ACC,REG: STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0; BEGINPROCESS(CQD,FLAG_F ISBEGINIF CQD'EVENT AND CQD='0' THENIF FLAG_F=

18、9;1' THENIF(DATA_F="0100" THENACC<="1111111111111111"MIMAIN<='0' SETIN<='0' OLD<='0'ELSIF(DATA_F="0001" THENIF(MIMAIN='0' AND SETIN='0' THENCASE ACC(7 DOWNTO 0 ISWHEN"00010001"=>ENLOCK<='1'W

19、HEN"10011001"=>MIMAIN<='1' ACC<="1111111111111111" WHEN"01010101"=>SETIN<='1' ACC<="1111111111111111" OLD<='1'WHEN OTHERS=>NULL;END CASE;ELSIF(MIMAIN='1' THENIF ACC=REG THENENLOCK<='0'MIMAIN<

20、;='0'ELSEMIMAIN<='0'END IF;ELSIF(SETIN='1' THENIF(OLD='1' THENIF(ACC=REG THENOLD<='0'ELSESETIN<='0'OLD<='0'END IF;ELSEIF(ACC<"1001100110011001" THENREG<=ACC;SETIN<='0'END IF;END IF;END IF;END IF;ELSIF FLAG

21、_N='1' THENACC<=ACC(11 DOWNTO 0&DATA_N;END IF;END IF;END PROCESS;DATA_BCD<=ACC;END ARCHITECTURE ONE; 密码锁译码模块LIBRARY IEEE ;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY YM ISPORT(DATA_BCD: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0; DOUT7: OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0; END YM;ARCHITECTURE ONE OF YM ISBEGINPROCESS(DATA_BCDBEGINCASE DATA_BCD ISWHEN"0000"=>DOUT7<="0111111"WHEN"0001"=>