基于VHDL的电子密码锁.docx

1、基于VHDL的电子密码锁华南师范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：电子密码锁姓 名：程硕学院：物理与电信工程学院专 业：理综一班年 级：2011学 号：20112600104一、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

2、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

3、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1Xiao_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

4、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

5、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内部密码的值，如相同则LED长亮，如不同则

6、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内部密码；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lib

7、rary ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;use ieee.std_logic_arith.all;entity main is port(key1,key2,key3,key4,key5 :in std_logic; clk :in std_logic; num_shuma :out std_logic_vector(3 downto 0); set_shuma : out std_logic_vector(3 downto 0); led :out std_logic:=0; sel :out

8、 std_logic);end entity main;architecture lock of main issignal temp_1,temp_led, temp_shuma,reset_all,reset_mima ,temp_reset,key1_clear,key2_clear,key3_clear,key4_clear: std_logic;signal bit_one_in :integer range 0 to 9:=1; -inside of numbersignal bit_two_in :integer range 0 to 9:=2;signal bit_three_

9、in :integer range 0 to 9:=3;signal bit_four_in :integer range 0 to 9:=4;signal show_shuma_location:std_logic_vector(1 downto 0); -location of shumasignal bit_one_out,bit_two_out,bit_three_out,bit_four_out :integer range 0 to 9; -outside of numbersignal location :std_logic_vector(1 downto 0); -inside

10、 location of numbersignal number_led :integer range 0 to 5000000;signal number_shuma :integer range 0 to 50000;signal number_error :integer range 0 to 3;signal twice :integer range 0 to 2;signal clear_num:integer range 0 to 3;begin show_location_set:process(temp_shuma) -the location of shuma_guanbeg

11、inif(temp_shumaevent and temp_shuma=1)then show_shuma_location num_shuma=conv_std_logic_vector(bit_one_out,4); set_shuma num_shuma=conv_std_logic_vector(bit_two_out,4); set_shuma num_shuma=conv_std_logic_vector(bit_three_out,4); set_shuma num_shuma=conv_std_logic_vector(bit_four_out,4); set_shuma=01

12、11; end case; if(reset_all=1)then num_shuma=0000; -xian shi zhi 0 end if; end process;shuma_200:process(clk) -use to delay location setbeginif(clkevent and clk=1)then if(number_shuma=50000)then number_shuma=0; temp_shuma=not temp_shuma; else number_shuma=number_shuma+1; end if;end if;end process shu

13、ma_200; add_outside:process(clk,reset_all) -key1 add numbeginif(key1event and key1=0)thenkey1_clearbit_one_out=bit_one_out+1; if(bit_one_out=9)then bit_one_outbit_two_out=bit_two_out+1; if(bit_two_out=9)then bit_two_outbit_three_out=bit_three_out+1; if(bit_three_out=9)then bit_three_outbit_four_out=

14、bit_four_out+1; if(bit_four_out=9)then bit_four_out=0; end if;end case;end if;if(clear_num=0)then key1_clear=0;end if;if(reset_all=1)then bit_one_out=0; bit_two_out=0; bit_three_out=0; bit_four_out=0;end if;end process add_outside;location_set:process(clk,reset_all) -key2 location_setbegin if(key2ev

15、ent and key2=0)then -led=0; key2_clear=1; location=location+1; end if; if(reset_all=1)then location=00; end if; if(clear_num=0)then key2_clear=0;end if;end process;set_mima:process(clk,clear_num) -key4 set mimabeginif(twice=2)then if(key4event and key4=0)then -led=0; key4_clear=1; bit_one_in=bit_one

16、_out; bit_two_in=bit_two_out; bit_three_in=bit_three_out; bit_four_in=bit_four_out; end if;end if;if(clear_num=0)then key4_clear=0;end if;if(clear_num=3)then bit_one_in=1; bit_two_in=2; bit_three_in=3; bit_four_in=4;end if;end process;reset:process(clk,temp_reset,key1_clear,key2_clear,key3_clear,key

17、4_clear) -key5 clear and resetbeginif(key5event and key5=0)then -led=0; reset_all=1; if(clear_num=3)then clear_num=0; else clear_num=clear_num+1; end if;end if;if(location=00 and bit_one_out=0 and bit_two_out=0 and bit_three_out=0 and bit_four_out=0)then reset_all=0;end if;if(temp_reset=1)then reset

18、_all=1;end if;if(key1_clear=1 or key2_clear=1 or key3_clear=1 or key4_clear=1)then -if other key clear num clear_num=0;end if;end process;compare:process(clk,reset_all) -key3 comparebeginif(key3event and key3=0)then key3_clear=1; if(bit_one_in=bit_one_out and bit_two_in=bit_two_out and bit_three_in=

19、bit_three_out and bit_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; end if; 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; end if; end if;end if;if(clear_num

20、=0)then key3_clear=0;end if;if(location=00 and bit_one_out=0 and bit_two_out=0 and bit_three_out=0 and bit_four_out=0)then -clear tong xin temp_reset=0;end if; if(temp_1=1)then led=temp_led;end if; end process compare ; one_second:process(clk)beginif(clkevent and clk=1)then if(number_led=5000000)the

21、n number_led=0; temp_led=not temp_led; else number_led=number_led+1; end if;end if;end process one_second; end architecture lock;2. 消抖源程序library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity xiao_dou is port(clk: in std_logic; din: in std_logic; dout: out std_logic);end ent

22、ity xiao_dou;architecture a of xiao_dou issignal num :integer range 0 to 1000000;signal temp_10,temp,temp1 :std_logic;beginprocess(clk)beginif(clkevent and clk=1)then if(din=0)then if(num=1000000) then num=num; else num=num+1; end if; if(num=999999)then dout=1; else dout=0; end if; else numshumashumashumashumashumashumashumashumashumashumashuma=00000001;end case;end process;end architecture a ;