基于EMP7128SLC的六位密碼鎖的設(shè)計.doc

基于EMP7128SLC的六位密碼鎖的設(shè)計一、 目的1.熟悉簡單的VHDL程序，掌握相關(guān)的EDA知識；2.了解密碼鎖的設(shè)計原理；3.通過學(xué)習掌握程序設(shè)計思路及運用VHDL語言的控制。電子密碼鎖是在實際中應(yīng)用的極其廣泛的一種數(shù)字電路，它的主要功能是用來對某些物品進行加密保護，目的是避免無權(quán)人員使用某些設(shè)施或者進行越權(quán)操作，例如銀行柜員機、自動售販機，門卡系統(tǒng)或者保險柜中都含有這種數(shù)字密碼鎖。具有防盜報警系統(tǒng)等功能的電子密碼鎖代替電子鎖和密碼量少、安全性差的機械式密碼鎖已是必然趨勢。電子密碼鎖已是必然趨勢。電子密碼鎖具有機械鎖無可比擬的優(yōu)越性，它不但可以完成鎖本身的功能，還可以兼有多種功能，如報警燈，密碼鎖以其安全性能高、成本低、功耗低，易操作等優(yōu)點受到越來越多人的歡迎。通常不同系統(tǒng)中的電子密碼鎖具有不同的功能和操作過程，但基本是相同的，首先輸入密碼，然后系統(tǒng)進行密碼驗證，最后根據(jù)密碼驗證的結(jié)果來進行不同的操作。本次設(shè)計的目的就是在掌握EDA實驗開發(fā)系統(tǒng)的初步使用基礎(chǔ)上，了解EDA技術(shù)，對計算機系統(tǒng)中時鐘控制系統(tǒng)進一步了解，掌握狀態(tài)機工作原理。在掌握所學(xué)的計算機組成與結(jié)構(gòu)課程理論知識時，通過對密碼鎖的設(shè)計，進行理論與實際的結(jié)合，提高與計算機有關(guān)設(shè)計能力，提高分析、解決計算機技術(shù)實際問題的能力。通過課程設(shè)計深入理解計算機結(jié)構(gòu)與控制實現(xiàn)的技術(shù)，達到課程設(shè)計的目標。二、 系統(tǒng)功能設(shè)計一個具有較高安全性和較低成本的通用電子數(shù)碼鎖其具體功能如下：1 數(shù)碼輸入：每按下一個數(shù)字鍵，就輸入一個數(shù)值，并在顯示器上的最右方顯示出該數(shù)值，同時將先前輸入的數(shù)據(jù)依序左移一個數(shù)字位置。2 數(shù)碼清除：按下#鍵可清除前面所有的輸入值，清除成為“000000”。3 密碼上鎖：按下鍵時會將目前的數(shù)字設(shè)定成新的密碼，并上鎖。4 解除電鎖：輸入密碼之后按下#鍵檢查密碼是否正確，密碼正確即開鎖。5 系統(tǒng)報警：開鎖三次失敗后自動報警。三、 工作原理圖1 整體系統(tǒng)原理圖1 系統(tǒng)設(shè)計方案本電路的主要控制部分和接口輸入部分都是在CPLD內(nèi)部通過VHDL語言實現(xiàn)的，所以CPLD模塊為本設(shè)計的核心。根據(jù)系統(tǒng)要求的功能，以及CPLD芯片容量的分級，本設(shè)計選用EMP7128SLC器件作為主控芯片，它是一種基于乘積項結(jié)構(gòu)的復(fù)雜可編程邏輯器件，他的基本邏輯器件單元是由一些與、或陣列加上觸發(fā)器構(gòu)成，其中與或陣列完成組合邏輯功能，觸發(fā)器完成時序邏輯。它的邏輯控制靈活，可反復(fù)編程，有利于系統(tǒng)的擴展和修改，而且集成度高，保密性好。作為通用電子密碼鎖，主要由三個部分組成：數(shù)字密碼輸入電路、密碼鎖控制電路和密碼鎖顯示電路。作為密碼鎖的輸入電路，用十二個按鍵組成4*3的矩陣式鍵盤作為該設(shè)計的輸入設(shè)備。根據(jù)以上選定的輸入設(shè)備和顯示器件，并考慮到實現(xiàn)各項數(shù)字密碼鎖功能的具體要求，密碼鎖設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。CPLD部分鍵盤顯示器時鐘脈沖器有效數(shù)據(jù)有效數(shù)據(jù)圖2 密碼鎖結(jié)構(gòu)框圖鍵盤：用戶對系統(tǒng)輸入密碼，采用由12個按鍵組成的矩陣式鍵盤。顯示器：用來顯示輸入的密碼，采用兩個4位的數(shù)碼管實現(xiàn)。時鐘脈沖器：用來產(chǎn)生方波信號。CPLD：核心部分，實現(xiàn)分頻、內(nèi)部邏輯、數(shù)字比較、數(shù)據(jù)存儲、譯碼等功能。整個電子密碼鎖系統(tǒng)的總體組成框圖如圖3所示。（1）密碼鎖輸入電路包括時序產(chǎn)生電路、鍵盤掃描電路、鍵盤彈跳消除電路、鍵盤譯碼電路等幾個小的功能電路。 （2）密碼鎖控制電路包括按鍵數(shù)據(jù)的緩沖存儲電路，密碼的清除、變更、存儲、激活電鎖電路（寄存器清除信號發(fā)牛電路），密碼核對（數(shù)值比較電路），解鎖電路（開關(guān)門鎖電路）等幾個小的功能電路。（3）七段數(shù)碼管顯示電路主要將待顯示數(shù)據(jù)的BCD碼轉(zhuǎn)換成數(shù)碼器的七段顯示驅(qū)動編碼（數(shù)據(jù)選擇電路，BCD對七段顯示器譯碼電路，七段顯示器掃描電路）。電子密碼鎖是由密碼鎖主體以及附加的外圍指示電路組成的，其中密碼鎖主體的主要作用是接收密碼并進行密碼的驗證操作；附加的外圍指示電路的主要作用是用來顯示輸入的密碼和根據(jù)密碼驗證的結(jié)果來啟動報警裝置，而報警裝置則通常采用蜂鳴器。鍵盤掃描電路時序產(chǎn)生電路時鐘發(fā)生器鍵盤彈跳消除電路寄存器清除信號發(fā)生電路鍵盤譯碼電路開/關(guān)門鎖電路數(shù)值比較電路按鍵數(shù)據(jù)緩存器BCD七段譯碼電路顯示模塊密碼輸入模塊掃描信號按鍵輸入密碼鎖控制模塊圖3 電子密碼鎖系統(tǒng)總體框圖圖4是電子密碼鎖的輸入電路框圖，由鍵盤掃描電路，彈跳消除電路、鍵盤譯碼電路、按鍵數(shù)據(jù)緩存器，加上一個4*3矩陣式鍵盤組成。鍵盤輸入彈跳消除電路鍵盤譯碼電路按鍵數(shù)據(jù)鍵盤掃描電路鍵盤掃描信號按鍵數(shù)據(jù)緩存器圖4 電子密碼鎖的輸入電路框圖2 矩陣式鍵盤的工作原理矩陣式鍵盤是一種常見的輸入裝置，在日常生活中，矩陣式鍵盤在計算機、電話、手機、微波爐等各式電子產(chǎn)品上已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。圖5是一個4*3矩陣式鍵盤的面板配置圖，其中數(shù)字09作為密碼數(shù)字輸入按鍵，“*”作為“上鎖”功能按鍵，“#”作為“解鎖/清除”功能按鍵（輸入數(shù)字小于4位時按下此鍵表示清除鍵，輸入數(shù)字等于4位時表示解鎖鍵）。圖5 4*3矩陣式鍵盤的面板配置鍵盤上的每一個按鍵其實就是一個開關(guān)電路，當某鍵被按下時，該按鍵的接點會呈現(xiàn)0的狀態(tài)，反之，未被按下時呈現(xiàn)邏輯1的狀態(tài)。掃描信號由KY3KY0進入鍵盤，變化的順序依次為1110-1101-1011-0111-1110。每一次掃描掃描遺愛，依次地周而復(fù)始，例如現(xiàn)在的掃描信號是1011，代表目前正在掃描7、8、9這一排的按鍵，如果這排當中沒有按鍵被按下的話，則由KX2KX0讀出的值為011。根據(jù)上面所述原理，我們可得到各按鍵的位置與數(shù)碼關(guān)系如表4-1。表4-1KY3KY0111011101110110111011101101110111011011101110111KX2KX0011101110011101110011101110011101110按鍵號123456789*0#若從KX2-KX0讀出的值皆為1時，代表該列沒有按鍵被按下，則不進行按鍵譯碼的動作，反之，如果有按鍵被按下時，則應(yīng)將KX2-KX0讀出的值送至譯碼電路進行編碼。四、 硬件設(shè)計4.1 數(shù)碼管顯示部分秒表的顯示部分非常簡單，對顯示部分的要求不是很高，因此在設(shè)計時，選擇簡便的數(shù)碼管顯示即可。本文采用兩個四位LED數(shù)碼管來進行顯示計時時間。其中數(shù)碼管的顯示可分為兩種：靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。靜態(tài)顯示的段選和位選均單獨連接，因此占用的I/O接口多，無法擴展多個數(shù)碼管，在這種采用這種方式下必須要給LED恒定的電壓，要求電壓一直保持，所以一般在LED和單片機之間加鎖存器，這種顯示方式亮度高，編程較簡單，結(jié)構(gòu)清晰，管理也較簡單，占用的CPU時間少。動態(tài)顯示的基本原理在于分時輪流選通數(shù)碼管的公共端，使得各數(shù)碼管輪流導(dǎo)通。只要每個掃描頻率超過人的眼睛視覺暫留頻率24Hz以上，就可以達到點亮單個數(shù)碼管，卻能享有八個同時顯示的是視覺效果，而且顯示也不致閃爍抖動。動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共端COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制。四位數(shù)碼管引腳排布如圖6所示：圖6 四位數(shù)碼管引腳排布4.2電源部分圖7 電源部分原理圖 4.3晶體振蕩五、 小結(jié)開始做設(shè)計時總是會犯一些錯誤，只有經(jīng)過不停的改錯不停的編譯得到正確的程序。說明了作為軟件編程人員是不能粗心大意的，一個程序的質(zhì)量的高低與你細心與否有著一定的聯(lián)系。在編程時，我充分使用了結(jié)構(gòu)化的思想，這樣程序檢查起來也比較方便，調(diào)試時也給了我很大方便，只要一個模塊一個模塊的進行調(diào)就可以了，充分體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化編程的優(yōu)勢。在設(shè)計中要求我要有耐心和毅力，還要細心，稍有不慎，一個小小的錯誤就會導(dǎo)致結(jié)果的不正確，而對錯誤的檢查要求我要有足夠的耐心，通過這次設(shè)計和設(shè)計中遇到的問題，也積累了一定的經(jīng)驗，對以后從事集成電路設(shè)計工作會有一定的幫助。本次課程設(shè)計是我到目前為止覺得受益匪淺也是收獲最大的一次實習。身為電信專業(yè)的學(xué)生，設(shè)計是我們將來必需具備的技能。而這次課程設(shè)計恰恰給我們提供了一個應(yīng)用自己所學(xué)知識去勇于創(chuàng)新和實踐的平臺。從通過理論設(shè)計，到仿真軟件仿真，再到確定具體方案，再到安裝實際電路，最后到調(diào)試電路、成型。整個過程都需要我充分利用所學(xué)的知識進行思考、借鑒?？梢哉f，本次課程設(shè)計是針對前面所學(xué)的知識進行的一次比較綜合的檢驗。總的來說，這次課程設(shè)計雖然很累，但卻是苦中有樂，非常充實。在這次實習中，正確的思路是很重要的，只有你的設(shè)計思路是正確的，那你的設(shè)計才有可能成功。 因此我們在設(shè)計前必須做好充分的準備，認真查找詳細的資料，為我們設(shè)計的成功打下堅實的基礎(chǔ)，所以跑圖書館和上網(wǎng)查資料成為了我每天的必修課。 本次課程設(shè)計不僅培養(yǎng)了我們的科學(xué)嚴謹?shù)膶W(xué)習態(tài)度，使我們認識到不管做任何事都要付出一定的努力，才會有大的收獲。相信這次課程設(shè)計過后,我們的理論水平和實踐動手能力都會有一個質(zhì)的飛躍，也為今后的實踐課程及畢業(yè)設(shè)計打下了堅實的基礎(chǔ)。要做好本次的課程設(shè)計，熟練地掌握課本上的理論知識是前提。這樣才能對試驗中出現(xiàn)的問題進行一定的分析和解決。當然能完成本次設(shè)計，更離不開老師辛勤地指導(dǎo)，老師能在百忙中來指導(dǎo)我，每當我遇到了棘手的問題，老師總能給我最好的建議，教我改進得方法，不厭其煩地指出我在設(shè)計中存在的問題和錯誤，使我能更好地完成設(shè)計。正是老師不厭其煩的指導(dǎo)和每天下午的講解，讓我的設(shè)計思路越發(fā)清晰，明朗，清除了應(yīng)該從哪些方面著手，工作。終于有了這次課程設(shè)計作品的誕生，興奮之余也開始對今后的學(xué)習奮斗目