沈大课程设计EDA电子密码锁

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课程设计任务书

专业班级姓名2023-1-2~2023-1-6设计起止日期设计题目：电子密码锁设计设计任务（主要技术参数）：键盘扫描电路密码锁输入电路时序产生电路1.主要技术参数（已知条件）扫描信号键盘按键输入弹跳消除电路键盘译码电路密码锁控制电路寄放器清除信号发生电路开/关门锁电路数值比较电路按键数据缓存器2.利用软件画出电路原理图并仿真3.编写设计说明书显示电路BCD至七段译码电路七段数码管指导教师评语：成绩：签字：年月日1

课程设计说明书NO.1

一、系统设计目的本文介绍一种利用EDA技术和VHDL语言，在MAX+PLUSⅡ环境下，设计了一种新型的电子密码锁。它体积小、功耗低、价格低廉、安全可靠，维护和升级十分便利，具有较好的应用前景。随着社会物质资产的日益增长，安全防盗已成为全社会问题。人们对锁的要求越来越高，既要安全可靠地防盗，又要使用便利。弹子锁由于结构上的局限已难以满足当前社会管理和防盗要求，特别是在人员经常变动的公共场所，如办公室、宾馆等地方。电子密码锁由于其自身的优势，越来越受到人们的青睐，但是目前使用的电子密码锁大部分是基于单片机用分开元件实现的，其成本较高且可靠性得不到保证。本文采用先进的EDA技术，利用MAX+PLUSⅡ工作平台和VHDL语言，设计了一种新型的电子密码锁。其具体功能要求如下：(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，同时将从前输入的数据依序左移一个数字位置。(2)数码清除：按下此键可清除前面所有的输入值，清除成为“0000〞。(3)密码更改：按下此键时会将目前的数字设定成新的密码。(4)激活电锁：按下此键可将密码锁上锁。(5)解除电锁：按下此键会检查输入的密码是否正确，密码正确即开锁。二、电子密码锁设计思想2.1系统设计方案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。作为电子密码锁的输入电路，可供选择的方案有数字机械式键盘和触摸式数字键盘等多种。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，整个电子密码锁系统的总体组成框图如图2.1所示。沈阳大学

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密码锁控制电路键盘扫描电路扫描信号键盘按键输入弹跳消除电路键盘译码电路密码锁输入电路时序产生电路寄放器清除信号发生电路七段数码管显示电路BCD至七段译码电路开/关门锁电路数值比较电路按键数据缓存器图2.1数字电子密码锁系统总体框从图可以看出：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(寄放器清除信号发生电路)，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将待显示数据的BCD码转换成数码器的七段显示驱动编码。2.2密码输入电路设计图2.2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，加上外接的一个3×4矩阵式键盘组成。147*2580369#工作时钟脉冲信号键盘输入弹跳消除电路键盘译码电路按键数据按键数据缓存器键盘扫描信号键盘扫描电路图2.2密码锁的输入电路框图沈阳大学

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2.2.1阵式键盘工作原理矩阵式键盘是一种常见的输入装置，在日常的生活中，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2.3是一个3×4矩阵式键盘的面板配置图，其中数字0～9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。键盘扫描信号KY3(00)1110KY2(01)1101KY1(10)1011KY0(11)0111147*2580369#KX2KX1KX0经提升电阻至VCC图2.33×4矩阵式键盘的面板配置表2.1按键位置与数码关系2.2.2密码锁输入电路各主要功能模块的设计（1）时序产生电路本时序产生电路中使用了三种不同频率的工作脉冲波形：系统时钟脉冲(它是系统内部所有时钟脉冲的源头，且其频率最高)、弹跳消除取样信号、键盘扫描信号。（2）键盘扫描电路扫描电路的作用是用来提供键盘扫描信号(表2.1中的KY3～KY0)的，扫描信号变化的顺序依次为1110－1101－1011－0111－1110依序地周而复始。（3）弹跳消除电路由于本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，对于电子密码锁这种灵敏度较高的电路这种弹跳将很可能会造成误动作输入，从而影响到密码锁操作的正确性。从图2.4中可以观测出弹跳现象产生的原因，虽然只是按下按键一次然后放掉，然沈阳大学

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而实际产生的按键信号却不止跳动一次，经过取样信号的检查后，将会造成误判断，以为键盘按了两次。假使调整抽样频率(如图2.5所示)，可以发现弹跳现象获得了改善。抽样结果抽样信号按键信号图2.4弹跳现象产生错误的抽样结果按键信号抽样信号抽样结果图2.5调整抽样频率后得到的抽样结果此处RS触发器的前端连接和非门的处理原则是：1-由于一般人的按键速度至多是10次/秒，亦即一次按键时间是100ms，所以按下的时间可估算为50ms。以取样信号CLK的周期为8ms计，则可以取样到6次。2-对于不稳定的噪声，在4ms以