VHDL密碼鎖設(shè)計(jì)

1、VHDLf言及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)論文一VHDL平臺(tái)下密碼鎖的設(shè)計(jì)學(xué)院：電子信息學(xué)院專(zhuān)業(yè)：_學(xué)號(hào)：_姓名：_指導(dǎo)老師：團(tuán)隊(duì)成員:完成日期:目錄引言 1實(shí) 驗(yàn) 目 的1 三. 實(shí) 驗(yàn)任 務(wù)與 要求14 . 設(shè)計(jì)原理及工作流程2密碼鎖設(shè)計(jì)原理 2密碼鎖系統(tǒng)框圖 2密碼鎖設(shè)計(jì)提示 25 . 密碼鎖的頂層設(shè)計(jì)源程序 36 . 密碼鎖各功能模塊源程序及其仿真分析5密碼設(shè)定鎖存器源程序及其仿真分析 5密碼輸入鎖存器源程序及其仿真分析 6開(kāi)鎖控制系統(tǒng)源程序及其仿真分析 8比較器源程序及其仿真分析 9LED顯示源程序及其仿真分析11頂層源文件的仿真分析 127 . 密碼鎖設(shè)計(jì)源程序的下載調(diào)試13電路結(jié)構(gòu) 13管腳分配

2、 14程序下載調(diào)試過(guò)程148 . 實(shí)驗(yàn)分析與總結(jié)159 . 組內(nèi)分工 1610 . 參考文獻(xiàn) 16一 . 引言隨著社會(huì)物質(zhì)財(cái)富的日益增長(zhǎng)和人們生活水平的提高， 安全成為現(xiàn)代居民最關(guān)心的問(wèn)題之一。因此人們對(duì)鎖要求甚高，既要求可靠地防盜，又要使用方便，這也是制鎖者長(zhǎng)期以來(lái)研制的主題。 傳統(tǒng)的門(mén)鎖既要備有大量的鑰匙， 又要擔(dān)心鑰匙丟失后的麻煩。數(shù)字密碼鎖是二十一世紀(jì)制鎖業(yè)的一次革命， 鎖的特點(diǎn)是不用鑰匙、 無(wú)鎖孔、 機(jī)械傳動(dòng)、不易損壞、不磨損、不易被破譯、可多次更換密碼、換號(hào)不換鎖、一把鎖多個(gè)密碼，具有防撥、防砸、防撬、防堵等功能。安裝門(mén)鎖時(shí)不破壞原門(mén)的結(jié)構(gòu)，避免用鑰匙開(kāi)啟旋芯式鎖具的一切煩惱（如丟

3、、落、拆、堵門(mén)被反鎖等）。數(shù)字密碼鎖是利用數(shù)字密碼來(lái)開(kāi)啟的鎖具， 其重復(fù)概率極低， 有著很高的安全性；而旋芯式鎖具使用不夠安全。 通過(guò)對(duì)社會(huì)各階層千余人的調(diào)查， 百分之百的人對(duì)目前身上掛著的串串鑰匙無(wú)可奈何，都愿意一身輕松沒(méi)有任何顧慮的出入家門(mén)，都愿意用上一種既安全方便又不用鑰匙的鎖具。 因此， 數(shù)字密碼鎖產(chǎn)品的市場(chǎng)發(fā)展前景極為廣闊。而 EDA 技術(shù)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)具有用軟件的方式設(shè)計(jì)硬件，設(shè)計(jì)過(guò)程中可用有關(guān)軟件進(jìn)行各種仿真， 系統(tǒng)可現(xiàn)場(chǎng)編程、 在線(xiàn)升級(jí)， 整個(gè)系統(tǒng)可集成在一個(gè)芯片上等特點(diǎn)；不但設(shè)計(jì)周期短、設(shè)計(jì)成本低，而且將提高產(chǎn)品或設(shè)備的性能，縮小產(chǎn)品體積、提高產(chǎn)品的技術(shù)含量，提高產(chǎn)品的附加值。

4、可見(jiàn)，用VHDL可以更加快速、靈活地設(shè)計(jì)出符合各種要求的密碼鎖，優(yōu)于其他設(shè)計(jì)方法,使設(shè)計(jì)過(guò)程達(dá)到高度自動(dòng)化。本設(shè)計(jì)的各個(gè)模塊由相應(yīng)的 VHDL程序具體實(shí)現(xiàn)，并在 QuartusII環(huán)境下進(jìn)行了整體電路的模擬仿真，最終實(shí)現(xiàn)“密碼鎖設(shè)計(jì)”的要求。二 . 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .掌握VHDL語(yǔ)言的使用，學(xué)會(huì)用VHDL語(yǔ)言來(lái)編程解決實(shí)際問(wèn)題；2 .學(xué)會(huì)使用EDA開(kāi)發(fā)軟件設(shè)計(jì)小型綜合電路，掌握仿真的技巧；3 . 學(xué)會(huì)應(yīng)用開(kāi)發(fā)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)硬件電路，檢驗(yàn)電路的功能；4 . 設(shè)計(jì)一個(gè)八位二進(jìn)制密碼鎖，實(shí)現(xiàn)所要求的功能。三 . 實(shí)驗(yàn)任務(wù)與要求1、安鎖狀態(tài)。按下開(kāi)關(guān)鍵SETUP密碼設(shè)置燈亮?xí)r，方可進(jìn)行密碼設(shè)置操作。設(shè)置初始密碼

5、09 （或二進(jìn)制8位數(shù)），必要時(shí)可以更換。再按 SETUP,密碼有效。 開(kāi)鎖過(guò)程。、按啟動(dòng)鍵（START啟動(dòng)開(kāi)鎖程序，此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)部應(yīng)處于初始狀態(tài)。、依次鍵入09（或二進(jìn)制8 位數(shù)）。、按開(kāi)門(mén)鍵（OPEN準(zhǔn)備開(kāi)門(mén)。若按上述程序執(zhí)行且撥號(hào)正確， 則開(kāi)門(mén)指示燈 A 亮， 若按錯(cuò)密碼或未按上述程序執(zhí)行，則按動(dòng)開(kāi)門(mén)鍵OPEN后，報(bào)警裝置鳴叫、燈B亮。（4）、開(kāi)鎖處理事務(wù)完畢后，應(yīng)將門(mén)關(guān)上，按SETUP使系統(tǒng)重新進(jìn)入安鎖狀態(tài)。若在報(bào)警狀態(tài)，按 SETUP或START鍵應(yīng)不起作用，應(yīng)另用一按鍵RESET才能使系統(tǒng)進(jìn)入安鎖狀態(tài)。使用者如按錯(cuò)號(hào)碼可在按 OPEN鍵之前，按STARTS重新啟動(dòng)開(kāi)鎖程序。設(shè)計(jì)符合上

6、述功能的密碼鎖，并用層次化方法設(shè)計(jì)該電路。用功能仿真方法驗(yàn)證，通過(guò)觀察有關(guān)波形確認(rèn)電路設(shè)計(jì)是否正確 完成電路設(shè)計(jì)后，通過(guò)在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中下載，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。四.設(shè)計(jì)原理及工作流程密碼鎖設(shè)計(jì)原理如下示框圖，密碼鎖系統(tǒng)主要由開(kāi)鎖控制，設(shè)置密碼的鎖存器，輸入密碼的鎖存 器，比較器，LED顯示和報(bào)警系統(tǒng)幾個(gè)部分組成。每一個(gè)模塊功能的實(shí)現(xiàn)都是通 過(guò)VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的，并通過(guò)頂層電路與例化語(yǔ)句將功能模塊整合起來(lái)，之后對(duì) 整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真和硬件實(shí)現(xiàn)。密碼鎖系統(tǒng)框圖反饋他號(hào)，密碼鎖設(shè)計(jì)提示(1)鎖存器：用于實(shí)現(xiàn)設(shè)定密碼和輸入密碼的鎖存。(2)比較器：用于將設(shè)定密碼與輸入密碼相比較。其中， CLK為外部輸入

7、的時(shí)鐘 信號(hào)。若輸入密碼正確，則 A燈亮；否則B燈亮，同時(shí)比較器輸出與 CLK一樣 的信號(hào)，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。(3)開(kāi)鎖控制：當(dāng)反饋信號(hào)下降沿來(lái)到時(shí)，開(kāi)鎖控制輸出低電平，用于在輸入錯(cuò) 誤密碼后禁止再次安鎖；當(dāng)RESETS為高電平時(shí)，開(kāi)鎖控制輸出高電平，打開(kāi)與 門(mén)，這時(shí)鎖存器1使能端的變化受控于SETUP1,重新進(jìn)入安鎖狀態(tài)。(4) LED顯示：用于設(shè)定密碼或輸入密碼的顯示。 此項(xiàng)設(shè)計(jì)的目的是為了在下載 演示時(shí)，能清楚地看到設(shè)置和輸入的密碼值。五.密碼鎖的頂層設(shè)計(jì)源程序調(diào)用各模塊形成元件例化語(yǔ)句：LIBRARY IEEE;USE topfile ISPORT(SETUP,RESET,STAR

8、T,OPN,CLK:IN STD_LOGIC;setpassword:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);inputpassword:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);led_A,led_B,warner:OUT STD_LOGIC;DOUT11,DOUT12,DOUT21,DOUT22:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);END ENTITY topfile;ARCHITECTURE brf OF topfile ISCOMPONENT lockcontrolPORT (RESET,FEEDBACK:IN

9、 STD_LOGIC;Y:OUT STD_LOGIC);END COMPONENT;COMPONENT codesetPORT (ENABLE:IN STD_LOGIC;PASEWORD:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);Q:OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);END COMPONENT;COMPONENT codeinputPORT (ENABLE:IN STD_LOGIC;PASEWORD:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);Q:OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);END

10、COMPONENT;COMPONENT comparatorPORT (OPN,CLK,RESET:IN STD_LOGIC;rightpassword,password:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);A,B,warner:OUT STD_LOGIC;D11,D12,D21,D22:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);END COMPONENT;COMPONENT AND2PORT (a,b:IN STD_LOGIC;c:OUT STD_LOGIC);END COMPONENT;COMPONENT NOR2PORT (e,d:IN

11、 STD_LOGIC;f:OUT STD_LOGIC);END COMPONENT;COMPONENT LEDPORT (DATA:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);DOUT7:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);END COMPONENT;SIGNAL net1,net2:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);SIGNAL net8,net9,net10,net11:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);SIGNAL net3,net4,net5,net6,net7:STD_LOGIC;BEG

12、INU0:lockcontrol PORT MAP(RESET=RESET,feedback=net3,y=net4);U1:AND2 PORT MAP(a=net3,b=START,c=net5);U2:AND2 PORT MAP(a=SETUP,b=net4,c=net6);U3:CODEINPUT PORT MAP(PASEWORD=inputpassword,ENABLE=net5,Q=net1);U4:codeset PORT MAP(PASEWORD=setpassword,ENABLE=net6,Q=net2);U5:comparatorPORTMAP(rightpassword

13、=net2,password=net1,OPN=OPN,CLK=CLK,A=led_A,B=net 7,warner=warner,RESET=RESET,D12=net9,D11=net8,D21=net10,D22=net11); U6:NOR2 PORT MAP(e=net7,d=net7,f=net3);U7:LED PORT MAP(DATA=net8,DOUT7=DOUT11);U8:LED PORT MAP(DATA=net9,DOUT7=DOUT12);U9:LED PORT MAP(DATA=net10,DOUT7=DOUT21);U10:LED PORT MAP(DATA=

14、net11,DOUT7=DOUT22);led_B=net7;END ARCHITECTURE brf;六 . 密碼鎖各功能模塊源程序及其仿真波形密碼設(shè)定鎖存器源程序及其仿真波形源程序?yàn)椋篖IBRARY IEEE;USE codeset ISPORT(ENABLE:IN STD_LOGIC;PASSWORD:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);Q:OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);END codeset;ARCHITECTURE bhv OF codeset ISBEGINPROCESS(ENABLE,PASSWORD) BEGINI

15、F ENABLE = 1 THENQ(7) = PASSWORD(7);Q(6) = PASSWORD(6);Q(5) = PASSWORD(5);Q(4) = PASSWORD(4);Q(3) = 0;Q(2) = 0;Q(1) = 0;Q(0) = 0;END IF;END PROCESS;END bhv;仿真波形圖為：使能控制端高電平時(shí)：使能控制端變回低電平時(shí):由于硬件設(shè)備限制，不能檢驗(yàn)全部端口，因此將低位的四位設(shè)置為低電平， 通過(guò) 改變使能控制端與高位的電平觀察正確性。密碼輸入鎖存器源程序及其仿真波形源程序?yàn)椋篖IBRARY IEEE;USE codeinput ISPORT(ENAB

16、LE:IN STD_LOGIC;PASSWORD:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);Q:OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);END codeinput;rrrt瓦7口：Vlut16世EHAIU20 OT2厘三16.出 IL5加生2闞ENABLE 日.W澗 .T-.& .5-.41-.3-.1 l-i Q-arc -Q15J-q4-Q3-EJARCHITECTURE bhv OF codeinput IS BEGINPROCESS(ENABLE,PASSWORD) BEGIN IF ENABLE = 1 THENQ =PASSWORD;

17、Q(6) = PASSWORD(6);Q(5) = PASSWORD(5);Q(4) = PASSWORD(4);Q(3) = 0;Q(2) = 0;Q(1) = 0;Q(0) = 0;END IF;IF ENABLE=0 THENQ = 00000000;END IF;END PROCESS;END bhv;仿真波形為：tpicmti 硬mo甲彈口乎彳值而澗而用口皿明LL1XCUUX IM6g 期 1pMi勖T司引幻3 w -,-開(kāi)鎖控制系統(tǒng)源程序及其仿真波形源程序?yàn)椋篖IBRARY IEEE;USE lockcontrol ISPORT( FEEDBACK,RESET:IN STD_LOG

18、IC;Y:OUT STD_LOGIC);END lockcontrol;ARCHITECTURE bhv OF lockcontrol ISBEGINPROCESS(FEEDBACK,RESET)BEGINY = 1;IF FEEDBACK = O THEN Y = O;END IF;IF RESET = 1 THENY = 1;END IF;END PROCESS;END bhv;仿真波形為：FEEDBAC反饋彳S號(hào)，RESET為重置密碼信號(hào)。當(dāng)反饋信號(hào)下降沿來(lái)到時(shí)，開(kāi) 鎖控制輸出Y低電平，用于在輸入錯(cuò)誤密碼后禁止再次安鎖；當(dāng)RESET?為高電平時(shí)，開(kāi)鎖控制輸出高電平。比較器源程序以及仿真波

19、形源程序?yàn)椋篖IBRARY IEEE;USE comparator ISPORT(rightpassword,password:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);OPN,CLK,RESET:IN STD_LOGIC;A,B,warner:OUT STD_LOGIC;D11,D12,D21,D22:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);END comparator;ARCHITECTURE bhv OF comparator ISBEGINPROCESS(OPN,CLK,RESET,rightpassword,password)BEGIN

20、D11(3) = rightpassword；D11(2) = rightpassword(6);D11(1) = rightpassword(5);D11(0) = rightpassword(4);D12(3) = rightpassword(3);D12(2) = rightpassword(2);D12(1) = rightpassword(1);D12(0) = rightpassword。；D21(3) = password；D21(2) = password(6);D21(1) = password(5);D21(0) = password(4);D22(3) = passwor

21、d(3);D22(2) = password(2);D22(1) = password(1);D22(0) = password(O);IF OPN = 1 THENIF rightpassword = password THENA = 1;B = 0; warner = 0;END IF;IF rightpassword /= password THENA = 0;B = 1;warner = CLK;IF RESET = 1 THENA = 0;B = 0;warner = 0;END IF;END IF;ELSEA = 0;B = 0;warner DOUT7DOUT7DOUT7DOUT

22、7DOUT7DOUT7DOUT7DOUT7DOUT7DOUT7DOUT7=0000000;END CASE;END PROCESS;END ARCHITECTURE a ;仿真波形為：jtrLn_Tr_r_n7LinrLnrLTLrLuTmrLrLrimrLnrnjVTrLrruinr-rLnruiruiI1LI.IOiiiiufliLmiL1H11LDHMiTTKm -rmDL；nil按下SETU腺置密碼。按啟動(dòng)鍵 START啟動(dòng)開(kāi)鎖程序，當(dāng)輸入的密碼與設(shè)定的密碼相同, 按下OPEN鍵，A燈亮起，鎖打開(kāi)，B燈和蜂鳴器不工作。(2)密碼輸入不正確時(shí):LM.單L=1斜.叮 t點(diǎn)1 也 2陳里七.

23、密碼鎖設(shè)計(jì)源程序的下載調(diào)試一斤斤M 斤川出。麗聾凱生弓S3.日融mQMS； 口按下SETU腺置密碼。按啟動(dòng)鍵 START啟動(dòng)開(kāi)鎖程序，當(dāng)輸入密碼與設(shè)定的密碼不同，按 下OPEN鍵，B燈亮，蜂鳴器隨 CLK周期性鳴響，此時(shí)，開(kāi)關(guān)SETUP和START沒(méi)有作用，只能關(guān)閉OPEN并按下RESET才可以使B燈和蜂鳴器停止工作并可以重新輸入密碼，如圖，在輸入正確密碼后再次打開(kāi) OPEN鍵，A燈亮起，鎖可以打開(kāi)加U1工1亙 I ： 一 一廠二百一 rni可以由：進(jìn)制代碼的值判斷出仿真結(jié)果真確，從圖中還可以觀察到，當(dāng)輸入的四位數(shù)中有兩位及：|JJC9 3SAcr*i 上3 niDimj由 n Dim 2土

24、ELITCI以上同時(shí)跳變時(shí)，出現(xiàn)了競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象。 頂層源文件的仿真波形分析 (1)密碼輸入正確時(shí)：LHLLLIjHilM Y EmiK OMILIQI電路結(jié)構(gòu)(注：由于硬件設(shè)備限制，部分端口沒(méi)有綁定引腳，如密碼輸入、設(shè)定和七段顯管腳分配圖ade ManeSirewrLfKBWIIfi Snr*VRE F 51舉Rcwvfd Otp9* GKglPm我24 C-3UT；ffdiPuEFIN.41KMTLU&. IJ1o canrjji：；DU加tEfWDOJT5 44IX同jElMq5DOJI Lift. Jj5g EwmMCkfipurPIN 7XXjTTLUL I3 MUT” 國(guó)CUQut他

25、和7, Exxm瞋口aVMltFffl尸DOUTL羊.口 1BKUtJ1S.xhjt西4 割pOJTLilft. ：|9B mxnn 網(wǎng)iXwttKWLj(6- R30口 Drx/r：i3L,.M市jtir rr：?l6. 33MUI 謝iXl&MJtP&JT 邱.J|設(shè)& EMxnria3gOL-qxjtKJTL216 1L233 Dan(王mm前 EXXIRU 閽CVSutflNJlDOJT246. DI21Darr?i53fX例j2DOJT2* -：j22C# DOJTM*iXHJtFIN J5DQUTZ4I6.210DOJT22 同DulWDOUTZafg.M24。匚仇r皿口Djl22

26、|t. ：253 MurzapCUSMJtDCMTT#.：死0 DOE2 國(guó)IX*tDOJTHjn J273 EMXrF22f4Q-t-DOJTZSfG.Jtf0 tOUT22L5.CuHMgm* R29IXlatitIXJJILjt J* dU 川Lrnijid!/ L乳rnpjjtEdBMM0限HZ1# OXTipass .CTEllj3lroutirckjtpESMi r7. .033” (MjgEFgFtTXitgjgi駟盯(1四.芋H irputzaashcfdHut*N_1JrstfMJWi 此.1項(xiàng)厘心嘰17h0umnMfd(7-如英j廠門(mén)d EL-EnpurEIL IS.37=rpu號(hào)越上直匚工nput=IM_1Sinpjtpjrd7.C_另dputi:N_J9JI.taOIN-Jd置0 onrrputPNJ?7AIroJEMUS垃A 菱 1P*95Mdd 匚DTXit- i 心SCUJiS瞿