VHDL四位密碼鎖課程設計EDA1

1、電子與信息工程學院eda課程設計報告（ 2011 2012 學年 第 一 學期）課程設計題目：四位密碼鎖內容和要求：1. 掌握vhdl語言的使用，學會用vhdl語言來編程解決實際問題；2. 學會使用eda開發(fā)軟件設計小型綜合電路，掌握仿真的技巧；3. 學會應用開發(fā)系統(tǒng)實現(xiàn)硬件電路，檢驗電路的功能。設計內容（原理圖以及相關說明、調試過程、結果）實驗目的：1. 掌握vhdl語言的使用，學會用vhdl語言來編程解決實際問題；2. 學會使用eda開發(fā)軟件設計小型綜合電路，掌握仿真的技巧；3. 學會應用開發(fā)系統(tǒng)實現(xiàn)硬件電路，檢驗電路的功能。實驗要求：用vhdl語言設計一個密碼鎖，用波形仿真驗證其功能后，

2、實現(xiàn)到gw48實驗系統(tǒng)。功能描述：用于模仿密碼鎖的工作過程。完成密碼鎖的核心控制功能。功能要求：設計一個密碼鎖，平時處于等待狀態(tài)。管理員可以設置或更改密碼。如果不預置密碼，密碼缺省為“1234”。用戶如果需要開鎖，按相應的按鍵進入輸入密碼狀態(tài)，輸入4位密碼，按下確定鍵后，若密碼正確，鎖打開；若密碼錯誤，將提示密碼錯誤，要求重新輸入，三次輸入都錯誤，將發(fā)出報警信號。報警后，只有管理員作相應的處理才能停止報警。用戶輸入密碼時，若輸入錯誤，在按下確定鍵之前，可以通過按取消鍵重新輸入。正確開鎖后，用戶處理完畢后，按下確定鍵，系統(tǒng)回到等待狀態(tài)。系統(tǒng)操作過程中，只要密碼鎖沒有打開，如果60秒沒有對系統(tǒng)操作

3、，系統(tǒng)回到等待狀態(tài)。要求密碼在輸入過程中被依次顯示，即先輸入的為密碼的第一位，總是顯示在最左邊。用兩個發(fā)光二極管模擬顯示，其中一個顯示當前的工作模式，滅表示用戶模式，亮表示管理員模式；另外一個指示鎖的狀態(tài)，滅表示鎖處于鎖定，亮表示鎖被開啟。注意：用兩個按鍵實現(xiàn)密碼輸入，key1選擇輸入的是第幾位密碼，key2輸入密碼數(shù)字。功能描述：初始狀態(tài)：初次使用密碼鎖時，要先用reset鍵初始化。初始狀態(tài)下，用戶密碼為“1234”，管理員密碼為“0000”。用戶開鎖：默認情況下，密碼鎖處于用戶使用狀態(tài)。如果當前為管理員狀態(tài)，則按下user鍵回到用戶狀態(tài)。用戶開鎖時，輸入四位數(shù)用戶密碼，可以從out_cod

4、e6的輸出狀態(tài)確定密碼輸入狀態(tài)。如輸入錯誤則按下clear清除前一位輸入。輸入完畢后按enter，如果密碼正確，則開鎖，否則重新輸入密碼。開鎖后再次按下enter鍵則關鎖，回到等待狀態(tài)。三次密碼輸入錯誤，警報器alarming為1。要管理員輸入管理員密碼解除警報。此時哪怕用戶再輸對密碼也沒用。管理員解除警報：當用戶三次密碼輸入錯誤的時候，alarming為1，此時，只要管理員密碼輸入正確后，按下clear鍵，alarming為0，報警取消。管理員修改密碼：在非警報和為開鎖狀態(tài)下，任何時候按admin鍵進入管理員狀態(tài)。按chgcode選擇修改密碼，先選擇修改的是用戶密碼還是管理員密碼。修改用戶密

5、碼則按user鍵，修改管理員密碼則按admin鍵。然后分別輸入舊密碼，新密碼，新密碼要輸入兩次。舊密碼與所要修改的密碼對應。如舊密碼輸入錯誤，則無法修改；當驗證不成功即兩次新密碼不相同時，修改密碼失敗。返回等待狀態(tài)。成功后也返回等待狀態(tài)。定時返回：用戶在未開鎖狀態(tài)下，60s沒有按鍵輸入，則返回等待狀態(tài)，但不包括alarming狀態(tài)。只要是alarming，則只有管理輸入管理員密碼才能解鎖并按下clear消除警報。設計思路：設計密碼鎖時，采用自頂向下的設計方法。將整個系統(tǒng)分成幾個子模塊：輸入輸出模塊，控制模塊，按鍵設置模塊和60s計時器模塊。 控制模塊是整個程序的主要部分，采用狀態(tài)循環(huán)的辦法，以

6、用戶每按下一次按鍵為計量單位，劃分狀態(tài)，以實現(xiàn)各種功能。60s計時器模塊是完成60s沒有按鍵則返回等待狀態(tài)這一功能的主要模塊。這個模塊的核心思想是一個變量numtime計數(shù)。變量numtime的初始值為0，在無報警為開鎖的情況下，時鐘每秒發(fā)出一個上升沿信號，計數(shù)一次，如有按鍵則numtime清零，否則計數(shù)到60即“111100”則返回信號back變?yōu)?，返回等待狀態(tài)。按鍵設置模塊是將各種功能按鍵用高低電平賦值，便于調用。 eda設計方法(1) 前端設計(系統(tǒng)建模rtl 級描述)后端設計(fpgaasic)系統(tǒng)建模 (2) ip 復用 (3) 前端設計 (4) 系統(tǒng)描述：建立系統(tǒng)的數(shù)學模型。 (

7、5) 功能描述：描述系統(tǒng)的行為或各子模塊之間的數(shù)據(jù)流圖。 (6) 邏輯設計：將系統(tǒng)功能結構化，通常以文本、原理圖、邏輯圖、 布爾表達式來表示設計結果。 (7) 仿真：包括功能仿真和時序仿真，主要驗證系統(tǒng)功能的正確性及時序 特性。 按照設計要求編寫代碼如下:library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity e_lock is port( clk,user,admin,clear,enter,chgcode,res,key1,key

8、2:in std_logic; num:in std_logic_vector(9 downto 0); openlock:buffer std_logic; alarming,o_ua,o_chgcode,chgcode_ua:out std_logic; out_code4:out std_logic_vector(3downto 0) ); end e_lock;architecture behave of e_lock istype states is (ss,sw,s0,s1,s2,s3,s4,s5,s6,s7);signal state:states;signal one_key,

9、code0,code1,code2,code3:std_logic_vector(3 downto 0);signal user_code,admin_code:std_logic_vector(15 downto 0); -用戶密碼 管理員密碼signal temp_code,old_code:std_logic_vector(15 downto 0); -當前密碼 舊密碼signal new_ctime:std_logic_vector(1 downto 0);signal key:std_logic_vector(7 downto 0);signal alarm,inkey,ifnum,

10、s_ua,chg_c,c_ua,back:std_logic;signal out_code:std_logic_vector(3 downto 0);signal numtime:std_logic_vector(9 downto 0);begin temp_code=code0&code1&code2&code3; key=user&admin&chgcode&enter&clear&res&key1&key2; inkey=user or admin or chgcode or enter or clear or key1 or key2; ifnum=not(one_key(3) an

11、d (one_key(2) or one_key(1); -ifnum=1,the key is a num o_ua=s_ua;-表明當前狀態(tài)為管理員或是用戶 chgcode_ua=c_ua;-表明當前更改的密碼為用戶密碼或是管理員密碼 o_chgcode=chg_c;-當狀態(tài)為“1”時表明正在修改密碼 out_code4=out_code; alarming=alarm; main:process(res,clk) variable n,m:std_logic_vector(1 downto 0):=00; variable new1_code,new2_code:std_logic_ve

12、ctor(15 downto 0); begin if (res=1)then state=ss;-出廠狀態(tài)，用來初始化密碼鎖的各項設置 user_code=0001001000110100;-1234 admin_code=0000000000000000;-0000 n:=00; s_ua=0; c_ua=0; chg_c=0; new_ctime=00; alarm state if back=1 then state=sw; elsif (ifnum=1 and alarm=0 and chg_c=0 ) then code3=one_key; out_code=0001; state

13、=s1; elsif (ifnum=1 and c_ua=0 and chg_c=1 ) then old_code=user_code; code3=one_key; out_code=0001; state=s1; elsif (ifnum=1 and alarm=1 and s_ua=1 and chg_c=0 ) then code3=one_key; out_code=0001; state=s1; elsif (ifnum=1 and c_ua=1 and chg_c=1 ) then old_code=admin_code; code3=one_key; out_code=000

14、1; state=s1; elsif (one_key=0011and chg_c=0 )then s_ua=1; state=s0; elsif (one_key=0100and chg_c=0 and alarm=0) then s_ua=0; state if back=1 then state=sw; elsif(ifnum=1)then code2=one_key; out_code=0011; state=s2; elsif (one_key=0000)then -clear out_code=0000; state=s0; elsif (one_key=0100 and chg_

15、c=0) then -user out_code=0000; s_ua=0; state=s0; elsif (one_key=0011 and chg_c=0) then -admin out_code=0000; s_ua=1; state if back=1 then state=sw; elsif(ifnum=1)then code1=one_key; out_code=0111; state=s3; elsif (one_key=0000)then out_code=0001; state=s1; elsif (one_key=0100 and chg_c=0) then out_c

16、ode=0000; s_ua=0; state=s0; elsif (one_key=0011 and chg_c=0) then out_code=0000; s_ua=1; state if back=1 then state=sw; elsif(ifnum=1)then code0=one_key; out_code=1111; state=s4; elsif (one_key=0000)then out_code=0011; state=s2; elsif (one_key=0100 and chg_c=0) then out_code=0000; s_ua=0; state=s0;

17、elsif (one_key=0011 and chg_c=0) then out_code=0000; s_ua=1; state if back=1 then state=sw; elsif (one_key=0001 and chg_c=0)then -enter state=s5; out_code=0000; elsif (one_key=0001 and chg_c=1and m=00)then -enter out_code=0000; if (old_code=temp_code) then m:=01; state=s0; else state=sw; end if; els

18、if (one_key=0001 and chg_c=1and m=01)then -enter out_code=0000; new1_code:=temp_code; m:=10; state=s0; elsif (one_key=0001 and chg_c=1and m=10)then -enter out_code=0000; new2_code:=temp_code; if (new1_code=new2_code and c_ua=0) then user_code=new2_code; state=sw; elsif(new1_code=new2_code and c_ua=1

19、)then admin_code=new2_code; state=sw; elsif(new1_code/=new2_code) then state=sw; end if; elsif (one_key=0000)then -clear out_code=0111; state if (s_ua=0 and temp_code=user_code) then openlock=1; state=s6; elsif (s_ua=0and temp_code/=user_code) then n:=n+1; if n=11 then alarm=1; state=s0; out_code=00

20、00; else state=s0; out_code=0000; end if; elsif (s_ua=1 and temp_code=admin_code) then state=s6; elsif(s_ua=1 and temp_code/=admin_code) then state if back=1 then state=sw; elsif(one_key=0001)then-enter state=sw; elsif(one_key=0000and alarm=1) then -clear alarm=0; state=s0; out_code=0000; elsif(one_

21、key=0010) then chg_c=1; state m:=00; if back=1 then state=sw; elsif(one_key=0100)then c_ua=0; old_code=user_code; state=s0; elsif(one_key=0011)then c_ua=1; old_code=admin_code; state alarm=0; s_ua=0; c_ua=0; m:=00; n:=00; openlock=0; out_code=0000; chg_c=0; stateone_keyone_keyone_keyone_keyone_keyone_keyone_keyone_keyone_key=1111; end case; end if;end process input;process(inkey,res,clk,alarm,openlock)variable numtime:std_logic_vector(5 downto 0):=000000;beginif(res=1) then numtime:=000000; back=0;elsif (openlock=1 or inkey=1)or alarm=1) then