电子密码锁设计.doc

东北石油大学课程设计任务书课程 EDA技术课程设计题目 电子密码锁专业 电子信息工程 姓名 学号 主要内容：设计一个密码锁的控制电路，第一个按钮触动后的5秒内若未将锁打开，则电路自动复位并进入自锁状态，当输入正确代码时，输出开锁信号以推动执行机构工作。设计内容、技术条件和要求1、设计一个密码锁的控制电路，当输入正确代码时，输出开锁信号以推动执行机构工作，用红灯亮、绿灯熄灭表示关锁，用绿灯亮、红灯熄灭表示开锁；2、在锁的控制电路中储存一个可以修改的4位二进制代码，当开锁按钮开关的输入代码等于储存代码时，开锁；3、 从第一个按钮触动后的5秒内若未将锁打开，则电路自动复位并进入自锁状态，使之无法再打开，并由扬声器发出持续20秒的报警信号，并输出一个信号推动LED不断闪烁4、 主要参考文献1 潘松著.EDA技术实用教程(第二版). 北京：科学出版社,2005.2 康华光主编.电子技术基础 模拟部分. 北京：高教出版社,2006.3 阎石主编.数字电子技术基础. 北京：高教出版社,2003.4 谭会生、瞿遂春，EDA技术综合应用实例与分析，西安电子科技大学出版社，20045 高有堂，EDA技术及应用实践，清华大学出版社，2006完成期限 2010.3.11 指导教师 专业负责人 2010年 3月7日1、 设计思路该电子密码锁的设计主要有两个模块组成：按键输入部分和控制电路结构图如下：图1其中key_in0.4是五个密码输入按键， Change用于修改密码，在电锁打开状态下，按下change可以对密码锁的密码进行修改；在电锁未打开，输入密码时候按一下change键可以对已输入的密码清零，重新输入密码。当输完密码后按下ok键，密码输入到电锁内部。稍后，会将已输入的密码进行清零。Ff是报警信号，当按下第一个密码输入按键后，五秒内电锁未打开，则电路自动复位并进入自锁状态，使之无法再打开，并且输出256hz报警信号驱动蜂鸣器报警，并且红灯闪烁，均持续20s；若五秒内密码输入正确，电锁打开，则输出128hz的提示信号，告诉用户电锁已打开，并且绿灯亮红灯灭。提示信号持续20s，电锁打开时间为60s，超过60s后，电锁自动上锁，红灯亮，绿灯灭。输入密码和修改密码时，输入的数字 都会在数码管上显示，当输入完毕按下ok确认后，数码管清零，不再显示。二、各部分的详细说明以及功能介绍1、按键输入部分主要功能是，识别密码按键的输入，并将输入码译为对应的BCD码，同时进行移位操作，内部置有串行输入并行输出移位寄存器，每输入一位密码，就将其译为BCD并在数码管上输出，同时输出给控制部分contra。再次按下密码输入按键后，数码左移，直到四位密码全部输入。有计数器控制，只能允许输入四位密码，超过密码长度的输入，既不显示也不移位。该部分的电路主要有yima，count5和shift三部分以及逻辑门组成，结构图如下：图21）5进制计数器count5主要功能是记录按键的次数，用于控制密码个数的输入。计数器开始值为0，驱动信号cp为key_in0.4五个按键信号相或得到，五个按键中任意一个按下，cp就为1否则为0。当rst清零信号为1时计数器清零，否则，计数器在cp的上升沿，计数。当计数器的值不为0时，c_out置为1，其余为0；当计数器记到4时，不再增加，且oc置为0，其余oc为1。2） 移位寄存器shift移位寄存器shift的驱动信号cp和计数器相似依然由key_in0.4产生，但却受计数器输出端的oc控制通断。当oc为1时，cp 是由key_in0.4产生的脉冲，当oc为0时，cp被拉低。当rst=1时，移位寄存器被置为1111111111111111，否则就在cp的下降沿进行移位，每次移动4位，同时将结果输出，并在数码管上显示。以上三个部分综合仿真的结果如下：图32、 主要控制部分电路主要控制部分是有众多小电路组成的，包括时钟分频电路，数据锁存电路，D触发器，60进制计数器，25进制计数器，数据比较电路，分用器，复用器，电平保持电路以及少量逻辑门电路组成。电路组成结构图如图15该电路主要实现对电子密码锁的全面控制。1） 时钟分频电路将输入的256Hz时钟经处理后输出为1Hz，4Hz，128Hz，256Hz四种时钟信号，用于驱动不同的器件。1Hz主要用于驱动计数器工作，4Hz用于输出驱动密码输入错误的时候的红灯闪烁，128Hz和256Hz用于输出驱动蜂鸣器发声，当密码锁在5秒钟内输入正确打开时，输出为256Hz的脉冲；输入密码错误或者没打开则输出128Hz脉冲。图42）25进制计数器25进制计数器只要功能是对输入密码的时间以及报警时间计时。当输入第一个密码时，按键输入译码模块的cout被置为高电平，计数器使能，开始计数。当计数器值5时，oc1为低电平，计数器记到5，oc1被置为高电平，用于对输入部分进行封锁。当计数器25的时候oc2为低电平，记到25的时候，oc2被置为高电平。该计数器带有清零端rst，rst由oc2和开锁信号相或得到。所以当电子密码锁被打开后，计数器停止计数并清零。所以，当5秒内密码还没有输入正确，则不能输入密码，而且开始报警，报警持续20秒。20秒后，计数器清零。图53） fen_1分用电路主要是将按键输入change分用为两个功能，如果电锁目前是打开状态，那么change的作用就是修改密码，如果电锁目前没有打开，那么change的作用就是把输入的密码清除，重新输入。其中en由开锁信号控制，控制输入信号的走向。不同走向的change会有不同的功能。图64） fen_2分用电路主要控制输入的数据din和确认键ok的走向，控制端为change，当change为0的时候，数据由dout(31 downto 0)的低16位输出，ok由ko(0)输出。当change为1时候，数据和ok都由高位输出。低位输出的数据和ok输入到M7：lock，M7锁存器用于盛放输入的密码。高位输出的数据送到M8:lock，M8用于盛放密码锁已经设定的密码。图75） 锁存器lock锁存器主要功能是对数据进行锁存。Lock有三个输入端，rst清除，ok确认（使能），din(15 downto 0)数据输入和1个输出dout。当rst为1时候，执行清除操作，将输出端置为0FFFFH；在rst为0，ok的下降沿将din的数据送到dout（输出端）。仿真图如下：图8该模块有两个用处，（1）用来盛放按键输入的密码M7；（2）存放电子密码锁里面的设置密码M8。其中M8的清除按键悬空。在ok键的作用下，将M7 和 M8的数据都输入到比较器中进行比较。6） 数值比较器当输入端dout_a和输入端dout_b的数据项同时，输出dout为高电平，否则就为低电平。输出为高电平，表示电子密码锁成功开启。电子密码锁成功开启后，经过电平保持电路和60秒计数器的控制，输出持续时间为60秒的高电平，60秒后，密码锁自动上锁。图97） 电平保持电路baochi.vhd该电路的主要功能是，将短暂的高电平保持一段时间，这样不会导致修改了密码后，电锁就马上被锁。60秒后通过清零端清零。图108）60进制计数器该计数器有两个输出端op和oc。Op用于清零，oc用于控制绿灯是否点亮。主要用于对电锁开启后的的状态进行计数。开锁信号通过保持电路保存60秒，在此期间，该信号作为60进制计数器的使能信号。计数器开始工作。当计数到60时候，输出端op变为高电平，通过op信号对保持电路清零，计数器不再使能，停止工作，同时计数清零，等待下一次的是能信号。同时op也对输入密码锁存器进行清零。开锁信号由高变低，电锁上锁。在计数器计数期间，输出端的oc输出为高电平，直接控制绿灯点亮，当计数器为0时候，变为低电平，绿灯熄灭。图119） dff_1主要实现带异步清零D触发器的功能。当rst为1时候，清零，输出q为0；在rst低电平，同时时钟上升沿，将输入送到输出。图1210） dff_2用于选择输出。当en为1时，输出为输入端的时钟信号cp；当en为0时候，输出为高电平。该电路主要用于控制红灯的闪烁。输入时钟选用4Hz的。输出信号和经过反相器的counter60输出信号oc相与，控制红灯。当开锁失败后，由counter25控制en使能，是输出为脉冲信号。当电锁处于关闭状态时候，由于en为0，输出为高电平，对红灯没影响。图1311） ctr蜂鸣器控制电路该电路主要是选择输出用于控制蜂鸣器的脉冲频率。当开锁成功后，en1为高电平，控制输出频率为128Hz的脉冲，告诉用户，密码锁已经打开，信号持续60秒；若5秒内没有打开电锁，则由counter25的oc1控制en2为高电平，控制输出频率为256Hz的脉冲，告诉用户电锁由于在规定时间内没能打开电锁，发出警告。若en1和en2 都没有为高电平，那么就不输出。图14整个contra的程序如下：contra.vhdentity contra is port(change,ok,clk:in std_logic;din:in std_logic_vector(15 downto 0);hong,lv:out std_logic;ff:out std_logic;dout_m3:out std_logic_vector(0 to 1);rst :buffer std_logic); end;architecture mbl of contra is signal cp1,cp128,cp4,cp256:std_logic;signal a,b,c,d,e,f,g,i,j,k,l,m,n,p,q:std_logic;signal data_a,data_b,h_1,h_2:std_logic_vector(15 downto 0);signal c_tmp:std_logic;signal c_out:std_logic;signal cp:std_logic;signal dout:std_logic_vector(15 downto 0);component yima_count5_shift isport (key_in: in std_logic_vector(0 to 4);rst,s: in std_logic;-din: in std_logic_vector(3 downto 0);dout: out std_logic_vector(15 downto 0);c_out:out std_logic);end component;component baochi is port (en,rst:in std_logic;q:out std_logic);end component;component compore is port(din_a,din_b:in std_logic_vector(15 downto 0);dout:out std_logic);end component;component counter25 is port(en,clk,rst:in std_logic;oc1,oc2:out std_logic:=0);end component;component counter60 is port(en,cp:in std_logic;oc,op:out std_logic:=0);end component ;component ctr is -用于控制蜂鸣器的输入port(en1,en2,cp128,cp256:in std_logic;dout:out std_logic:=0);end component ;component dff_1 is port(d,cp,rst:in std_logic;q:out std_logic);end component;component dff_2 is port(en,cp:in std_logic;dout:out std_logic);end component;component fen_1 is port(din,en:in std_logic;dout:out std_logic_vector(0 to 1);end component ;component fen_2 is port(en,ok:in std_logic;din:in std_logic_vector(15 downto 0);ko:out std_logic_vector(0 to 1);dout:out std_logic_vector(31 downto 0);end component;component free is port(clk:in std_logic;cp1,cp4,cp128,cp256:out std_logic);end component ;component lock is port(din :in std_logic_vector(15 downto 0);rst,ok:in std_logic;dout:out std_logic_vector(15 downto 0) );end component;component shift isport (cp: in std_logic;rst : in std_logic;din : in std_logic_vector(3 downto 0);dout: out std_logic_vector(15 downto 0) );end component;begin p=k or n;rst=a or b or c;hong=I and (not q);lv=q;dout_m3clk,cp1=cp1,cp4=cp4,cp128=cp128,cp256=cp256);M2:dff_1 port map(d=ok,cp=cp4,q=a,rst=0);M3:fen_1 port map(din=change,en=k,dout(0)=b,dout(1)=d );M4:dff_1 port map(d=1,cp=d,rst=a,q=e);M5:fen_2 port map(din=din,en=e,ok=ok,ko(0)=f,ko(1)=g,dout(15 downto 0)=data_a,dout(31 downto 16)=data_b);M6:lock port map(din=data_a,ok=f,dout=h_1,rst=m);M7:lock port map(din=data_b,ok=g,dout=h_2,rst=0);M8:compore port map(din_a=h_1,din_b=h_2,dout=j);M9:baochi port map(en=j,rst=m,q=k);M10:dff_2 port