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.PAGE.目錄TOC\o"1-3"\u目錄2摘要3關(guān)鍵詞31引言41.1課程設(shè)計(jì)背景41.2課程設(shè)計(jì)目的41.3課程設(shè)計(jì)內(nèi)容42數(shù)字密碼鎖設(shè)計(jì)42.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)42.2模塊功能52.2.1控制模塊52.2.2比較模塊72.2.3寄存模塊73仿真分析83.1控制模塊的仿真83.2比較模塊的仿真93.3寄存模塊的仿真103.4系統(tǒng)的仿真波形103.5系統(tǒng)的引腳鎖定124設(shè)計(jì)總結(jié)12參考文獻(xiàn)13摘要:隨著數(shù)字集成技術(shù)和電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化<EDA>技術(shù)的迅速發(fā)展,數(shù)字密碼鎖應(yīng)運(yùn)而生。本文采用先進(jìn)的EDA技術(shù),利用QUARTUSⅡ工作平臺(tái)和VHDL語(yǔ)言,設(shè)計(jì)了一種新型的數(shù)字密碼鎖,它不但可以完成鎖具的基本功能,還能附加一些其他的智能,例如:報(bào)警、識(shí)別功能,數(shù)字密碼鎖具功能齊全,安全系數(shù)高,有機(jī)械鎖無(wú)可比擬的優(yōu)越性,它的造價(jià)成本低,易于操作,越來(lái)越受到眾多客戶的青睞,可以優(yōu)先占領(lǐng)市場(chǎng)有利份額。關(guān)鍵詞:EDA技術(shù);QUARTUSⅡ工作平臺(tái);VHDL語(yǔ)言;數(shù)字密碼鎖1引言1.1課程設(shè)計(jì)背景數(shù)字密碼鎖隨著電子工業(yè)的發(fā)展,數(shù)字電子技術(shù)已經(jīng)深入到了人們生活的各個(gè)層面,而且各種各樣的電子產(chǎn)品也正在日新月異地向著高精尖技術(shù)發(fā)展。由于電子產(chǎn)品的功能不斷增加,使用也越來(lái)越方便,有些產(chǎn)品已經(jīng)成為了人們?nèi)粘I钪胁豢扇鄙俚谋貍湮锲?。發(fā)展歷史悠久的機(jī)械式門(mén)鎖,因其功能單一,安全性能較差等缺點(diǎn),必將被新一代的電子門(mén)鎖所代替。新穎的多功能電子門(mén)鎖,集電子門(mén)鎖、防盜報(bào)警器,門(mén)鈴等功能于一身,而且還具有定時(shí)器呼喚,斷電自動(dòng)報(bào)知,顯示屋內(nèi)有無(wú)人和自動(dòng)留言等諸多附加功能。在未來(lái)的生活中,數(shù)字密碼鎖必將在學(xué)領(lǐng)域再創(chuàng)新的成績(jī),將給我們的生活帶來(lái)更大的便利,前景不可估量。1.2課程設(shè)計(jì)目的1.掌握VHDL語(yǔ)言編程方法,通過(guò)實(shí)踐加深對(duì)理論知識(shí)的理解。2.學(xué)會(huì)QuartusⅡ軟件的使用方法。3.掌握數(shù)字密碼鎖的設(shè)計(jì)方法。4.掌握波形仿真,學(xué)會(huì)分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,提高分析問(wèn)題的能力。1.3課程設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字密碼鎖,用戶可輸入4位的二進(jìn)制數(shù),可有用戶任意輸入正確時(shí)開(kāi)鎖,密碼輸入錯(cuò)誤時(shí)報(bào)警.碼可手動(dòng)預(yù)置,并可進(jìn)行修改密碼,取消報(bào)警。給出系統(tǒng)總體組成框圖,設(shè)計(jì)思路,完成以上模塊的VHDL實(shí)現(xiàn)及功能仿真,頂層文件及整體仿真。2數(shù)字密碼鎖設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求,系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法。頂層設(shè)計(jì)采用原理圖的設(shè)計(jì)方式和系統(tǒng)的整體組裝,分別由控制模塊、寄存器模塊、比較器模塊等部分組成。即按照這三個(gè)組成模塊定義相應(yīng)的芯片引腳和輸入輸出的參數(shù)。2.2模塊功能系統(tǒng)主要由3個(gè)模塊組成,分別是控制模塊、寄存器模塊、比較器模塊??刂颇K控制模塊采用有限狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì),將系統(tǒng)分為7個(gè)狀態(tài),即開(kāi)鎖狀態(tài)〔outlock、安鎖狀態(tài)<inlock>、輸入密碼狀態(tài)<input>、密碼初驗(yàn)正確狀態(tài)<right>、密碼初驗(yàn)錯(cuò)誤狀態(tài)<wrong>、報(bào)警狀態(tài)<alarm>、修改密碼狀態(tài)<change>。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖2-2-1。enter=’0’enter=’enter=’0enter=’0lock=’0enter=’0’start=’enter=’0start=’0enter=’0changeoutlockrightxinputwrongalarminlockenter=’1xiu=’0enter=’1’yes=’1yes=’0start=’1enter=’1enter=’1圖圖2-2-1狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖系統(tǒng)上電時(shí),處于開(kāi)鎖狀態(tài),當(dāng)輸入修改密碼xiu信號(hào)時(shí),系統(tǒng)進(jìn)入修改密碼狀態(tài);若輸入安鎖lock信號(hào),系統(tǒng)進(jìn)入安鎖狀態(tài),鎖閉合:在安鎖狀態(tài),輸入輸入密碼start信號(hào),系統(tǒng)進(jìn)入輸入密碼狀態(tài);在輸入密碼狀態(tài),如輸入密碼內(nèi)容和長(zhǎng)度均正確,進(jìn)入密碼初驗(yàn)正確狀態(tài),如果密碼錯(cuò)誤,進(jìn)入密碼初驗(yàn)錯(cuò)誤狀態(tài);在密碼初驗(yàn)正確狀態(tài),輸入確認(rèn)信號(hào)enter時(shí),進(jìn)入開(kāi)鎖狀態(tài),在開(kāi)鎖狀態(tài)kai信號(hào)等于‘1’;在密碼初驗(yàn)錯(cuò)誤狀態(tài),輸入確認(rèn)信號(hào)enter時(shí),進(jìn)入報(bào)警狀態(tài);在報(bào)警狀態(tài)。warn信號(hào)等于‘1’。VHDL代碼如下:libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;entitymimaisport<clk,lock,start,xiu,enter,yes:instd_logic;warn,kai,wr,en:outstd_logic>;end;architecturebhvofmimaistypestateis<inlock,input,rightx,wrong,unlock,change,alarm>;signalps,ns:state;beginprocess<clk>beginifclk'eventandclk='1'thenps<=ns;endif;endprocess;process<ps,lock,start,xiu,enter,yes>begincasepsiswheninlock=>kai<='0';en<='0';warn<='0';wr<='0';if<start='1'>thenns<=input;elsens<=inlock;endif;wheninput=>en<='1';kai<='0';warn<='0';wr<='0';if<yes='1'>thenns<=rightx;elsens<=wrong;endif;whenrightx=>en<='0';kai<='0';warn<='0';wr<='0';ifenter='1'thenns<=unlock;elsens<=rightx;endif;whenwrong=>en<='0';kai<='0';warn<='0';wr<='0';ifenter='1'thenns<=alarm;elsens<=wrong;endif;whenunlock=>kai<='1';warn<='0';en<='0';wr<='0';iflock='1'thenns<=inlock;elsifxiu='1'thenns<=change;elsens<=unlock;endif;whenalarm=>warn<='1';kai<='0';en<='0';wr<='0';ifenter='1'thenns<=inlock;elsens<=alarm;endif;whenchange=>en<='1';warn<='0';kai<='1';wr<='1';ifenter='1'thenns<=unlock;elsens<=change;endif;endcase;endprocess;end;比較模塊在數(shù)字密碼器中,比較器模塊的功能是對(duì)按鍵輸入和寄存器模塊的輸出進(jìn)行比較,然后將比較的結(jié)果送入到控制器模塊。比較器的具體工作原理是:當(dāng)比較結(jié)果相等時(shí),c輸出為1;當(dāng)比較結(jié)果不相等時(shí),c的輸出為0。VHDL代碼如下:libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;entitybiisport<a,b:instd_logic_vector<3downto0>;c:outstd_logic>;end;architecturebhvofbiisbeginc<='1'whena=belse'0';end;寄存模塊寄存器模塊用于存放預(yù)設(shè)和修改后的密碼,并在開(kāi)鎖時(shí)將所存密碼輸出到比較器與按鍵輸入的密碼進(jìn)行比較,判斷由按鍵輸入密碼是否正確的結(jié)果。VHDL代碼如下:libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;entityjiisport<clk,wr,en:instd_logic;data_in:instd_logic_vector<3downto0>;data_out:outstd_logic_vector<3downto0>>;end;architecturebhvofjiissignalm:std_logic_vector<3downto0>;beginprocess<clk>beginifclk'eventandclk='1'thenif<en='1'andwr='1'>thendata_out<=data_in;m<=data_in;elsedata_out<=m;endif;endif;endprocess;end;3仿真分析3.1控制模塊的仿真控制模塊是系統(tǒng)的核心,其仿真波形如圖3-1所示。各端口功能如下:輸入信號(hào):clk輸入時(shí)鐘,lock安鎖信號(hào),start開(kāi)始輸入密碼,xiu修改密碼,enter密碼確認(rèn),Yes密碼比較。輸出信號(hào):warn警告信號(hào),kai密碼正誤顯示信號(hào),wr寄存器讀寫(xiě)信號(hào),en密碼輸入使能。圖3-1圖3-1控制模塊仿真波形圖3-1控制器仿真波形波形仿真分析:起始初始密碼為"0000",安鎖后鎖關(guān)閉kai信號(hào)為‘0’;開(kāi)鎖時(shí),按下start開(kāi)鎖鍵,密碼比較yes信號(hào)為‘1’有效,輸入密碼正確,按下enter確認(rèn)鍵,鎖開(kāi),鎖開(kāi)標(biāo)志信號(hào)kai為’1’;開(kāi)鎖狀態(tài)下,按下xiu修改密碼鍵,輸入新密碼后按確認(rèn)鍵start,密碼修改成功,再按下lock安鎖,此時(shí)密碼為新輸入密碼;按下輸入密碼鍵start輸入密碼鍵若輸入密碼錯(cuò)誤,按下確認(rèn)鍵enter后,報(bào)警warm信號(hào)有效。3.2比較模塊的仿真比較器模塊的工作原理是:當(dāng)比較結(jié)果相等時(shí),輸出為1;當(dāng)比較結(jié)果不相等時(shí),輸出為0。其仿真波形如圖3-2。各端口功能如下:輸入信號(hào):a按鍵輸入的密碼,b寄存器儲(chǔ)存的密碼。輸出信號(hào):c按鍵輸入與寄存器的密碼是否相等。圖圖3-2比較器仿真波形波形仿真分析:起始寄存器輸出密碼為"0001",鍵盤(pán)輸入為"0101"時(shí)不相等,所以輸出c為0;當(dāng)寄存器輸出密碼為"0011",鍵盤(pán)輸入為"0011"時(shí)相等,所以輸出c為1,其他與此相同。3.3寄存模塊的仿真開(kāi)鎖時(shí)將所存密碼輸出到比較器與按鍵輸入的密碼進(jìn)行比較,達(dá)到判斷由按鍵輸入密碼是否正確的結(jié)果。圖4是寄存器模塊的仿真波形。圖3-3圖3-3寄存器仿真波形波形仿真分析:當(dāng)使能信號(hào)en和wr都有效時(shí),將data_in輸入的信號(hào)存儲(chǔ)到寄存器中,無(wú)論輸入信號(hào)data_in為多少,輸出信號(hào)data_out都為寄存器所存內(nèi)容。其他情況下,輸出data_out信號(hào),不隨data_in輸入改變。3.4系統(tǒng)的仿真波形圖圖3-4系統(tǒng)仿真波形波形分析:上電后,系統(tǒng)的初始密碼為"0000",按下start鍵由鍵盤(pán)key輸入密碼"0000",輸入密碼正確按確認(rèn)鍵enter鍵鎖開(kāi)按,鎖關(guān)閉開(kāi)鎖輸出標(biāo)志信號(hào)kai無(wú)效為1,顯示開(kāi)鎖;在開(kāi)鎖狀態(tài)下按xiu修改密碼鍵后,由鍵盤(pán)key輸入新密碼0001后按確認(rèn)鍵enter密碼修改成功,按lock鍵密碼鎖上鎖,此時(shí)密碼鎖密碼為新密碼;若按下start鍵后輸入的密碼錯(cuò)誤如圖"1111"與密碼鎖密碼"0000"不同,warm報(bào)警信號(hào)有效,鎖不開(kāi)且報(bào)警。若按下start鍵后輸入的密碼正確如圖"1111"與密碼鎖密碼"1111"相同,kai開(kāi)鎖信號(hào)有效,鎖開(kāi)且不報(bào)警。頂層文件VHDL代碼如下:libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;entitytopisport<clk,lock,start,xiu,enter:instd_logic;key:instd_logic_vector<3downto0>;warn,kai:outstd_logic>;end;architecturebhvoftopiscomponentmimaisport<clk,lock,start,xiu,enter,yes:instd_logic;warn,kai,wr,en:outstd_logic>;endcomponent;componentjiisport<clk,wr,en:instd_logic;data_in:instd_logic_vector<3downto0>;data_out:outstd_logic_vector<3downto0>>;endcomponent;componentbiisport<a,b:instd_logic_vector<3downto0>;c:outstd_logic>;endcomponent;signald,e,g:std_logic;signalf:std_logic_vector<3downto0>;beginu1:mimaportmap<clk=>clk,lock=>lock,start=>start,xiu=>xiu,enter=>enter,yes=>g,kai=>kai,warn=>warn,wr=>d,en=>e>;u2:jiportmap<clk=>clk,wr=>d,en=>e,data_in=>k
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