第8章應(yīng)用舉例(備用)

1、第八章：數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例8.1數(shù)字密碼鎖電路的設(shè)計(jì)8.1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 （1）密碼輸入：每按下一個(gè)“數(shù)字鍵”，就輸入一個(gè)數(shù)值，并在顯示器上顯示出該數(shù)值，同時(shí)將先前輸入的數(shù)據(jù)依次左移一個(gè)數(shù)字位置。 （2）密碼清除：按下“清除”鍵可清除前面的所有的輸入值，清除成為“0000”。 （3）密碼更改：按下“更改”鍵可將目前的數(shù)碼設(shè)定成新的密碼。 （4）密碼上鎖：按下“上鎖”鍵可將密碼鎖定。（5）密碼解除：按下“解除”鍵首先檢查輸入的密碼是否正確，密碼正確即開鎖。8.1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)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)采用原理圖設(shè)計(jì)方式，系統(tǒng)的整體組裝設(shè)計(jì)原理圖如圖8-1所示，它由密

2、碼輸入模塊（sr）、密碼鎖控制模塊（ctrl）和密碼鎖顯示譯碼模塊（ym）三部分組成。圖8-1 系統(tǒng)的整體組裝設(shè)計(jì)原理圖8.1.3模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)模塊由輸入模塊、控制模塊和譯碼模塊三個(gè)模塊組成，下面我們介紹各子模塊的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)過(guò)程。1、密碼鎖輸入模塊密碼鎖輸入模塊由時(shí)序產(chǎn)生電路、鍵盤掃描電路、鍵盤譯碼電路及按鍵存儲(chǔ)電路組成。（1）時(shí)序產(chǎn)生電路產(chǎn)生電路中使用三種不同頻率的工作脈沖波形，即系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖、彈跳消除取樣信號(hào)和鍵盤掃描信號(hào)。（2）鍵盤掃描電路 key2 key1 key0 sel321 - 1110sel546 - 1101sel987- 1011sel#0*-0111掃描電路作用是提

3、供鍵盤掃描信號(hào)，掃描信號(hào)變化的順序依次為1110- 1101 -1011- 0111-1110依序地周而復(fù)始。當(dāng)鍵盤掃描信號(hào)為1110時(shí)，按鍵位置分別為011（“1”鍵按下）、101（“2”鍵按下）、110（“3”鍵按下）；當(dāng)鍵盤掃描信號(hào)為1101時(shí)，按鍵位置分別為011（“4”鍵按下）、101（“5”鍵按下）、110（“6”鍵按下）；當(dāng)鍵盤掃描信號(hào)為1011時(shí)，按鍵位置分別為011（“7”鍵按下）、101（“8”鍵按下）、110（“9”鍵按下）；當(dāng)鍵盤掃描信號(hào)為0111時(shí)，按鍵位置分別為011（“*”鍵按下）、101（“0”鍵按下）、110（“#”鍵按下）。（3）鍵盤譯碼電路上述鍵盤中的按鍵

4、分為數(shù)字按鍵和功能按鍵，每個(gè)功能按鍵可能負(fù)責(zé)不同的功能，例如“清除”鍵、“上鎖”鍵和“解鎖”鍵等。數(shù)字按鍵主要是用來(lái)輸入數(shù)字的。但是鍵盤所產(chǎn)生的輸出是無(wú)法直接拿來(lái)用作密碼鎖控制電路的輸入的；另外，不同的按鍵具有不同的功能，所以必須有鍵盤譯碼電路來(lái)規(guī)劃每個(gè)按鍵的輸出形式，以便執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。 按鍵存儲(chǔ)電路因?yàn)槊看螔呙钑?huì)產(chǎn)生新的按鍵數(shù)據(jù)，可能會(huì)覆蓋前面的數(shù)據(jù)，所以需要一個(gè)按鍵存儲(chǔ)電路，將整個(gè)鍵盤掃描完畢的結(jié)果記錄下來(lái)。本設(shè)計(jì)采用串入串出移位寄存器實(shí)現(xiàn)。 各按鍵位置與數(shù)碼關(guān)系如表8-1所示。其中“*”為“上鎖”， “#”為“清除/解鎖”。若按下的是數(shù)字鍵，則譯成相對(duì)應(yīng)的bcd碼，若按下的是功能鍵，則

5、譯成四位數(shù)的碼字，并由密碼鎖控制電路做相應(yīng)的動(dòng)作。表8-1 按鍵位置與數(shù)碼關(guān)系鍵掃信號(hào)sel3.0111011101110110111011101101110111011011101110111按鍵位置key2.0011101110011101110011101110011101110按鍵號(hào)123456789*0#鍵盤譯碼輸出n=0001n=0010n=0011n=0100n=0101n=0110n=0111n=1000n=1001f=0100n=0000f=0001按鍵功能數(shù)碼輸入上鎖數(shù)碼輸入清除解鎖根據(jù)上述分析，密碼輸入電路的vhdl源程序如下：【例8-1】密碼輸入電路的vhdl程序（sr

6、.vhd）。library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;use ieee.std_logic_arith.all;entity sr isport( clk_in : in std_logic; -時(shí)鐘信號(hào) key_in : in std_logic_vector(2 downto 0); -按鍵輸入信號(hào) data_n : out std_logic_vector(3 downto 0); -“數(shù)字鍵”數(shù)據(jù) data_f : out std_logic_vector(3 downto 0);-

7、“功能鍵”數(shù)據(jù) flag_n: out std_logic; -“數(shù)字鍵”數(shù)據(jù)標(biāo)志 flag_f: out std_logic; -“功能鍵”數(shù)據(jù)標(biāo)志 cqd: out std_logic; -鍵盤輸入采樣時(shí)鐘 ksel: out std_logic_vector(3 downto 0); -鍵盤掃描信號(hào) csr: out std_logic_vector(1 downto 0);-按鍵行號(hào)00,01,10,11end entity sr;architecture art of sr is signal c_qd: std_logic; signal c_sr: std_logic_vecto

8、r(1 downto 0); signal n,f: std_logic_vector(3 downto 0); signal fn,ff: std_logic; signal sel: std_logic_vector(3 downto 0); signal q: std_logic_vector(5 downto 0); signal c: std_logic_vector(2 downto 0); begin-內(nèi)部連接 data_n = n; “數(shù)字”按鍵譯碼値寄存器data_f =f; flag_n = fn; “數(shù)字”按鍵標(biāo)志值數(shù)據(jù) flag_f = ff; cqd = c_qd;

9、鍵盤輸入采樣時(shí)鐘 csr =c_sr; 按鍵位置 ksel=sel; 鍵盤掃描信號(hào) c(0) = key_in(0); -按鍵輸入寄存器（鍵盤矩陣的輸出） c(1) = key_in(1);c(2) = key_in(2); counter: block is；鍵盤掃描模塊（計(jì)數(shù)器） begin process(clk_in) is begin if(clk_inevent and clk_in=1) then q=q+1; end if; c_qd=q(3);- 鍵盤輸入采樣時(shí)鐘 c_sr = q(5 downto 4);- 確定鍵盤掃描行號(hào) end process; sel = 1110

10、when c_sr=00 else；-掃描“0”行 1101 when c_sr=01 else 1011 when c_sr=10 else 0111 when c_sr=11 else 1111; end block counter; key_decoder: block；-鍵盤譯碼模塊 signal z: std_logic_vector(4 downto 0);-按鍵位置 begin process(c_qd)；-鍵盤采樣鐘觸發(fā) begin z n n n n n n n n n n n f f f=1000; end case; end if; end process; fn = n

11、ot (n(3) and n(2) and n(1) and n(0);- 數(shù)字鍵標(biāo)志 ff = f(2) or f(0); - 功能鍵標(biāo)志 end block key_decoder;end architecture art;2、密碼鎖控制模塊密碼鎖控制電路是整個(gè)電路的控制中心，主要完成對(duì)數(shù)字按鍵的輸入和功能按鍵輸入的相應(yīng)控制。（1）數(shù)字按鍵輸入的相應(yīng)控制 如果按下數(shù)字鍵，第一個(gè)數(shù)字會(huì)從顯示器的最右端開始顯示，此后每新按下一個(gè)數(shù)字時(shí)，顯示器上的數(shù)字必須左移一位，以便將新的數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。 假如要更改輸入數(shù)字，可以按“倒退”鍵來(lái)清除前一個(gè)輸入的數(shù)字，或者按“清除”鍵清除所有輸入數(shù)字，再重新輸入四

12、位數(shù)。 由于這里設(shè)計(jì)是一個(gè)四位電子密碼鎖，所以當(dāng)輸入的數(shù)字鍵超過(guò)4個(gè)時(shí)，電路不予理會(huì)，而且不再顯示第四個(gè)以后的數(shù)字。（2）功能按鍵輸入的相應(yīng)控制 “清除”鍵：清除所有的輸入數(shù)字，即作歸零動(dòng)作。 “上鎖”鍵：按下此鍵時(shí)可將密碼鎖上鎖（上鎖前必須設(shè)置四位數(shù)字密碼）。 “解除”鍵：按下此鍵會(huì)檢查輸入的密碼是否正確，若密碼正確無(wú)誤則解鎖。下面給出密碼鎖控制模塊的vhdl源程序?！纠?-2】密碼鎖控制模塊的vhdl程序（ctrl.vhd）。library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_

13、logic_unsigned.all;entity ctrl isport ( data_n : in std_logic_vector(3 downto 0);-數(shù)字鍵數(shù)據(jù) data_f : in std_logic_vector(3 downto 0); -功能鍵數(shù)據(jù) flag_n : in std_logic; -數(shù)字鍵數(shù)據(jù)標(biāo)志 flag_f : in std_logic; -功能鍵數(shù)據(jù)標(biāo)志 mimain : buffer std_logic; -密碼輸入標(biāo)志 setin : buffer std_logic; -密碼設(shè)置標(biāo)志 old : buffer std_logic; -舊密碼設(shè)置

14、標(biāo)志 cqd : in std_logic; -鍵盤輸入采樣時(shí)鐘 enlock : out std_logic; -開鎖信號(hào) data_bcd: out std_logic_vector (15 downto 0);bcd數(shù)據(jù)end entity ctrl;architecture art of ctrl is signal acc, reg: std_logic_vector (15 downto 0);acc暫存鍵入的信息，reg存儲(chǔ)輸入的密碼 begin process (cqd,flag_f) is begin if (cqdevent and cqd=0) then if flag_

15、f=1 then if(data_f = 0100) then acc= 1111111111111111;-功能鍵“*” mimain=0; setin=0; old enlock mimain = 1; -密碼輸入標(biāo)志 acc setin = 1; -密碼設(shè)置標(biāo)志 acc=1111111111111111; old null; end case; elsif (mimain=1) then if acc=reg then；-密碼核對(duì) enlock=0; mimain=0; else mimain=0; end if; elsif (setin=1) then if (old=1) then

16、 if(acc=reg) then old=0; else setin=0; old=0; end if; else if (acc1001100110011001) then；-設(shè)置“9999”為萬(wàn)用密碼 reg=acc; -密碼存儲(chǔ) setin=0; end if; end if; end if; end if; elsif flag_n=1 then acc= acc(11 downto 0)& data_n;-實(shí)現(xiàn)數(shù)位左移 end if; end if;end process; data_bcd dout7 dout7 dout7 dout7 dout7 dout7 dout7 dout7 dout7 dout7 dout7=0000000; end case; end process;end architecture art;8.1.4 波形仿真前面我們給出了各模塊的vhdl源程序及頂層原理圖，下面我們對(duì)其進(jìn)行仿真驗(yàn)證。 1. 密碼鎖輸入模塊的仿真波形圖 8-2 電子密碼鎖輸入模塊仿真波形2. 密碼鎖控制模塊的仿真波形圖8-3 電子密碼鎖控制模塊仿真波形3. 密碼鎖譯碼模塊的仿真波形圖8-4 電子密碼鎖譯碼模