基于VHDL的电子密码锁.docx
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基于VHDL的电子密码锁
华南师大学
课程设计实验报告
课程名称：
可编程数字系统设计
课程设计题目：
电子密码锁
XX：
程硕
学院：
物理与电信工程学院
专业：
理综一班
年级：
2011
学号：
一、设计原理
用VHDL设计电子密码锁方案：
作为通用电子密码锁，主要由3个部分组成：
数字密码按键输入电路、密码锁控制电路和密码锁显示电路，作为电子密码锁的输入电路。
可供选择的方案有数字机械式键盘和触摸式数字键盘等多种。
（1）密码锁输入电路包括时序产生电路、键盘检测电路、键盘消抖电路等几个小的功能电路。
（2）密码锁控制电路包括按键数据存储电路，恢复出厂密码、两次正确输入后可修改密码、密码核对，多次错误报警，清屏等几个小的功能电路。
（3）八段数码管显示电路主要将待显示数据的BCD码转换成数码器的八段显示驱动编码。
二、系统分析
本次课程设计成功地设计了一个简单的数字电子密码锁，密码为4位。
将电子密码锁分为以下几个模块：
按键消抖模块、密码锁逻辑控制模块和密码锁显示模块，实现了以下功能：
（1）密码输入：
KEY1按下一次，数码管上显示数字加一，相应位置输入密码加一
（2）位置选择：
KEY2按下一次，数码管选择位左移一位
（3）密码确认：
KEY3按下一次，比较外部输入密码与原密码，正确LED长亮，错误LED变暗，同时显示密码置0；
（4）密码修改：
正确输入两次密码后，按下KEY4一次，将当前输入设为新的密码；
（5）清屏：
KEY5按下一次，外部输入置0；
（6）恢复出厂设置：
连续按下KEY5三次后恢复出厂密码“1234”；
三、程序设计
1由于程序稍显庞大，故采取分层次设计的方法，顶层采用画图法设计，底层采用VHDL语言进行设计。
顶层电路图如图1所示
图1
Xiao_dou模块为按键消抖模块，main为密码锁控制模块，yima为数码管显示译码模块。
Set_shuma端口为数码管段选端口，用于选择数码管。
Led端口为led灯端口，key1,key2,key3,key4,key5为五个按键接口，show_shuma端口为数码管位选选择端口。
2底层设计
a）由于按键为机械按键，故按下一次会产生多次脉冲，当产生第一次下降沿的时候延时一段时间后，再继续检测是否有下降沿产生。
主体程序如下：
b）数码管译码显示进程：
将0至9的4位矢量型数字转化为相应8位数码管显示数字
c）电子密码锁控制电路：
i.数码管位置选择进程：
当数码管位置选择时钟到来时，数码管显示位左移一位，利用人眼的视觉余辉效果，产生4位数码管同时点亮的效果。
ii.数码管位置选择时钟信号发生进程：
将系统时钟分频，产生500HZ占空比为1:
1的方波，用于控制数码管位置选择。
iii.整型密码转化为矢量型密码，位选选择进程：
利用CASE语句将不同位置的密码值显示在相应的数码管上。
iv.外部输入密码变更进程：
当KEY1按下时外部输入密码加1，并在数码管上显示出来，数字从1至9循环；后半部分为当清屏信号到来时，外部输入密码置0。
v.按键位置选择进程：
KEY2按下时数码管位置选择端左移一位，后半部分为当清屏信号到来时，位置置0。
vi.密码设置，重置进程：
当密码连续正确两次后，按下KEY4键，将现在显示的密码置为新密码。
后半部分为恢复出厂设置密码。
vii.清屏，恢复出厂设置进程：
当KEY5按下时产生清屏信号，当KEY5连续按下三次后产生恢复出厂设置信号。
后半部分为清屏与恢复出厂设置信号的清除程序，用于清除产生的清屏与恢复出厂设置信号。
viii.密码比较进程：
比较当前输入密码与部密码的值，如相同则LED长亮，如不同则LED暗，如连续3次输入错误密码则LED闪烁报警。
ix.LED闪烁脉冲发生进程：
用于产生LED闪烁所需方波脉冲
四、仿真/实验结果
1.密码正确：
2.密码错误：
3.清屏：
五、结论或分析
各项实验结果均成功，能够很好的实现，密码比较，设置密码，清屏，恢复出厂设置等各项功能。
六、使用说明
1.S5：
KEY1按下后外部输入密码加1；
2.S4：
KEY2按下后输入选择位置左移一位；
3.S3：
KEY3按下后比较输入密码与部密码；
4.S4：
KEY4连续输入两次正确密码后按下，将当前显示密码设为新密码；
5.S5：
KEY5按下一次清屏，连续按下三次后恢复出厂设置。
七、源程序
1.控制电路源程序
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;
useieee.std_logic_arith.all;
entitymainis
port（key1,key2,key3,key4,key5:
instd_logic;
clk:
instd_logic;
num_shuma:
outstd_logic_vector（3downto0）;
set_shuma:
outstd_logic_vector（3downto0）;
led:
outstd_logic:
='0';
sel:
outstd_logic）;
endentitymain;
architecturelockofmainis
signaltemp_1,temp_led,temp_shuma,reset_all,reset_mima
temp_reset,key1_clear,key2_clear,key3_clear,key4_clear:
std_logic;
signalbit_one_in:
integerrange0to9:
=1;--insideofnumber
signalbit_two_in:
integerrange0to9:
=2;
signalbit_three_in:
integerrange0to9:
=3;
signalbit_four_in:
integerrange0to9:
=4;
signalshow_shuma_location:
std_logic_vector（1downto0）;--locationofshuma
signalbit_one_out,bit_two_out,bit_three_out,bit_four_out:
integerrange0to9;--outsideofnumber
signallocation:
std_logic_vector（1downto0）;--insidelocationofnumber
signalnumber_led:
integerrange0to5000000;
signalnumber_shuma:
integerrange0to50000;
signalnumber_error:
integerrange0to3;
signaltwice:
integerrange0to2;
signalclear_num:
integerrange0to3;
begin
show_location_set:
process（temp_shuma）--thelocationofshuma_guan
begin
if（temp_shuma'eventandtemp_shuma='1'）then
show_shuma_location<=show_shuma_location+1;
endif;
endprocess;
show_shuma:
process（clk）--thenumberofshuma_guan
begin
caseshow_shuma_locationis
when"00"=>
num_shuma<=conv_std_logic_vector（bit_one_out,4）;
set_shuma<="1110";
when"01"=>
num_shuma<=conv_std_logic_vector（bit_two_out,4）;
set_shuma<="1101";
when"10"=>
num_shuma<=conv_std_logic_vector（bit_three_out,4）;
set_shuma<="1011";
when"11"=>
num_shuma<=conv_std_logic_vector（bit_four_out,4）;
set_shuma<="0111";
endcase;
if（reset_all='1'）then
num_shuma<="0000";--xianshizhi0
endif;
endprocess;
shuma_200:
process（clk）--usetodelaylocationset
begin
if（clk'eventandclk='1'）then
if（number_shuma=50000）then
number_shuma<=0;
temp_shuma<=nottemp_shuma;
elsenumber_shuma<=number_shuma+1;
endif;
endif;
endprocessshuma_200;
add_outside:
process（clk,reset_all）--key1addnum
begin
if（key1'eventandkey1='0'）then
key1_clear<='1';
caselocationis
when"00"=>bit_one_out<=bit_one_out+1;
if（bit_one_out=9）thenbit_one_out<=0;
endif;
when"01"=>bit_two_out<=bit_two_out+1;
if（bit_two_out=9）thenbit_two_out<=0;
endif;
when"10"=>bit_three_out<=bit_three_out+1;
if（bit_three_out=9）thenbit_three_out<=0;
endif;
when"11"=>bit_four_out<=bit_four_out+1;
if（bit_four_out=9）thenbit_four_out<=0;
endif;
endcase;
endif;
if（clear_num=0）thenkey1_clear<='0';
endif;
if（reset_all='1'）then
bit_one_out<=0;
bit_two_out<=0;
bit_three_out<=0;
bit_four_out<=0;
endif;
endprocessadd_outside;
location_set:
process（clk,reset_all）--key2location_set
begin
if（key2'eventandkey2='0'）then
--led<='0';
key2_clear<='1';
location<=location+1;
endif;
if（reset_all='1'）then
location<="00";
endif;
if（clear_num=0）thenkey2_clear<='0';
endif;
endprocess;
set_mima:
process（clk,clear_num）--key4setmima
begin
if（twice=2）then
if（key4'eventandkey4='0'）then
--led<='0';
key4_clear<='1';
bit_one_in<=bit_one_out;
bit_two_in<=bit_two_out;
bit_three_in<=bit_three_out;
bit_four_in<=bit_four_out;
endif;
endif;
if（clear_num=0）thenkey4_clear<='0';
endif;
if（clear_num=3）then
bit_one_in<=1;
bit_two_in<=2;
bit_three_in<=3;
bit_four_in<=4;
endif;
endprocess;
reset:
process（clk,temp_reset,key1_clear,key2_clear,key3_clear,key4_clear）--key5clearandreset
begin
if（key5'eventandkey5='0'）then
--led<='0';
reset_all<='1';
if（clear_num=3）then
clear_num<=0;
elseclear_num<=clear_num+1;
endif;
endif;
if（location="00"andbit_one_out=0andbit_two_out=0andbit_three_out=0andbit_four_out=0）then
reset_all<='0';
endif;
if（temp_reset='1'）then
reset_all<='1';
endif;
if（key1_clear='1'orkey2_clear='1'orkey3_clear='1'orkey4_clear='1'）then--ifotherkeyclearnum
clear_num<=0;
endif;
endprocess;
pare:
process（clk,reset_all）--key3pare
begin
if（key3'eventandkey3='0'）then
key3_clear<='1';
if（bit_one_in=bit_one_outandbit_two_in=bit_two_outand
bit_three_in=bit_three_outandbit_four_in=bit_four_out）then
led<='1';
temp_1<='0';
temp_reset<='1';
number_error<=0;
if（twice=2）then
twice<=twice;
else
twice<=twice+1;
endif;
else
twice<=0;
if（number_error=3）then
number_error<=1;
temp_1<='1';
else
number_error<=number_error+1;
led<='0';
temp_1<='0';
endif;
endif;
endif;
if（clear_num=0）thenkey3_clear<='0';
endif;
if（location="00"andbit_one_out=0andbit_two_out=0andbit_three_out=0andbit_four_out=0）then--cleartongxin
temp_reset<='0';
endif;
if（temp_1='1'）then
led<=temp_led;
endif;
endprocesspare;
one_second:
process（clk）
begin
if（clk'eventandclk='1'）then
if（number_led=5000000）then
number_led<=0;
temp_led<=nottemp_led;
elsenumber_led<=number_led+1;
endif;
endif;
endprocessone_second;
endarchitecturelock;
2.消抖源程序
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;
entityxiao_douis
port（clk:
instd_logic;
din:
instd_logic;
dout:
outstd_logic）;
endentityxiao_dou;
architectureaofxiao_douis
signalnum:
integerrange0to1000000;
signaltemp_10,temp,temp1:
std_logic;
begin
process（clk）
begin
if（clk'eventandclk='1'）then
if（din='0'）then
if（num=1000000）thennum<=num;
elsenum<=num+1;
endif;
if（num=999999）thendout<='1';
elsedout<='0';
endif;
elsenum<=0;
endif;
endif;
endprocess;
endarchitecturea;
3.译码源程序
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;
entityyimais
port（yuanma:
instd_logic_vector（3downto0）;
shuma:
outstd_logic_vector（7downto0））;
endentityyima;
architectureaofyimais
begin
process（yuanma）is
begin
caseyuanmais
when"0000"=>shuma<="00000011";
when"0001"=>shuma<="10011111";
when"0010"=>shuma<="00100101";
when"0011"=>shuma<="00001101";
when"0100"=>shuma<="10011001";
when"0101"=>shuma<="01001001";
when"0110"=>shuma<="01000001";
when"0111"=>shuma<="00011111";
when"1000"=>shuma<="00000001";
when"1001"=>shuma<="00011001";
whenothers=>shuma<="00000001";
endcase;
endprocess;
endarchitecturea;
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