实验报告四位数电子密码锁.docx
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实验报告四位数电子密码锁
四位数电子密码锁
一，实验目的
1.学习查找相关资料，并对小型项目开发有一定的认识；
2.掌握能进行模块化设计的能力；
3.学会对各部分电路，进行讨论、说明与仿真验证，最后在整合起来。
二，硬件要求
1、拨位开关。
2、FPGA主芯片：
EP1K30QC208。
3、LED显示模块。
4、4*4键盘。
5、七段数码管
三，实验原理
通过对4×4键盘进行扫描，然后获取其键值，并对其进行编码，从而进行按键的识别，并将相应的按键值进行显示。
键盘扫描的实现过程如下：
对于4×4键盘，通常连接为4行、4列，因此要识别按键，只需要知道是哪一行和哪一列即可，为了完成这一识别过程，我们的思想是，首先固定输出4行为高电平，然后输出4列为低电平，在读入输出的4行的值，通常高电平会被低电平拉低，如果读入的4行均为高电平，那么肯定没有按键按下，否则，如果读入的4行有一位为低电平，那么对应的该行肯定有一个按键按下，这样便可以获取到按键的行值。
同理，获取列值也是如此，先输出4列为高电平，然后在输出4行为低电平，再读入列值，如果其中有哪一位为低电平，那么肯定对应的那一列有按键按下。
获取到行值和列值以后，组合成一个8位的数据，根据实现不同的编码在对每个按键进行匹配。
两功能键：
在开锁状态时，一个用于清除数字，一个用于激活电锁。
在上锁状态，一个用于清除，一个用于解除电锁。
四、实验内容及步骤
1、编写4*4数字密码锁的VHDL代码。
2、用MaxPlusII对其进行编译仿真。
3、在仿真确定无误后，选择芯片ACEX1KEP1K30QC208。
4、给芯片进行管脚绑定，在此进行编译。
5、根据自己绑定的管脚，在实验箱上对键盘接口、显示接口和FPGA之间进行正确连线。
6、给目标板下载代码，在4×4键盘输入键值，观看实验结果。
五、程序代码及说明
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
LIBRARYaltera;----这是利用库编译成的去拌电路。
USEaltera.maxplus2.ALL;
entitydebouncingis
port（D_IN,CLK:
INSTD_LOGIC;
D_OUT:
OUTSTD_LOGIC）;
ENDDEBOUNCING;
ARCHITECTUREAOFdebouncingIS
SIGNALVCC,INV_D:
STD_LOGIC;
SIGNALD1,D0:
STD_LOGIC;
signalQ0,Q1:
STD_LOGIC;
BEGIN
VCC<='1';
INV_D<=NOTD_IN;
DFF1:
DFFPORTMAP（D=>VCC,Q=>Q0,CLK=>CLK,CLRN=>INV_D,PRN=>VCC）;
DFF2:
DFFPORTMAP（D=>VCC,Q=>Q1,CLK=>CLK,CLRN=>Q0,PRN=>VCC）;
PROCESS（CLK）
BEGIN
IFCLK'EVENTANDCLK='1'THEN
D0<=NOTQ1;
D1<=D0;
ENDIF;
ENDPROCESS;
D_OUT<=NOT（D1ANDNOTD0）;
ENDA;
--***************************************************************
--这里密码锁的主程序
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
LIBRARYaltera;
USEaltera.maxplus2.ALL;
--*********************************************
ENTITYelec_lockIS
PORT（
CLK_4M:
INSTD_LOGIC;--systemoriginalclock4M
CLK_SCAN,outnum:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（3downto0）;--scansequence
KEY_IN:
INSTD_LOGIC_VECTOR（3downto0）;--KEYINbuttoncode
FLAG_NUMB:
OUTSTD_LOGIC;判断按下的是数字键
FLAG_FUNC:
OUTSTD_LOGIC;判断按下的是功能键
ENLOCK:
OUTSTD_LOGIC;--1:
LOCK,0:
UNLOCK
SELOUT:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（2DOWNTO0）;---38选择信号
SEGOUT:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（6DOWNTO0）--SEG7Display
）;
ENDelec_lock;
--*********************************************
ARCHITECTUREaOFelec_lockIS
componentdebouncing--调用去抖
port（d_in:
INSTD_LOGIC;
clk:
INSTD_LOGIC;
d_out:
OUTSTD_LOGIC）;
endcomponent;
SIGNALCLK:
STD_LOGIC;
SIGNALCLK_KEYBOARD:
STD_LOGIC_VECTOR（1downto0）;
SIGNALCLK_DEBOUNCE:
STD_LOGIC;
SIGNALCLK_DISPLAY:
STD_LOGIC_VECTOR（1downto0）;
SIGNALC:
STD_LOGIC_VECTOR（3downto0）;
SIGNALN:
STD_LOGIC_VECTOR（3downto0）;
SIGNALF:
STD_LOGIC_VECTOR（3downto0）;
SIGNALFN:
STD_LOGIC;
SIGNALFF:
STD_LOGIC;
SIGNALSEL:
STD_LOGIC_VECTOR（3downto0）;
SIGNALACC:
STD_LOGIC_VECTOR（15DOWNTO0）;
SIGNALREG:
STD_LOGIC_VECTOR（15DOWNTO0）;
SIGNALRR2:
STD_LOGIC;--**RR2=Clear
SIGNALQA,QB,BB:
STD_LOGIC;
SIGNALNC:
STD_LOGIC_VECTOR（2DOWNTO0）;
SIGNALDB:
STD_LOGIC_VECTOR（3DOWNTO0）;--NumberTODisplay
SIGNALSEG:
STD_LOGIC_VECTOR（6DOWNTO0）;--SEG7DisplaySignal
BEGIN
--*******************************************连接模块
--CONNECTION
FLAG_NUMB<=FN;
FLAG_FUNC<=FF;
CLK_DEBOUNCE<=CLK;
SELOUT<='0'&CLK_DISPLAY;
SEGOUT（6DOWNTO0）<=SEG;--SevenSegmentDisplay
--*********************************************时钟模块
--scansignalgenerator
counter:
block
SignalQ:
STD_LOGIC_VECTOR（22DOWNTO0）;
SignalS:
STD_LOGIC_VECTOR（1DOWNTO0）;--keyboardscanabout15Hz***
SIGNALSEL:
STD_LOGIC_VECTOR（3downto0）;
BEGIN
PROCESS（Clk_4M）--各种时钟产生
Begin
IFCLK_4M'EventANDCLK_4M='1'then
Q<=Q+1;
ENDIF;
ENDPROCESS;
CLK<=Q（0）;--CLK=CLK_DEBOUNCE
CLK_KEYBOARD<=Q（5DOWNTO4）;--产生扫描信号-----32分频
CLK_DISPLAY<=Q（5DOWNTO4）;用于数码扫描时钟
--Togeneratekeyboardscansequence1110->1101->1011->0111对应一,二,三,四行
SEL<="1110"WHENCLK_KEYBOARD=0ELSE----行扫描
"1101"WHENCLK_KEYBOARD=1ELSE
"1011"WHENCLK_KEYBOARD=2ELSE
"0111";
CLK_SCAN<=SEL;
endblockcounter;
--*********************************************
--debounuingckt
debounuing:
block----消抖处理模块
begin
U1:
debouncingPORTMAP（
d_in=>key_in（0）,
d_out=>C（0）,
clk=>CLK
）;
U2:
debouncingPORTMAP（
d_in=>key_in
（1）,
d_out=>C
（1）,
clk=>CLK
）;
U3:
debouncingPORTMAP（
d_in=>key_in
（2）,
d_out=>C
（2）,
clk=>CLK
）;
U4:
debouncingPORTMAP（
d_in=>key_in（3）,
d_out=>C（3）,
clk=>CLK
）;
ENDblockdebounuing;
--******************************************************
--key_decoder
key_decoder:
block--按键译码模块
signalZ:
std_logic_VECTOR（5downto0）;--KEYPOSITION
SIGNALR1,R0:
STD_LOGIC;
begin
PROCESS（clk）
begin
Z<=CLK_KEYBOARD&C;----CLK_KEYBOARD表示键盘行值见时钟模块
IFCLK'EVENTANDCLK='1'THEN----C为处理消抖后键盘列值
caseZis----译码
when"000111"=>N<="0000";--00111
when"001011"=>N<="0001";--11110
when"001101"=>N<="0010";--21110
when"001110"=>N<="0011";--31110
when"010111"=>N<="0100";--41101
when"011011"=>N<="0101";--51101
when"011101"=>N<="0110";--61101
when"011110"=>N<="0111";--71011
when"100111"=>N<="1000";--81011
when"101011"=>N<="1001";--91011
whenothers=>N<="1111";
endcase;
ENDIF;
--****************************
IFCLK'EVENTANDCLK='1'THEN
caseZis
when"101101"=>F<="0100";--*_LOCK--这里只用到两个功能键，最后一行没用到。
when"101110"=>F<="0001";--#_UNLOCK
whenothers=>F<="1000";
endcase;
ENDIF;
endprocess;
FN<=NOT（N（3）ANDN
（2）ANDN
（1）ANDN（0））;
FF<=（NOTF（3）ANDF
（2）ANDNOTF
（1）ANDNOTF（0））OR（NOTF（3）ANDNOTF
（2）ANDNOTF
（1）ANDF（0））;
--TogenerateclearsignalforACC16位为输入
PROCESS（CLK）
BEGIN
IFCLK'EVENTANDCLK='1'THEN
R1<=R0;R0<=FF;--R0为开或关锁标志
ENDIF;
RR2<=R1ANDNOTR0;--功能标志为0且R1输出为1,表示功能执行完成
CLEAR<=RR2;--开放信号由此而得
ENDPROCESS;
endblockkey_decoder;
--*****************************************************
--KEYIN///BACK///ALLCLEAR---键盘输入处理模块
KEYIN_PROCESS:
BLOCK
SIGNALRST,D0,D1:
STD_LOGIC;
BEGIN
PROCESS（CLK,FN,RST）
BEGIN
IFRST='1'THEN
ACC<="0000000000000000";--CLEARINPUT
NC<="000";---表示显示位数
ELSE
IFFN'EVENTANDFN='1'THEN
IFNC<4THEN---表示显示位数
ACC<=ACC（11DOWNTO0）&N;---实现左移
NC<=NC+1;
ENDIF;
ENDIF;
ENDIF;
ENDPROCESS;
RST<=RR2;
ENDBLOCKKEYIN_PROCESS;
--*********************************************
LOCK_PROCESS:
BLOCK---控制模块
BEGIN
PROCESS（CLK,F）
BEGIN
IF（CLK'EVENTANDCLK='1'）THEN
IFNC=4THEN
IFF
（2）='1'THEN--LOCK
REG<=ACC;---------密码存储
QA<='1';QB<='0';---------置关锁标志位
ELSIFF（0）='1'THEN--UNLOCK
IFREG=ACCTHEN--CHECKPINCODE
QB<='1';QA<='0';----------置开锁标志位
ENDIF;
ELSIFACC="0000000100100011"THEN-----------源始密码开锁
--Toset"0123"istheUniversal.pinnumber
QB<='1';QA<='0';
ENDIF;
ENDIF;
ENDIF;
ENDPROCESS;
ENDBLOCKLOCK_PROCESS;
ENLOCK<=QAANDNOTQB;-----锁的标志位1关锁,0打开
--**********************************************
MULTIPLEXER:
BLOCK---多路显示控制处理模块
BEGIN
DB<=ACC（15DOWNTO12）WHENCLK_DISPLAY=0ELSE
ACC（11DOWNTO8）WHENCLK_DISPLAY=1ELSE
ACC（7DOWNTO4）WHENCLK_DISPLAY=2ELSE
ACC（3DOWNTO0）WHENCLK_DISPLAY=3ELSE
"1111";
outnum<=db;
EndBlockMULTIPLEXER;
--**********************************************
SEVEN_SEGMENT:
Block--BinaryCode->Segment7Code---显示模块
Begin
--gfedcba
SEG<="0111111"WHENDB=0ELSE
"0000110"WHENDB=1ELSE
"1011011"WHENDB=2ELSE
"1001111"WHENDB=3ELSE
"1100110"WHENDB=4ELSE
"1101101"WHENDB=5ELSE
"1111101"WHENDB=6ELSE
"0000111"WHENDB=7ELSE
"1111111"WHENDB=8ELSE
"1101111"WHENDB=9ELSE
"0100010";
EndBlockSEVEN_SEGMENT;
ENDa;
仿真结果：
六、实验心得
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