基于VHDL的电子密码锁.docx

程硕基于VHDL的电子密码锁设计 14 / 14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内部密码的值，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library 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 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_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 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_guanbeginif(temp_shumaevent and temp_shuma=1)thenshow_shuma_locationnum_shuma=conv_std_logic_vector(bit_one_out,4);set_shumanum_shuma=conv_std_logic_vector(bit_two_out,4);set_shumanum_shuma=conv_std_logic_vector(bit_three_out,4);set_shumanum_shuma=conv_std_logic_vector(bit_four_out,4);set_shuma=0111;end case;if(reset_all=1)thennum_shuma=0000;-xian shi zhi 0end if;end process;shuma_200:process(clk)-use to delay location setbeginif(clkevent and clk=1)thenif(number_shuma=50000)thennumber_shuma=0;temp_shuma=not temp_shuma;else number_shuma=number_shuma+1;end if;end if;end process shuma_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=bit_four_out+1;if(bit_four_out=9)then bit_four_out=0;end if;end case;end if;if(clear_num=0)thenkey1_clear=0;end if;if(reset_all=1)thenbit_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(key2event and key2=0)then-led=0;key2_clear=1;location=location+1;end if;if(reset_all=1)thenlocation=00;end if;if(clear_num=0)thenkey2_clear=0;end if;end process;set_mima:process(clk,clear_num)-key4 set mimabeginif(twice=2)thenif(key4event and key4=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;end if;end if;if(clear_num=0)thenkey4_clear=0;end if;if(clear_num=3)thenbit_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,key4_clear)-key5 clear and resetbeginif(key5event and key5=0)then-led=0;reset_all=1;if(clear_num=3)thenclear_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)thenreset_all=0;end if;if(temp_reset=1)thenreset_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 numclear_num=0;end if;end process;compare:process(clk,reset_all)-key3 comparebeginif(key3event and key3=0)thenkey3_clear=1;if(bit_one_in=bit_one_out and bit_two_in=bit_two_out and bit_three_in=bit_three_out and bit_four_in=bit_four_out)thenled=1;temp_1=0;temp_reset=1;number_error=0;if(twice=2)thentwice=twice;elsetwice=twice+1;end if;else twice=0;if(number_error=3)thennumber_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=0)thenkey3_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 xintemp_reset=0;end if;if(temp_1=1)thenled=temp_led;end if;end process compare ;one_second:process(clk)beginif(clkevent and clk=1)thenif(number_led=5000000)thennumber_led=0;temp_led=no