电子密码锁设计

课程设计课程EDA技术课程设计题目电子密码锁院系电子科学学院专业班级电子信息工程学生姓名学生学号指导教师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、基本要求、主要参考资料等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。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（设置成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，并输出一个信号推动LED不断闪烁。主要参考资料1潘松著EDA技术实用教程第二版北京科学出版社,20052康华光主编电子技术基础模拟部分北京高教出版社,20063阎石主编数字电子技术基础北京高教出版社,2003完成期限指导教师专业负责人一、总体设计思想1基本原理随着社会物质财富的日益增长，安全防盗已成为全社会关注的问题。基于EDA技术设计的电子密码锁，以其价格便宜、安全可靠、使用方便，受到了人们的普遍关注。而以现场可编程逻辑器件FPGA为设计载体，以硬件描述语言VHDL为主要表达方式，以QUARTUS开发软件设计工具设计的电子密码锁，由于其能够实现数码输入、数码清除、密码解除、密码更改、密码上锁和密码解除等功能，因此，能够满足社会对安全防盗的要求。基本原理如下在控制电路中储存一个可以修改的4位代码，当我们把第一个按钮触动后开始计时，若5秒后未将锁打开，电路自动进自锁状态，红灯亮绿灯灭，同时由扬声器发出持续20秒的报警信号，并输出一个信号推动LED不断闪烁此；如果在触动按钮的5秒内，输入的4位代码等于存储代码时，输出开锁信号以推动执行机构工作，此时，用绿灯亮、红灯熄灭表示开锁。2设计框图键盘按键输入数据输入工作时钟脉冲信号键盘扫描信号图1设计框图二、设计步骤和调试过程1235498760弹跳消除电路键盘译码电路按键数据缓存器键盘扫描电路图2总体电路1、模块设计和相应模块程序111密码锁输入模块扫描信号按键输入图3密码锁输入模块电路框图密码锁输入模块的电路框图如图3所示，它由时序产生电路、键盘扫描电路、弹跳消除电路、键盘译码电路和按键存储电路组成。时序产生电路用于产生中三种不同频率的工作脉冲波形，包括系统时钟信号、弹跳消除取样信号键盘扫描电路键盘弹跳消除电路时序产生电路按键数据缓存器键盘译码电路和键号键盘电路可提供键盘扫描信号。该信号由KY3KY0进入键盘，其变化的顺序11101101101101111110周而复始。扫描信号0111代表扫描的为、0、这一排按键，当这个按键被按下时，由KX2KX0读出的值为011。按键位置的数码关系如表1所列。弹跳消除电路可避免误操作发生。由于设计中采用的矩阵式键盘是机械开关结构，因此，在开关切换的瞬间，会在接触点出现信号来回弹跳的现象。为使电子密码锁可靠工作，必须加上弹跳消除电路。弹跳消除电路采用软件延时的方法消除抖动，其仿真波形如图3所示。从图3中可以看出，若采样信号连续两次或超过两次检测到高电平信号，说明按键状态确实发生了变化，此时电路输出一个时钟周期的按键信号；否则当作抖动处理而不予理会，以此来消除抖动。对于键盘译码电路，由于图2中的键盘按键分为数字按键和功能按键，每一个按键可负责不同的功能，而键盘所产生的输出也就是扫描回复信号却无法直接拿来用作密码锁控制电路的输入，所以必须由键盘译码电路来规划每个按键的输出形式，以便执行相应的动作。键盘存储电路可将每次扫描产生的新按键数据存储下来，因此新数据可能会覆盖前面的数据，所以需要一个按键存储电路，以将整个键盘扫描完毕的结果记录下来。图4所示是密码锁输入模块的仿真波形，图中，数字键数据“0、1、2、3、4、5、6、7、8、9”和功能键数据“0100、0001”所得到的输出不同，由此可证明密码锁输入模块的正确性。图4电子密码锁键盘输入本模块主要是将设置的密码锁存到中间变量RAM中去，同时控制灯的变化，由于这里的灯并不能作为最终的输出，所以这里先用LED_R_TEMP1、LED_R_TEMP2代替。PROCESSENTER1,SETBEGINIFENTER1EVENTANDENTER11THENIFSET0THENRAMDATAINLED_R_TEMP11LED_G_TEMP10ELSELED_R_TEMP10LED_G_TEMP10ENDIFENDIFENDPROCESS图5弹跳消除电路仿真波形图6密码锁输入模块仿真波形112控制模块密码锁控制电路是整个电路的控制中心，主。要完成对数字键输入和功能键输入的响应和控制。密码锁控制电路的仿真波形如图6所示。从图6可见，其数字键输入的响应控制过程如下1按下数字键，第一个数字会在显示器的最右端显示，随后每按下一个新数字，显示器上已经存在的数字整体会向左移一位，并将以新的数字显示出来；2若要更改输入数字，则可按键清除所有输入的数字，再重新输入数字。3电子密码锁为4位，当输入超过4位时，电路不予理会，且不显示第4个以后的数字。功能按键的输入响应控制功能如下1清除功能按下键，可清除所有输入的数字，显示为“”。2更改密码按下55键，输入旧密码设计中为“0000”，再按键，即可解除旧密码。接着输入4位数字，再按下键，就可以将4位数字作为新密码。3密码上锁输入4位新的密码数字之后，再按11键，就可以将密码锁上锁。4密码解锁按下99键可输入密码解锁，假如输入“2345”这个密码，然后按下键，系统将比较键盘输入的数码和寄存器中的数码，如果一致，就会给出一个开锁信号，密码锁开锁；否则密码输入无效。本模块是实现当开锁信号产生时，相应的指示灯由红亮绿灭变成红灭绿亮。这里同样先用LED_R_TEMP2、LED_G_TEMP2代表红灯和绿灯。PROCESSCLK_1K,STATEBEGINIFCLK_1KEVENTANDCLK_1K1THENIFSTATE1THENIFUNLOCK1THENLED_R_TEMP20LED_G_TEMP21ELSELED_R_TEMP21LED_G_TEMP20ENDIFENDIFENDIFENDPROCESS提示音模块当开锁信号产生时，扬声器发出两秒的提示音。这里用SPEAKER_TEMP2代替SIGNALCOUNT_2STD_LOGIC_VECTOR1DOWNTO0SIGNALTEMPSTD_LOGICBEGINPROCESSCLKBEGINIFCLKEVENTANDCLK1THEN1秒HZIFUNLOCK1THENIFCOUNT_2“10“THENCOUNT_2“10“TEMP0ELSECOUNT_2COUNT_21TEMP1ENDIFENDIFENDIFENDPROCESSSPEAKER_TEMP1CLK_1KANDTEMP图7控制电路仿真波形2、仿真及仿真结果分析图8密码锁输入模块的仿真图图9密码锁控制模块的仿真图图10控制电路仿真波形3、实验调试结果经调试，实验结果完全符合任务书里的要求，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。三、结论及心得体会这次EDA课程设计历时一个星期，在整整一个星期的日子里，可以说是苦多于甜，但是可以学的到很多很多的东西，同时不仅可以巩固以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次设计，进一步加深了对EDA的了解，让我对它有了更加浓厚的兴趣。特别是当每一个子模块编写调试成功时，心里特别的开心。但是在编写顶层文件的程序时，遇到了不少问题，特别是各元件之间的连接，以及信号的定义，总是有错误，在细心的检查下，终于找出了错误和警告，排除困难后，程序编译就通过了，心里终于舒了一口气。在波形仿真时，也遇到了一点困难,想要的结果不能在波形上得到正确的显示在设定输入的时钟信号后，数字秒表开始计数，但是始终看不到秒和小时的循环计数。后来，在数十次的调试之后，才发现是因为输入的时钟信号对于器件的延迟时间来说太短了。经过屡次调试，终于找到了比较合适的输入数值。其次，在连接各个模块的时候一定要注意各个输入、输出引脚的线宽，因为每个线宽是不一样的，只要让各个线宽互相匹配，才能得出正确的结果，否则，出现任何一点小的误差就会导致整个文件系统的编译出现错误提示，在器件的选择上也有一定的技巧，只有选择了合适当前电路所适合的器件，编译才能得到完满成功。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。总的来说，这次设计的电子密码锁还是比较成功的，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的辛勤的指导下，终于游逆而解，有点小小的成就感，终于觉得平时所学的知识有了实用的价值，达到了理论与实际相结合的目的，不仅学到了不少知识，而且锻炼了自己的能力，使自己对以后的路有了更加清楚的认识，同时，对未来有了更多的信心。最后，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢参考资料1潘松著EDA技术实用教程第二版北京科学出版社,20052谭会生，张昌凡EDA技术及应用（第二版）西安西安电子科技大学出版社3徐光军，徐光辉CPLD/FPGA的开发与应用北京电子工业出版社，20024李国丽，朱维勇EDA与数字系统设计北京机械工业出版社，2004课程设计成绩评价表课程名称EDA技术课程设计题目名称电子密码锁学生姓名学号指导教