課程設計fpga密碼鎖

1、FPGA實驗報告FPGA實 驗 報 告實驗名稱：FPGA課程設計實驗日期：2013年6月3日姓 名：學 號：一、實驗目的1設計一個密碼鎖 2加深FPGA電路原理的理解3掌握VHDL語言的使用，學會用VHDL語言來編程解決實際問題4.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5.學會應用開發(fā)系統(tǒng)實現(xiàn)硬件電路，檢驗電路的功能二、實驗內(nèi)容題目：電子密碼鎖內(nèi)容：設計一個4位串行數(shù)字鎖1開鎖代碼為4位二進制，當輸入代碼的位數(shù)與鎖內(nèi)給定的密碼一致，且按規(guī)定程序開鎖時，方可開鎖。否則進入“錯誤”狀態(tài)，發(fā)出報警信號。2鎖內(nèi)的密碼可調(diào)，且預置方便，保密性好。3串行數(shù)字鎖的報警，直到按下復位開關，才停

2、下。此時，數(shù)字鎖又自動等待下一個開鎖狀態(tài)。三、實驗步驟1.系統(tǒng)總框圖本系統(tǒng)的硬件部分主要由密碼鎖按鍵消抖模塊，密碼輸入比較更改模塊，密碼顯示模塊、報警模塊組成。整體系統(tǒng)框圖如下圖所示。2.密碼鎖的主要功能密碼鎖控制器的主要功能有：（1）密碼輸入：有二個按鍵來控制（分別代表0和1），每按下一個鍵，要求在數(shù)碼管上顯示，并依次左移。（2）密碼校驗：如果有按鍵按下，直到松開該按鍵，如果密碼校驗正確，無變化，否則如果密碼校驗錯誤蜂鳴器響，表明密碼錯誤。（3）錯誤報警：密碼輸入錯誤開始報警。（4）密碼修改：輸入密碼正確后按按鍵輸入要設置和更改的密碼，按按鍵確認密碼設置與更改，則密碼設置成功。3.密碼鎖的各

3、個模塊（1）按鍵消抖。每按下一個鍵，僅產(chǎn)生一個信號脈沖，作為按鍵的使能信號，使能信號控制顯示的數(shù)字。（2）密碼輸入比較密碼輸入值的比較主要有兩部分 ,密碼位數(shù)和內(nèi)容 ,任何一個條件不滿足 ,都不能打開鎖。鎖內(nèi)密碼為 “0000” , key2 和 key1 置低電平 ,分別表示輸入 “1” 和 “0” 。輸入密碼前先按start鍵,再依次正確輸入0000,會在數(shù)碼管逐一顯示，按確認鍵，經(jīng)檢驗 ,輸入的密碼 等于鎖內(nèi)預先設置的密碼密碼鎖開啟信號,鎖開啟。同時,可以進行密碼修改。若在輸入密碼的過程中 ,4 位二進制密碼出現(xiàn)輸入錯誤 ,那么鎖不能開啟 ,同時，蜂鳴器發(fā)出報警信號 。直到按下復位開關

4、,報警才停止。此時 ,數(shù)字鎖又自動進入等待下一次開鎖的狀態(tài)。（3）密碼修改為防止任意進行密碼修改 ,必須在正確輸入密碼后 ,才能重新設置密碼。輸入正確密碼后 ,鎖打開 ,就可直接進行修改密碼的操作。修改密碼實質(zhì)就是用輸入的新密碼去取代原來的舊密碼， 按確定按鍵ok, 存儲新密碼。（4）報警 對50M晶振進行分頻，實現(xiàn)對蜂鳴器的控制（5）數(shù)碼顯示八段數(shù)碼管是電子開發(fā)過程中常用的輸出顯示設備。在本設計中使用的是8個四位一體、共陰極型八段數(shù)碼管。其單個靜態(tài)數(shù)碼管如下圖所示。由于八段數(shù)碼管公共端連接到VCC（共陽極型），當數(shù)碼管的中的一個段被輸入低電平，則相應的這一段被點亮。反之則不亮。四位一體的八段

5、數(shù)碼管在單個靜態(tài)數(shù)碼管的基礎上加入了用于選擇哪一位數(shù)碼管的位選信號端口。八個數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g、h、dp都連在了一起，8個數(shù)碼管分別由各自的位選信號來控制，被選通的數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)，其余關閉。 單個數(shù)碼管管腳示意圖 本實驗通過計數(shù)信號count控制數(shù)碼管亮的個數(shù)，用temp信號控制數(shù)碼管的動態(tài)掃描顯示，以實現(xiàn)每輸入一位密碼，數(shù)碼管顯示左移一位。4.軟件仿真 （1）密碼輸入正確時，蜂鳴器不響，beep=1。（默認密碼為0000），仿真圖如下：（2）密碼輸入錯誤時（0001），蜂鳴器響，beep=0。（默認密碼為0000），仿真圖如下：四、實驗總結(jié)這次密碼鎖的設計過程表明，用VHDL

6、可以快速、靈活地設計出符合要求的密碼鎖控制器，而且操作簡單?？梢詫崿F(xiàn)密碼輸入、密碼校驗、密碼設置和更改等功能。設計過程能夠在設計完成后在Quartus環(huán)境下進行電路的模擬仿真，反饋結(jié)果可以驗證程序設計的可行性與可靠性。本密碼鎖控制器設置的是4位密碼，在系統(tǒng)復位后，輸入一個完整的密碼串，輸入完后，系統(tǒng)會進行比對，如果發(fā)現(xiàn)密碼吻合，則開門，如果輸入的密碼串都是錯誤的，則系統(tǒng)報警。這樣的設計可以很好的滿足人們的日常需求。同時，密碼鎖還具有密碼修改功能，方便操作，使得密碼鎖的使用更加安全、便捷。在軟件、硬件設計和仿真過程中間我們也遇到不少問題，但最終還是把它們解決了，使得設計符合要求。除了自己思考設計

7、之外，這與和同學的同心協(xié)力的合作與討論是分不開的的。相互的探討使得我們的思路更加開闊，解決問題的辦法也更多?？傊舜握n程設計讓我收益良多，同時因為有了實踐操作，對EDA技術(shù)能夠更好的掌握和應用了。附：VHDL程序總代碼library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity lock isport( key1,key2:in std_logic; -按鍵 clk,start,ok: in std_logic; -時鐘，開始，確定，復位

8、 beep:out std_logic:='1' -正確，蜂鳴器信號 dig:out std_logic_vector(7 downto 0); -數(shù)碼管片選信號 seg:out std_logic_vector(7 downto 0) -數(shù)碼管片內(nèi)顯示 );end lock;architecture rt1 of lock issignal keyin,password:std_logic_vector(3 downto 0):="0000" -輸入密碼，密碼signal open1:std_logic:='0' -開鎖信號signal b

9、eep1,keyen1,keyen2:std_logic:='1' -蜂鳴器信號signal shuru:std_logic; -輸入信號signal count: std_logic_vector(2 downto 0):="000" -計數(shù)輸入密碼的位數(shù)signal temp: std_logic_vector(1 downto 0):="00" beginprocess(clk,key1)variable m:integer range 0 to 250000; -按鍵消抖beginif clk'event and clk=

10、'1'then if key1='0' then if m=250000 then m:=m; else m:=m+1;end if;if m=249999 then keyen1<='0'else keyen1<='1'end if;else m:=0; end if; end if;end process;process(clk,key2)variable a:integer range 0 to 250000; -按鍵消抖beginif clk'event and clk='1'then

11、if key2='0' then if a=250000 then a:=a; else a:=a+1;end if;if a=249999 then keyen2<='0'else keyen2<='1'end if;else a:=0; end if; end if;end process; process(clk,start,ok) -密碼輸入,比較,修改模塊 begin if clk'event and clk='1'then if start='0' then shuru<=&#

12、39;1'count<="000"keyin<="0000" open1<='0'beep1<='1' end if; if shuru='1' thenif count="000" thenif keyen1='0' thenkeyin(0)<='0' ; count<=count+1; elsif keyen2='0' then keyin(0)<='1' ; count

13、<=count+1;end if; end if; if count="001" thenif keyen1='0' thenkeyin(1)<='0' ; count<=count+1; elsif keyen2='0' thenkeyin(1)<='1' ; count<=count+1;end if; end if;if count="010" thenif keyen1='0' thenkeyin(2)<='0' ;

14、 count<=count+1; elsif keyen2='0' thenkeyin(2)<='1' ; count<=count+1;end if; end if; if count="011" thenif keyen1='0' thenkeyin(3)<='0' ; count<=count+1; shuru<='0' elsif keyen2='0' thenkeyin(3)<='1' ; count<=c

15、ount+1; shuru<='0'end if; end if; end if; if ok='0'and open1='0' then if (keyin=password) and count="100" then open1<='1' shuru<='1' else beep1<='0'open1<='0' end if; end if; if ok='0'and open1='1'then c

16、ount<="000" password<=keyin; end if; end if; end process;process(clk,start,ok) -報警模塊 variable g:integer range 0 to 25000; begin if clk'event and clk='1'then if g=25000 then g:=0; else g:=g+1; end if; if g<=12500 and beep1='0' then beep<='0' else beep

17、<='1' end if; end if; end process;process(clk)variable n:integer range 0 to 2500; -計數(shù)模塊beginif clk'event and clk='1'then if n=2500 then n:=0; if temp="11"then temp<="00" else temp<=temp+1; end if; else n:=n+1; end if; end if;end process;process(clk) -

18、數(shù)碼管顯示模塊beginif clk'event and clk='1'then if count="001" then case temp is when "00" => dig<="01111111" ; if keyin(0)='0'then seg<="11000000" else seg<="11111001"end if; when others =>seg<="11111111" ; e

19、nd case ; elsif count="010" then case temp is when "00" => dig<="01111111" ; if keyin(1)='0'then seg<="11000000" else seg<="11111001"end if; when "01" => dig<="10111111" ; if keyin(0)='0'then seg&

20、lt;="11000000" else seg<="11111001"end if; when others =>seg<="11111111" ; end case ; elsif count="011" then case temp is when "00" => dig<="01111111" ; if keyin(2)='0'then seg<="11000000" else seg<=&q

21、uot;11111001"end if; when "01" => dig<="10111111" ; if keyin(1)='0'then seg<="11000000" else seg<="11111001"end if; when "10" => dig<="11011111" ; if keyin(0)='0'then seg<="11000000" else seg<="11111001"end if; when others =>seg<="11111111" ; end case ; elsif count="100" then case temp is when "00" => dig<=&