电子密码锁EDA课程设计

青岛农业大学电子设计自动化课程设计报告20122013学年 第2学期 实习题目： 电子密码锁 姓 名 ：_ _ 学 号 ：_ _ _ _ 专业班级：_电自化1003_ 指导老师：_ _ _ 2013年6月8日EDA课程设计一、设计任务 1、基本要求（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位代码，当开锁按钮开关（可设置成6位至8位，其中实际有效为4位，其余为虚设）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。2、要解决的关键问题（1）、该题的主要任务是产生一个开锁信号，而开锁信号的形成条件是，输入代码和已设密码相同。实现这种功能的电路构思有多种，例如，用两片8位锁存器，一片存入密码，另一片输入开锁的代码，通过比较的方式，若两者相等，则形成开锁信号。（2）、在产生开锁信号后，要求输出声、光信号，声音的产生由开锁信号触动扬声器工作，光信号由开锁信号点亮LED指示灯；（3）、用按钮开关的第一个动作信号触发一个5秒定时器，若5秒内无开锁信号产生，让扬声器发出特殊音响，以示警告，并输出一个信号推动LED不断闪烁。二、设计方案1、总体设计思想本设计采用VHDL语言进行编程，把所有的功能都整合到一个程序，采用不同的进程将不同的功能区分开来。该程序主要由密码输入进程、密码修改进程、密码锁操作进程、报警计时进程和报警动作进程等组成。这样设计的好处是不用设计顶层文件或者顶层原理图，没有复杂的连线。当然，仅仅是对于一些功能简单，代码较短的程序采用该种方法编程，而该题目正好符合这个条件。该功能共有两个时钟信号，一个是键盘扫描和系统时钟，采用的是1Hz的时钟信号，该信号不仅可以防止键盘抖动引起的误操作，还有助于系统计时。因为报警电路中的蜂鸣器为无源蜂鸣器，所以需要一个方波信号来驱动蜂鸣器，使其发出声音。因此又采用了一个1KHz的信号用于驱动蜂鸣器。为了编程简单，本设计采用的是八个独立键盘，四个按键用于输入密码，四个按键作为功能键。四位0000到9999可任意改变的密码，输入密码或者更改密码时，采用的是自加运算，当数字加到10以后，自动清零。另外四个功能健分别是开锁键、关锁键、修改密码键、清除自锁健。本设计采用LED显示和数码管显示，LED主要用于表示现在的密码锁的开关状态，数码管用于显示输入的数值。该种显示清晰明了，可以防止误操作的发生。另外还采用蜂鸣器和LED闪烁报警，当从输入第一个密码开始计时，如果5秒内没有开锁，密码锁会自动报警20S，并让一个LED灯闪烁，直到自锁信号解除。2、系统设计实现的基本功能（1） 密码输入：每按下一个数字键，就输入一个数值，并在显示器相应位置上显示出该数值。（2） 密码清除：按下开锁键和关锁键进入锁定和开锁状态后，系统自动可清除前面所有的输入值，清除成为“0000”。（3） 密码更改：当密码锁位于开锁状态下，按下更改键可以设定新的密码（4） 密码上锁：按下上锁键可将密码锁上锁。（5） 密码解除：按下解除键首先检查输入的密码是否正确，密码正确即解锁。（6） 密码自锁：从输入第一个密码开始计时，如果5秒内没有开锁，密码锁会自动报警，并进入自锁状态，此时不允许任何操作。（7） 自锁清除：通过自锁清除键可以清除自锁状态，使密码锁进入正常工作状态。3、系统程序LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY LOCK ISPORT(CLK,CLK5:IN STD_LOGIC; KEY1,KEY2,KEY3,KEY4,KEY5,KEY6,KEY7,KEY8:IN STD_LOGIC; Q1,Q2,Q3,Q4:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); LED_G,LED_R,LED,BEEP:OUT STD_LOGIC);END LOCK;ARCHITECTURE BEHAV OF LOCK IS SIGNAL PASSWORD1:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0):=0001; SIGNAL PASSWORD2:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0):=0001; SIGNAL PASSWORD3:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0):=0001; SIGNAL PASSWORD4:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0):=0001; SIGNAL JISHI5:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0):=0000; SIGNAL JISHI20:STD_LOGIC_VECTOR(4 DOWNTO 0):=00000; SIGNAL ZISUO,FLAG,BEEP_FLAG,KAI,LED_TMP:STD_LOGIC:=0; SIGNAL CODE1,CODE2,CODE3,CODE4:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); BEGIN PROCESS(clk,key1,key2,key3,key4,key6)BEGINIF ZISUO=0 AND KEY6=0 AND KAI=0 THEN IF KEY1EVENT AND KEY1=1 THEN -用来输入代码，在关锁状况下，并且无开锁和设置密码信号下有效 IF CODE19 THEN CODE1=CODE1+1; ELSE CODE10); END IF; END IF; IF KEY2EVENT AND KEY2=1 THEN IF CODE29 THEN CODE2=CODE2+1; ELSE CODE20); END IF; END IF; IF KEY3EVENT AND KEY3=1 THEN IF CODE39 THEN CODE3=CODE3+1; ELSE CODE30); END IF; END IF; IF KEY4EVENT AND KEY4=1 THEN IF CODE49 THEN CODE4=CODE4+1; ELSE CODE40); END IF; END IF; ELSIF(ZISUO=0 AND KEY7=1 AND KAI=1)THEN CODE1=0000;CODE2=0000;CODE3=0000;CODE4=0000; -这一步很重要，重新上锁必须将密码值清零，不然会显示上次输入的密码 IF KEY6=1 AND KAI=1 THEN -显示密码 Q1=PASSWORD1; Q2=PASSWORD2; Q3=PASSWORD3; Q4=PASSWORD4; END IF; IF KEY6=0 AND KAI=0 THEN -显示要更改的密码 Q1=CODE1; Q2=CODE2; Q3=CODE3; Q4=CODE4; END IF; IF KEY6=0 AND KAI=1 THEN -开锁后显示零 Q1=0000; Q2=0000; Q3=0000; Q4=0000; END IF; ELSIF ZISUO=0 AND KEY6=1 AND KAI=1 THEN -按住KEY6设置密码，此时必须是开锁状态 IF KEY1EVENT AND KEY1=1 THEN IF PASSWORD19 THEN PASSWORD1=PASSWORD1+1; ELSE PASSWORD10); END IF; END IF; IF KEY2EVENT AND KEY2=1 THEN IF PASSWORD29 THEN PASSWORD2=PASSWORD2+1; ELSE PASSWORD20); END IF; END IF; IF KEY3EVENT AND KEY3=1 THEN IF PASSWORD39 THEN PASSWORD3=PASSWORD3+1; ELSE PASSWORD30); END IF; END IF; IF KEY4EVENT AND KEY4=1 THEN IF PASSWORD49 THEN PASSWORD4=PASSWORD4+1; ELSE PASSWORD40); End IF; END IF; END IF; END PROCESS; PROCESS (CLK,key5,key7) BEGIN IF CLKEVENT AND CLK=1 THEN IF KEY5=1 AND ZISUO=0 AND KEY6=0 THEN IF PASSWORD1=CODE1 AND PASSWORD2=CODE2 AND PASSWORD3=CODE3 AND PASSWORD4=CODE4 THEN KAI=1; -按下开锁键后，如果密码正确，开锁 ELSE KAI=0; END IF; END IF; END IF; IF KAI=1 THEN LED_G=1;LED_R=0; -开锁后红灯灭绿灯亮，否则红灯亮绿灯灭 ELSE LED_G=0;LED_R=1; END IF; IF KEY7=1 AND KEY6=0 THEN -关锁按钮按下后关锁 KAI=0 ;LED_G=0;LED_R=1; END IF; END PROCESS; PROCESS(CLK,KEY1,KEY8) BEGIN IF(KEY1EVENT AND KEY1=1)THEN FLAG=1; END IF; IF CLKEVENT AND CLK=1 THEN -按下第一个按键时 置位标志位FLAG,开始计时 IF(FLAG=1)THEN IF ZISUO=0 AND KEY6=0 AND KAI=0 THEN IF JISHI55 THEN JISHI5=JISHI5+1; ELSE JISHI5=0000; END IF; END IF; END IF; IF (JISHI5=5 AND KAI=0) THEN -如果5秒后未开锁则进入自锁状态 ZISUO=1; END IF; END IF; IF KAI=1 THEN -5秒内开锁 计时清零，标志位清零 JISHI5=0000;FLAG=0; END IF; IF KEY8=1 AND ZISUO=1 THEN -K8按下后清除自锁 ZISUO=0;FLAG=0; END IF; END PROCESS; PROCESS(CLK,KEY8,CLK5) BEGIN IF CLKEVENT AND CLK=1 THEN -如果自锁则蜂鸣器持续20秒发声 IF ZISUO=1 THEN IF JISHI2020 THEN JISHI20=JISHI20+1; BEEP_FLAG=1; -置位蜂鸣器标志位 ELSE BEEP_FLAG=0; END IF; LED_TMP=NOT LED_TMP; -进入自锁后灯闪烁提示 LED=LED_TMP; END IF; IF ZISUO=0 THEN -自锁解除，清零计时值和标志位 JISHI20=00000;LED=0;BEEP_FLAG=0;LED_TMP=0;JISHI20=00000; END IF; END IF; IF BEEP_FLAG=1 THEN -判断蜂鸣器标志位是否为1 IF CLK5=1 THEN -CLK5给无源蜂鸣器提供1K的时钟信号 BEEP=1; ELSE BEEP=0; END IF; END IF;END PROCESS;END BEHAV;三、心得体会一周的EDA实习结束，通过自己的努力和团队之间的合作，我们圆满的完成了课程设计的各项要求，当看到自己的成果，心里的成就感让自己感到喜悦。但这次实习带给我们的不仅仅是这些，还有就是从中学到的其他的东西。在自己没有进行实习前，自认为自己的EDA学得还不错，而且平常的实验室表现也可以，大部分的实验都能独立完成并顺利通过验收。但当自己真正开始做一个实际的东西时，发现自己所学的知识还是远远不够的，毕竟理论和实践之间还是存在很大的差距的。刚发下题目的时候，觉得有些无从下手，根本就找不到一个合理的方案。于是开始从图书馆借书，从网上找资料。经过半天的研究，自己才算是有一些思路。因此，该次实习让我看到自己的水平还有待提升，而且让我明白，从理论到实际，并不是那么简单。另外，方案的确定也让我学到很多东西。刚开始的时候，我们采用的两种方案并行，到最后哪种方案合适采用哪种，而这两种方案都是从网上和书上找来的。于是我和队友分头工作，一人编写一种方案。但是当自己忙活了一天，程序编的差不多的时候，才发现，别人的方案在实验室的实验箱上不可行。因为方案中采用的是矩阵键盘，而实验箱采用的独立键盘，并且数目也只有八个。当然可以采用自己连线的方式外接一个矩阵键盘，但这样的话，稳定性不高，只要任何一根线没有连接合适，整个系统就无法工作了。因此，这个时候我们只有更换方案，但问题又出来了，根本找不到有关独立键盘的任何例程，如果更换方案的话，所有的程序必须自己编写。但是，自己是否能完成程序的编写自己都不确定。后来，我们决定试一试，舍掉以前所有的