基于EMP7128SLC的六位密码锁的设计.doc

基于EMP7128SLC的六位密码锁的设计一、 目的1.熟悉简单的VHDL程序，掌握相关的EDA知识；2.了解密码锁的设计原理；3.通过学习掌握程序设计思路及运用VHDL语言的控制。电子密码锁是在实际中应用的极其广泛的一种数字电路，它的主要功能是用来对某些物品进行加密保护，目的是避免无权人员使用某些设施或者进行越权操作，例如银行柜员机、自动售贩机，门卡系统或者保险柜中都含有这种数字密码锁。具有防盗报警系统等功能的电子密码锁代替电子锁和密码量少、安全性差的机械式密码锁已是必然趋势。电子密码锁已是必然趋势。电子密码锁具有机械锁无可比拟的优越性，它不但可以完成锁本身的功能，还可以兼有多种功能，如报警灯，密码锁以其安全性能高、成本低、功耗低，易操作等优点受到越来越多人的欢迎。通常不同系统中的电子密码锁具有不同的功能和操作过程，但基本是相同的，首先输入密码，然后系统进行密码验证，最后根据密码验证的结果来进行不同的操作。本次设计的目的就是在掌握EDA实验开发系统的初步使用基础上，了解EDA技术，对计算机系统中时钟控制系统进一步了解，掌握状态机工作原理。在掌握所学的计算机组成与结构课程理论知识时，通过对密码锁的设计，进行理论与实际的结合，提高与计算机有关设计能力，提高分析、解决计算机技术实际问题的能力。通过课程设计深入理解计算机结构与控制实现的技术，达到课程设计的目标。二、 系统功能设计一个具有较高安全性和较低成本的通用电子数码锁其具体功能如下：1 数码输入：每按下一个数字键，就输入一个数值，并在显示器上的最右方显示出该数值，同时将先前输入的数据依序左移一个数字位置。2 数码清除：按下#键可清除前面所有的输入值，清除成为“000000”。3 密码上锁：按下键时会将目前的数字设定成新的密码，并上锁。4 解除电锁：输入密码之后按下#键检查密码是否正确，密码正确即开锁。5 系统报警：开锁三次失败后自动报警。三、 工作原理图1 整体系统原理图1 系统设计方案本电路的主要控制部分和接口输入部分都是在CPLD内部通过VHDL语言实现的，所以CPLD模块为本设计的核心。根据系统要求的功能，以及CPLD芯片容量的分级，本设计选用EMP7128SLC器件作为主控芯片，它是一种基于乘积项结构的复杂可编程逻辑器件，他的基本逻辑器件单元是由一些与、或阵列加上触发器构成，其中与或阵列完成组合逻辑功能，触发器完成时序逻辑。它的逻辑控制灵活，可反复编程，有利于系统的扩展和修改，而且集成度高，保密性好。作为通用电子密码锁，主要由三个部分组成：数字密码输入电路、密码锁控制电路和密码锁显示电路。作为密码锁的输入电路，用十二个按键组成4*3的矩阵式键盘作为该设计的输入设备。根据以上选定的输入设备和显示器件，并考虑到实现各项数字密码锁功能的具体要求，密码锁设计结构框图如图2所示。CPLD部分键盘显示器时钟脉冲器有效数据有效数据图2 密码锁结构框图键盘：用户对系统输入密码，采用由12个按键组成的矩阵式键盘。显示器：用来显示输入的密码，采用两个4位的数码管实现。时钟脉冲器：用来产生方波信号。CPLD：核心部分，实现分频、内部逻辑、数字比较、数据存储、译码等功能。整个电子密码锁系统的总体组成框图如图3所示。（1）密码锁输入电路包括时序产生电路、键盘扫描电路、键盘弹跳消除电路、键盘译码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的缓冲存储电路，密码的清除、变更、存储、激活电锁电路（寄存器清除信号发牛电路），密码核对（数值比较电路），解锁电路（开关门锁电路）等几个小的功能电路。（3）七段数码管显示电路主要将待显示数据的BCD码转换成数码器的七段显示驱动编码（数据选择电路，BCD对七段显示器译码电路，七段显示器扫描电路）。电子密码锁是由密码锁主体以及附加的外围指示电路组成的，其中密码锁主体的主要作用是接收密码并进行密码的验证操作；附加的外围指示电路的主要作用是用来显示输入的密码和根据密码验证的结果来启动报警装置，而报警装置则通常采用蜂鸣器。键盘扫描电路时序产生电路时钟发生器键盘弹跳消除电路寄存器清除信号发生电路键盘译码电路开/关门锁电路数值比较电路按键数据缓存器BCD七段译码电路显示模块密码输入模块扫描信号按键输入密码锁控制模块图3 电子密码锁系统总体框图图4是电子密码锁的输入电路框图，由键盘扫描电路，弹跳消除电路、键盘译码电路、按键数据缓存器，加上一个4*3矩阵式键盘组成。键盘输入弹跳消除电路键盘译码电路按键数据键盘扫描电路键盘扫描信号按键数据缓存器图4 电子密码锁的输入电路框图2 矩阵式键盘的工作原理矩阵式键盘是一种常见的输入装置，在日常生活中，矩阵式键盘在计算机、电话、手机、微波炉等各式电子产品上已经被广泛应用。图5是一个4*3矩阵式键盘的面板配置图，其中数字09作为密码数字输入按键，“*”作为“上锁”功能按键，“#”作为“解锁/清除”功能按键（输入数字小于4位时按下此键表示清除键，输入数字等于4位时表示解锁键）。图5 4*3矩阵式键盘的面板配置键盘上的每一个按键其实就是一个开关电路，当某键被按下时，该按键的接点会呈现0的状态，反之，未被按下时呈现逻辑1的状态。扫描信号由KY3KY0进入键盘，变化的顺序依次为1110-1101-1011-0111-1110。每一次扫描扫描遗爱，依次地周而复始，例如现在的扫描信号是1011，代表目前正在扫描7、8、9这一排的按键，如果这排当中没有按键被按下的话，则由KX2KX0读出的值为011。根据上面所述原理，我们可得到各按键的位置与数码关系如表4-1。表4-1KY3KY0111011101110110111011101101110111011011101110111KX2KX0011101110011101110011101110011101110按键号123456789*0#若从KX2-KX0读出的值皆为1时，代表该列没有按键被按下，则不进行按键译码的动作，反之，如果有按键被按下时，则应将KX2-KX0读出的值送至译码电路进行编码。四、 硬件设计4.1 数码管显示部分秒表的显示部分非常简单，对显示部分的要求不是很高，因此在设计时，选择简便的数码管显示即可。本文采用两个四位LED数码管来进行显示计时时间。其中数码管的显示可分为两种：静态显示和动态显示。静态显示的段选和位选均单独连接，因此占用的I/O接口多，无法扩展多个数码管，在这种采用这种方式下必须要给LED恒定的电压，要求电压一直保持，所以一般在LED和单片机之间加锁存器，这种显示方式亮度高，编程较简单，结构清晰，管理也较简单，占用的CPU时间少。动态显示的基本原理在于分时轮流选通数码管的公共端，使得各数码管轮流导通。只要每个扫描频率超过人的眼睛视觉暂留频率24Hz以上，就可以达到点亮单个数码管，却能享有八个同时显示的是视觉效果，而且显示也不致闪烁抖动。动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共端COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制。四位数码管引脚排布如图6所示：图6 四位数码管引脚排布4.2电源部分图7 电源部分原理图 4.3晶体振荡五、 小结开始做设计时总是会犯一些错误，只有经过不停的改错不停的编译得到正确的程序。说明了作为软件编程人员是不能粗心大意的，一个程序的质量的高低与你细心与否有着一定的联系。在编程时，我充分使用了结构化的思想，这样程序检查起来也比较方便，调试时也给了我很大方便，只要一个模块一个模块的进行调就可以了，充分体现了结构化编程的优势。在设计中要求我要有耐心和毅力，还要细心，稍有不慎，一个小小的错误就会导致结果的不正确，而对错误的检查要求我要有足够的耐心，通过这次设计和设计中遇到的问题，也积累了一定的经验，对以后从事集成电路设计工作会有一定的帮助。本次课程设计是我到目前为止觉得受益匪浅也是收获最大的一次实习。身为电信专业的学生，设计是我们将来必需具备的技能。而这次课程设计恰恰给我们提供了一个应用自己所学知识去勇于创新和实践的平台。从通过理论设计，到仿真软件仿真，再到确定具体方案，再到安装实际电路，最后到调试电路、成型。整个过程都需要我充分利用所学的知识进行思考、借鉴。可以说，本次课程设计是针对前面所学的知识进行的一次比较综合的检验。总的来说，这次课程设计虽然很累，但却是苦中有乐，非常充实。在这次实习中，正确的思路是很重要的，只有你的设计思路是正确的，那你的设计才有可能成功。 因此我们在设计前必须做好充分的准备，认真查找详细的资料，为我们设计的成功打下坚实的基础，所以跑图书馆和上网查资料成为了我每天的必修课。 本次课程设计不仅培养了我们的科学严谨的学习态度，使我们认识到不管做任何事都要付出一定的努力，才会有大的收获。相信这次课程设计过后,我们的理论水平和实践动手能力都会有一个质的飞跃，也为今后的实践课程及毕业设计打下了坚实的基础。要做好本次的课程设计，熟练地掌握课本上的理论知识是前提。这样才能对试验中出现的问题进行一定的分析和解决。当然能完成本次设计，更离不开老师辛勤地指导，老师能在百忙中来指导我，每当我遇到了棘手的问题，老师总能给我最好的建议，教我改进得方法，不厌其烦地指出我在设计中存在的问题和错误，使我能更好地完成设计。正是老师不厌其烦的指导和每天下午的讲解，让我的设计思路越发清晰，明朗，清除了应该从哪些方面着手，工作。终于有了这次课程设计作品的诞生，兴奋之余也开始对今后的学习奋斗目