電子密碼鎖eda技術(shù)課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì)</p><p>　　2011年 3 月11日</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　課程 EDA技術(shù)課程設(shè)計(jì)</p><p><b>　　題目 電子密碼鎖</b></p><p>　　專業(yè) 電

2、子信息工程 姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等</p><p><b>　　主要內(nèi)容：</b></p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)密碼鎖的控制電路，第一個(gè)按鈕觸動(dòng)后的5秒內(nèi)若未將鎖打開，則電路自動(dòng)復(fù)位并進(jìn)入自鎖狀態(tài)，當(dāng)輸入正確代碼時(shí)，輸出開鎖信號(hào)以推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。</p><p&g

3、t;<b>　　基本要求：</b></p><p>　　1、設(shè)計(jì)一個(gè)密碼鎖的控制電路，當(dāng)輸入正確代碼時(shí)，輸出開鎖信號(hào)以推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，用紅燈亮、綠燈熄滅表示關(guān)鎖，用綠燈亮、紅燈熄滅表示開鎖；</p><p>　　2、在鎖的控制電路中儲(chǔ)存一個(gè)可以修改的4位代碼，當(dāng)開鎖按鈕開關(guān)（設(shè)置成8位，其中實(shí)際有效為4位，其余為虛設(shè)）的輸入代碼等于儲(chǔ)存代碼時(shí)，開鎖；</p&g

4、t;<p>　　3、從第一個(gè)按鈕觸動(dòng)后的5秒內(nèi)若未將鎖打開，則電路自動(dòng)復(fù)位并進(jìn)入自鎖狀態(tài)，使之無(wú)法再打開，并由揚(yáng)聲器發(fā)出持續(xù)20秒的報(bào)警信號(hào)，并輸出一個(gè)信號(hào)推動(dòng)LED不斷閃爍。</p><p><b>　　主要參考資料：</b></p><p>　　[1] 潘松著.EDA技術(shù)實(shí)用教程(第二版). 北京：科學(xué)出版社,2005.</p><

5、;p>　　[2] 康華光主編.電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分. 北京：高教出版社,2006.</p><p>　　[3] 閻石主編.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ). 北京：高教出版社,2003.</p><p>　　完成期限 2010.3.11 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　專

6、業(yè)負(fù)責(zé)人 </p><p>　　2010年 3月7日</p><p><b>　　總體設(shè)計(jì)思想： </b></p><p>　　本課程設(shè)計(jì)主要是基于VHDL文本輸入法設(shè)計(jì)電子密碼鎖，隨著社會(huì)物質(zhì)財(cái)富的日益增長(zhǎng)，安全防盜已成為全社會(huì)關(guān)注的問(wèn)題?；贓DA技術(shù)設(shè)計(jì)的電子密碼鎖，以其價(jià)格便宜、安全可靠、使用方便，受

7、到了人們的普遍關(guān)注。而以現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件(FPGA)為設(shè)計(jì)載體，以硬件描述語(yǔ)言(VHDE)為主要表達(dá)方式，以QuartusⅡ開發(fā)軟件和GW48EDA開發(fā)系統(tǒng)為設(shè)計(jì)工具設(shè)計(jì)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(huì)對(duì)安全防盜的要求。</p><p>　　1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的基本功能</p><p>　　密碼輸入：每按下一個(gè)

8、數(shù)字鍵，就輸入一個(gè)數(shù)值，并在顯示器上顯示出該數(shù)值。同時(shí)將先前輸入的數(shù)據(jù)依次左移一個(gè)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鎖。</p><p>　　密碼解除：按下

9、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>　　2. 電子密碼鎖的結(jié)構(gòu)原理</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法。2.1 電子密碼鎖的整體結(jié)構(gòu)</p><p>　　(1)密碼鎖輸入模塊</p><p>　　密碼鎖的輸入模塊由時(shí)序產(chǎn)生電路、鍵盤掃描電路、鍵盤譯碼電路和按鍵存儲(chǔ)電路組成

10、。如下圖示：</p><p><b>　　圖1</b></p><p><b>　　時(shí)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(shí)鐘脈沖、彈跳消除取樣信號(hào)和鍵盤掃描信號(hào)。</p><p><b>　　鍵盤掃描電路</b></

11、p><p>　　掃描電路的作用是提供鍵盤掃描信號(hào)，掃描信號(hào)變化順序依次是1110—1101—1011—0111—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(gè)按鍵可能負(fù)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(lái)輸入數(shù)字

12、的，但是鍵盤所產(chǎn)生的輸出是無(wú)法直接拿來(lái)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(lái)規(guī)劃每個(gè)按鍵的輸出形式，以便執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。</p><p><b>　　按鍵存儲(chǔ)電路</b></p><p>　　因?yàn)槊恳淮螔呙钑?huì)產(chǎn)生新的按鍵數(shù)據(jù)，可能會(huì)覆蓋前面的數(shù)據(jù)，所以需要一個(gè)按鍵存儲(chǔ)電路。將整個(gè)鍵盤掃描完畢后的結(jié)果記錄下來(lái)。</p&

13、gt;<p>　　按鍵位置與數(shù)碼關(guān)系（表）圖2</p><p>　　圖3所示是密碼鎖輸入模塊的仿真波形</p><p>　　二、設(shè)計(jì)步驟和調(diào)試過(guò)程</p><p>　　密碼鎖的控制電路是整個(gè)電路的控制中心，主要完成對(duì)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>&l

14、t;p>　　如果按下數(shù)字鍵，第一個(gè)數(shù)字會(huì)從顯示器的最右端開始顯示，此后每新按下一個(gè)數(shù)字時(shí)，顯示器上的數(shù)字必須左移一位，一邊將新的數(shù)字顯示出來(lái)。</p><p>　　假如要更改輸入的數(shù)字，可以按倒退按鍵來(lái)清除前一個(gè)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(jì)的是一個(gè)四位的電子密碼鎖，所以當(dāng)輸入的數(shù)字鍵超過(guò)四個(gè)時(shí)，電路不予理會(huì)，而且不再

15、顯示第四個(gè)以后的數(shù)字。</p><p>　　b．功能按鍵輸入響應(yīng)控制</p><p>　　清除鍵：清除所有的輸入數(shù)字，即做歸零動(dòng)作。</p><p>　　上鎖鍵：按下此鍵時(shí)可將密碼鎖的門上鎖（上鎖前必須先設(shè)定一個(gè)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(wú)誤則解鎖。</p>&l

16、t;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：本電子密碼鎖的顯示模塊比較簡(jiǎn)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(dòng)數(shù)碼管，其仿真波形如圖5所示。</p><p>　　電子密碼鎖的整合和驗(yàn)證要完成電子密碼鎖的設(shè)計(jì)，還必須將上述三個(gè)功能模塊進(jìn)行整合。三、結(jié)論及心得體會(huì)</p><p>　　此

17、次的設(shè)計(jì)是參考了《EDA技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)》里的程序，不過(guò)由于程序里面出現(xiàn)了不少的語(yǔ)法錯(cuò)誤，使得在編譯時(shí)出現(xiàn)了20多個(gè)錯(cuò)誤，不過(guò)在看過(guò)書后，細(xì)心地檢查過(guò)程序后方能糾正過(guò)來(lái)。在糾正的過(guò)程中獲益良多。 在EDA軟件平臺(tái)上，用硬件描述語(yǔ)言VHDL完成設(shè)計(jì)文件，然后由計(jì)算機(jī)自動(dòng)地完成邏輯編譯、化簡(jiǎn)、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至對(duì)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(jué)EDA還是很有研究?jī)r(jià)值的，能大大的減少設(shè)計(jì)

18、者的工作量。</p><p>　　從編寫程序到完成此次課程設(shè)計(jì)，親自操作軟件起來(lái)從生硬到熟練，現(xiàn)在能較嫻熟的運(yùn)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 ; <

19、;/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>　　PORT(CL

20、K_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);</p>

21、;<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: OUT STD

22、_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_LOGIC_VECT

23、OR(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>　　SIGNAL

24、 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<=F;</

25、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_IN(0);&

26、lt;/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 </p&g

27、t;<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></p>

28、<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" WHEN C_S

29、R=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 COUNTER;

30、</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><b>　　B

31、EGIN</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"=>

32、;N<="0000";</p><p>　　WHEN"00011"=>N<="0001";</p><p>　　WHEN"00101"=>N<="0010";</p><p>　　WHEN"00110"=>N&l

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

34、quot;0110";</p><p>　　WHEN"10011"=>N<="0111";</p><p>　　WHEN"10101"=>N<="1000";</p><p>　　WHEN"10110"=>N<="

35、;1001";</p><p>　　WHEN OTHERS=>N<="1111";</p><p><b>　　END CASE;</b></p><p><b>　　END IF;</b></p><p>　　IF C_QD'EVENT AND C

36、_QD='1' THEN</p><p>　　CASE Z IS </p><p>　　WHEN"11011"=>F<="0100";</p><p>　　WHEN"11110"=>F<="0001";</p><p>　　

37、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)AND N(2)

38、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><p>

39、　　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 IS</p

40、><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_LOGIC;</p

41、><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 STD_LOGIC;

42、</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(15 DOWN

43、TO 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 </p&g

44、t;<p>　　IF FLAG_F='1' THEN </p><p>　　IF(DATA_F="0100") THEN </p><p>　　ACC<="1111111111111111";</p><p>　　MIMAIN<='0'; SETIN<='

45、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><

46、p>　　WHEN"00010001"=>ENLOCK<='1';</p><p>　　WHEN"10011001"=>MIMAIN<='1'; ACC<="1111111111111111";</p><p>　　WHEN"01010101"=

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

48、t;</p><p>　　ELSIF(MIMAIN='1') THEN </p><p>　　IF ACC=REG THEN</p><p>　　ENLOCK<='0';</p><p>　　MIMAIN<='0';</p><p><b>　　EL

49、SE</b></p><p>　　MIMAIN<='0';</p><p><b>　　END IF;</b></p><p>　　ELSIF(SETIN='1') THEN</p><p>　　IF(OLD='1') THEN</p>&l

50、t;p>　　IF(ACC=REG) THEN</p><p><b>　　OLD<='0';</b></p><p><b>　　ELSE</b></p><p>　　SETIN<='0';</p><p><b>　　OLD<=&#

51、39;0';</b></p><p><b>　　END IF;</b></p><p><b>　　ELSE</b></p><p>　　IF(ACC<"1001100110011001") THEN</p><p><b>　　REG<

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

53、<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><p>&

54、lt;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>　　LI

55、BRARY 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_VECTOR(3 DOWN

56、TO 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></p

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

58、　WHEN"0001"=>DOUT7<="0000110";</p><p>　　WHEN"0010"=>DOUT7<="1011011";</p><p>　　WHEN"0011"=>DOUT7<="1001111";</p&g

59、t;<p>　　WHEN"0100"=>DOUT7<="1100110";</p><p>　　WHEN"0101"=>DOUT7<="1101101";</p><p>　　WHEN"0110"=>DOUT7<="1111101&

60、quot;;</p><p>　　WHEN"0111"=>DOUT7<="0000111";</p><p>　　WHEN"1000"=>DOUT7<="1111111";</p><p>　　WHEN"1001"=>DOUT7<=

61、"1101111";</p><p>　　WHEN OTHERS=>DOUT7<="0000000";</p><p><b>　　END CASE;</b></p><p>　　END PROCESS;</p><p>　　END ARCHITECTURE ONE;&

62、lt;/p><p><b>　　主要參考資料：</b></p><p>　　[1] 潘松著.EDA技術(shù)實(shí)用教程(第二版). 北京：科學(xué)出版社,2005.</p><p>　　[2] 康華光主編.電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分. 北京：高教出版社,2006.</p><p>　　[3] 閻石主編.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ). 北京：高教出版社,