VHDL密码锁设计

1、VHDLf言及应用课程设计论文一VHDL平台下密码锁的设计学院：电子信息学院专业：_学号：_姓名：_指导老师：_团队成员:完成日期：目录1 .引言12 .实验目的13 .实验任务与要求14 .设计原理及工作流程24.1 密码锁设计原理24.2 密码锁系统框图24.3 密码锁设计提示25 .密码锁的顶层设计源程序36 .密码锁各功能模块源程序及其仿真分析56.1 密码设定锁存器源程序及其仿真分析56.2 密码输入锁存器源程序及其仿真分析66.3 开锁控制系统源程序及其仿真分析86.4 比较器源程序及其仿真分析96.5 LED显示源程序及其仿真分析116.6 顶层源文件白仿真分析12七.密码锁设计

2、源程序的下载调试137.1 电路结构137.2 管脚分配147.3 程序下载调试过程148 .实验分析与总结159 .组内分工16十.参考文献161 .引言随着社会物质财富的日益增长和人们生活水平的提高，安全成为现代居民最关心的问题之一。因此人们对锁要求甚高，既要求可靠地防盗，又要使用方便，这也是制锁者长期以来研制的主题。传统的门锁既要备有大量的钥匙，又要担心钥匙丢失后的麻烦。数字密码锁是二十一世纪制锁业的一次革命，锁的特点是不用钥匙、无锁孔、机械传动、不易损坏、不磨损、不易被破译、可多次更换密码、换号不换锁、一把锁多个密码，具有防拨、防砸、防撬、防堵等功能。安装门锁时不破坏原门的结构，避免用

3、钥匙开启旋芯式锁具的一切烦恼（如丢、落、拆、堵门被反锁等），数字密码锁是利用数字密码来开启的锁具，其重复概率极低，有着很高的安全性；而旋芯式锁具使用不够安全。通过对社会各阶层千余人的调查，百分之百的人对目前身上挂着的用串钥匙无可奈何，都愿意一身轻松没有任何顾虑的出入家门，都愿意用上一种既安全方便又不用钥匙的锁具。因此，数字密码锁产品的市场发展前景极为广阔。而EDA技术设计电子系统具有用软件的方式设计硬件，设计过程中可用有关软件进行各种仿真，系统可现场编程、在线升级，整个系统可集成在一个芯片上等特点；不但设计周期短、设计成本低，而且将提高产品或设备的性能，缩小产品体积、提高产品的技术含量，提高产

4、品的附加值。可见，用VHDL可以更加快速、灵活地设计出符合各种要求的密码锁，优于其他设计方法，使设计过程达到高度自动化。本设计的各个模块由相应的VHDLE序具体实现，并在QuartusH9.0环境下进行了整体电路的模拟仿真，最终实现“密码锁设计”的要求。2 .实验目的1 .掌握VHDI®言的使用，学会用VHDL®言来编程解决实际问题；2 .学会使用EDAFF发软件设计小型综合电路，掌握仿真的技巧；3 .学会应用开发系统实现硬件电路，检验电路的功能；4 .设计一个八位二进制密码锁，实现所要求的功能。5 .实验任务与要求1、安锁状态。按下开关键SETUP密码设置灯亮时，方可进行

5、密码设置操作。设置初始密码09（或二进制8位数），必要时可以更换。再按SETUPS,密码有效。2、开锁过程。(1)、按启动键(START启动开锁程序，此时系统内部应处于初始状态。(2)、依次键入09(或二进制8位数)。(3)、按开门键(OPEN准备开门。若按上述程序执行且拨号正确，则开门指示灯A亮，若按错密码或未按上述程序执行，则按动开门键OPENt,报警装置鸣叫、灯B亮。(4)、开锁处理事务完毕后，应将门关上，按SETUP®使系统重新进入安锁状态。若在报警状态，按SETUP8或STARTS应不起作用，应另用一按键RESET才能使系统进入安锁状态。3、使用者如按错号码可在按OPENS

6、之前，按START1重新启动开锁程序。4、设计符合上述功能的密码锁，并用层次化方法设计该电路。5、用功能仿真方法验证，通过观察有关波形确认电路设计是否正确。6、完成电路设计后，通过在实验系统中下载，验证设计的正确性。四.设计原理及工作流程4.1 密码锁设计原理如下示框图，密码锁系统主要由开锁控制，设置密码的锁存器，输入密码的锁存器，比较器，LED显示和报警系统几个部分组成。每一个模块功能的实现都是通过VHD印言实现的，并通过顶层电路与例化语句将功能模块整合起来，之后对整个系统进行模拟仿真和硬件实现。4.2 密码锁系统框图4.3 密码锁设计提示(1)锁存器：用于实现设定密码和输入密码的锁存。(2

7、)比较器：用于将设定密码与输入密码相比较。其中，CLK为外部输入的时钟信号。若输入密码正确，则A灯亮；否则B灯亮，同时比较器输出与CLK一样的信号，驱动蜂鸣器发出报警声。(3)开锁控制：当反馈信号下降沿来到时，开锁控制输出低电平，用于在输入错误密码后禁止再次安锁；当RESET?为高电平时，开锁控制输出高电平，打开与门，这时锁存器1使能端的变化受控于SETUPS,重新进入安锁状态。(4)LED显示：用于设定密码或输入密码的显示。此项设计的目的是为了在下载演示时，能清楚地看到设置和输入的密码值。五.密码锁的顶层设计源程序调用各模块形成元件例化语句:LIBRARYIEEE;USEIEEE.std_l

8、ogic_1164.All;ENTITYtopfileISPORT(SETUP,RESET,START,OPN,CLK:INSTD_LOGIC;setpassword:INSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);inputpassword:INSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);led_A,led_B,warner:OUTSTD_LOGIC;DOUT11,DOUT12,DOUT21,DOUT22:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(6DOWNTO0);ENDENTITYtopfile;ARCHITECTUREbrfOFtopfileISCOMPONENTlo

9、ckcontrolPORT(RESET,FEEDBACK:INSTD_LOGIC;Y:OUTSTD_LOGIC);ENDCOMPONENT;COMPONENTcodesetPORT(ENABLE:INSTD_LOGIC;PASEWORD:INSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);Q:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);ENDCOMPONENT;COMPONENTcodeinputPORT(ENABLE:INSTD_LOGIC;PASEWORD:INSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);Q:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWN

10、TO0);ENDCOMPONENT;COMPONENTcomparatorPORT(OPN,CLK,RESET:INSTD_LOGIC;rightpassword,password:INSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);A,B,warner:OUTSTD_LOGIC;D11,D12,D21,D22:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);ENDCOMPONENT;COMPONENTAND2PORT(a,b:INSTD_LOGIC;c:OUTSTD_LOGIC);ENDCOMPONENT;COMPONENTNOR2PORT(e,d:INSTD_LOGIC;

11、f:OUTSTD_LOGIC);ENDCOMPONENT;COMPONENTLEDPORT(DATA:INSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);DOUT7:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(6DOWNTO0);ENDCOMPONENT;SIGNALnet1,net2:STD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);SIGNALnet8,net9,net10,net11:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);SIGNALnet3,net4,net5,net6,net7:STD_LOGIC;BEGINU0:lockcontrolPORTMAP(RESET

12、=>RESET,feedback=>net3,y=>net4);U1:AND2PORTMAP(a=>net3,b=>START,c=>net5);U2:AND2PORTMAP(a=>SETUP,b=>net4,c=>net6);U3:CODEINPUTPORTMAP(PASEWORD=>inputpassword,ENABLE=>net5,Q=>net1);U4:codesetPORTMAP(PASEWORD=>setpassword,ENABLE=>net6,Q=>net2);U5:comparator

13、PORTMAP(rightpassword=>net2,password=>net1,OPN=>OPN,CLK=>CLK,A=>led_A,B=>net7,warner=>warner,RESET=>RESET,D12=>net9,D11=>net8,D21=>net10,D22=>net11);U6:NOR2PORTMAP(e=>net7,d=>net7,f=>net3);U7:LEDPORTMAP(DATA=>net8,DOUT7=>DOUT11);U8:LEDPORTMAP(DATA=&

14、gt;net9,DOUT7=>DOUT12);U9:LEDPORTMAP(DATA=>net10,DOUT7=>DOUT21);U10:LEDPORTMAP(DATA=>net11,DOUT7=>DOUT22);led_B<=net7;ENDARCHITECTUREbrf;六.密码锁各功能模块源程序及其仿真波形6.1 密码设定锁存器源程序及其仿真波形源程序为：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYcodesetISPORT(ENABLE:INST

15、D_LOGIC;PASSWORD:INSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);Q:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);ENDcodeset;ARCHITECTUREbhvOFcodesetISBEGINPROCESS(ENABLE,PASSWORD)BEGINIFENABLE='1'THENQ<=PASSWORD；Q(6)<=PASSWORD(6);Q(5)<=PASSWORD(5);Q(4)<=PASSWORD(4);Q(3)<='0'Q(2)<='0'Q(1)<=

16、'0'Q(0)<='0'ENDIF;ENDPROCESS;ENDbhv;仿真波形图为：使能控制端高电平时：使能控制端变回低电平时：通过由于硬件设备限制，不能检验全部端口，因此将低位的四位设置为低电平,改变使能控制端与高位的电平观察正确性。6.2 密码输入锁存器源程序及其仿真波形源程序为：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYcodeinputISPORT(ENABLE:INSTD_LOGIC;PASSWORD:INSTD_LOGIC_VECTO

17、R(7DOWNTO0);Q:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);ENDcodeinput;ARCHITECTUREbhvOFcodeinputISBEGINPROCESS(ENABLE,PASSWORD)BEGINIFENABLE='1'THENQ<=PASSWORD；Q(6)<=PASSWORD(6);Q(5)<=PASSWORD(5);Q(4)<=PASSWORD(4);Q(3)<='0'Q(2)<='0'Q(1)<='0'Q(0)<='0'

18、;ENDIF;IFENABLE='0'THENQ<="00000000"ENDIF;ENDPROCESS;ENDbhv;仿真波形为：当使能信号为低电平，锁存器输出状态保持不变，输入信号没有读入；当使能信号有低电平变为高电平，锁存器开始读入输入的信号。6.3 开锁控制系统源程序及其仿真波形源程序为：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYlockcontrolISPORT(FEEDBACK,RESET:INSTD_LOGIC;Y:OUTSTD_

19、LOGIC);ENDlockcontrol;ARCHITECTUREbhvOFlockcontrolISBEGINPROCESS(FEEDBACK,RESET)BEGINY<='1'IFFEEDBACK='0'THENY<='0'ENDIF;IFRESET='1'THENY<='1'ENDIF;ENDPROCESS;ENDbhv;仿真波形为：FEEDBACK反馈信号，RESE必重置密码信号。当反馈信号下降沿来到时，开锁控制输出Y低电平，用于在输入错误密码后禁止再次安锁；当RESET?为高电平时，开

20、锁控制输出高电平。6.4 比较器源程序以及仿真波形源程序为：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.All;ENTITYcomparatorISPORT(rightpassword,password:INSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);OPN,CLK,RESET:INSTD_LOGIC;A,B,warner:OUTSTD_LOGIC;D11,D12,D21,D22:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);ENDcomparator;ARCHITECTUREbhvOFcomparatorISBEGINPROCESS(OPN,

21、CLK,RESET,rightpassword,password)BEGIND11(3)<=rightpassword;D11(2)<=rightpassword(6);D11<=rightpassword(5);D11(0)<=rightpassword(4);D12(3)<=rightpassword(3);D12(2)<=rightpassword(2);D12(1)<=rightpassword(l);D12(0)<=rightpassword(O);D21(3)<=password；D21(2)<=password(6);D

22、21(1)<=password(5);D21(0)<=password(4);D22(3)<=password(3);D22(2)<=password(2);D22(1)<=password(1);D22(0)<=password(0);IFOPN='1'THENIFrightpassword=passwordTHENA<='1'B<='0'warner<='0'ENDIF;IFrightpassword/=passwordTHENA<='0'B<=

23、'1'warner<=CLK;IFRESET='1'THENA<='0'B<='0'warner<='0'ENDIF;ENDIF;ELSEA<='0'B<='0'warner<='0'ENDIF;ENDPROCESS;ENDbhv;仿真波形为：(1)密码正确时：密码匹配时，如果OPENF打开，电路不工作，如果OPEN丁开，则A灯变为高电平，B灯和蜂鸣器不工作。而D11D12始终显示正确密码，D21D22始终显示当前输入密码。(

24、2)密码错误时：密码不匹配时，如果OPENF打开，电路不工作，如果OPEN丁开，则A灯不工作，B灯亮，蜂鸣器随CLK周期而周期性鸣响。止匕时，关闭OPEM启动RESET才可以使比较器停止工作并可以再次输入密码。6.5 LED显示源程序及其仿真波形源程序为：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYLEDISPORT(DATA:INSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);DOUT7:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(6DOWNTO0);ENDENTITYLED;ARC

25、HITECTUREaOFLEDISBEGINPROCESS(DATA)BEGINCASEDATAISWHEN"0001"=>DOUT7<="0000110”;WHEN"0010"=>DOUT7<="1011011”;WHEN"0000"=>DOUT7<="0111111”;WHEN"0011"=>DOUT7<="1001111”;WHEN"0100"=>DOUT7<="1100110”;

26、WHEN"0101"=>DOUT7<="1101101”;WHEN"0110"=>DOUT7<="1111101”;WHEN"0111"=>DOUT7<="0001111”;WHEN"1000"=>DOUT7<="1111111”;WHEN"1001"=>DOUT7<="1101111”;WHENOTHERS=>DOUT7<="0000000”;ENDCASE;ENDPROCESS;ENDARCHITECTUREa;仿真波形为：可以由二进制代码的值判断出仿真结果真确，从图中还可以观察到，当输入的四位数中有两位及以上同时跳变时，出现了竞争冒险现象。6.6 顶层源文件的仿真波形分析(1)密码输入正确时：按下SETU限置密码。按启动键START启动开锁程序，当输入的密码与设定的密码相同，按下OPEN1,A灯亮起，锁打开，B灯和蜂鸣器不工作。(2