北郵數(shù)字電路綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告課件

1、數(shù)字電路綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告簡(jiǎn)易智能密碼鎖 一、實(shí)驗(yàn)課題及任務(wù)要求設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)字密碼鎖，密碼鎖有四位數(shù)字密碼和一個(gè)確認(rèn)開(kāi)鎖按鍵，密碼輸入正 確，密碼鎖打開(kāi)，密碼輸入錯(cuò)誤進(jìn)行警示?；疽螅?、密碼設(shè)置：通過(guò)鍵盤(pán)進(jìn)行4 位數(shù)字密碼設(shè)定輸入,在數(shù)碼管上顯示所輸入數(shù)字。 通過(guò)密碼設(shè)置確定鍵（BTN 鍵）進(jìn)行鎖定。2、開(kāi)鎖：在閉鎖狀態(tài)下，可以輸入密碼開(kāi)鎖，且每輸入一位密碼，在數(shù)碼管上顯示“-”，提示已輸入密碼的位數(shù)。輸入四位核對(duì)密碼后，按“開(kāi)鎖”鍵，若密碼正確則系統(tǒng)開(kāi)鎖，若密碼錯(cuò)誤系統(tǒng)仍然處于閉鎖狀態(tài)，并用蜂鳴器或led 閃爍報(bào)警。3、在開(kāi)鎖狀態(tài)下，可以通過(guò)密碼復(fù)位鍵（BTN 鍵）來(lái)清除密碼，恢復(fù)初始密碼

2、“0000”。閉鎖狀態(tài)下不能清除密碼。4、用點(diǎn)陣顯示開(kāi)鎖和閉鎖狀態(tài)。提高要求：1、輸入密碼數(shù)字由右向左依次顯示，即：每輸入一數(shù)字顯示在最右邊的數(shù)碼管上,同時(shí) 將先前輸入的所有數(shù)字向左移動(dòng)一位。2、密碼鎖的密碼位數(shù)（46 位）可調(diào)。3、自擬其它功能。二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)總體框圖2.2邏輯流程圖2.3MDS圖2.4分塊說(shuō)明 程序主要分為6個(gè)模塊：鍵盤(pán)模塊，數(shù)碼管模塊，點(diǎn)陣模塊，報(bào)警模塊，防抖模塊，控制模塊。以下進(jìn)行詳細(xì)介紹。1. 鍵盤(pán)模塊本模塊主要完成是44鍵盤(pán)掃描，然后獲取其鍵值，并對(duì)其進(jìn)行編碼，從而進(jìn)行按鍵的識(shí)別，并將相應(yīng)的按鍵值進(jìn)行顯示。 鍵盤(pán)掃描的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：對(duì)于44鍵盤(pán)，通常連接為4

3、行、4列，因此要識(shí)別按鍵，只需要知道是哪一行和哪一列即可，為了完成這一識(shí)別過(guò)程，我們的思想是，首先固定輸出高電平，在讀入輸出的行值時(shí)，通常高電平會(huì)被低電平拉低，當(dāng)當(dāng)前位置為高電平“1”時(shí)，沒(méi)有按鍵按下，否則，如果讀入的4行有一位為低電平，那么對(duì)應(yīng)的該行肯定有一個(gè)按鍵按下，這樣便可以獲取到按鍵的行值。同理，獲取列值也是如此，先輸出4列為高電平，然后在輸出4行為低電平，再讀入列值，如果其中有哪一位為低電平，那么肯定對(duì)應(yīng)的那一列有按鍵按下。由此可確定按鍵位置。X78按鍵儲(chǔ)存鍵盤(pán)譯碼消抖9X456X123XX0鍵盤(pán)掃描x（X為無(wú)效按鍵）2.數(shù)碼管模塊本實(shí)驗(yàn)采用六位七段共陰極數(shù)碼管，通過(guò)選通6個(gè)位選管腳

4、，向相應(yīng)的IO口送低電平來(lái)點(diǎn)亮其中任何一位數(shù)碼管，因?yàn)楝F(xiàn)在采用四位密碼鎖，所以只是用了其中四個(gè)，最高位兩位數(shù)碼管位選全部置1.如下附上7段共陰極數(shù)碼管真值表3.點(diǎn)陣模塊點(diǎn)陣模塊，共由8*8*2個(gè)發(fā)光二極管組成，行低電平有效，列高電平有效。要求在開(kāi)鎖模式和閉鎖模式顯示不同的圖案，則先將要顯示的每幅圖像畫(huà)8*8個(gè)小方格的矩形框中，再在有圖案下落處的小方格里填上“1”，無(wú)圖案處填上“0”，這樣就形成了與圖案所對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)在該矩形框上的分布。當(dāng)閉鎖時(shí)以紅色點(diǎn)陣顯示，此時(shí)綠色點(diǎn)陣全部置0，反之亦然。4.報(bào)警模塊 當(dāng)報(bào)警程序被調(diào)用，蜂鳴器輸出高電平進(jìn)行報(bào)警，表示輸入密碼錯(cuò)誤5防抖按鍵輸入只有為15ms

5、以上的高電平時(shí)才會(huì)讀出按鍵值從而消除電路中的抖動(dòng)。6.控制中心 lockmode=1表示關(guān)鎖，此時(shí)點(diǎn)陣顯示落鎖，按任何鍵都不會(huì)顯示密碼，清零或者開(kāi)鎖，在此時(shí)輸入密碼kwei從0開(kāi)始不斷加1，輸入的密碼位數(shù)在數(shù)碼管上依次左移，當(dāng)輸入密碼m與寄存器中預(yù)設(shè)密碼mm相同時(shí)，按下確認(rèn)鍵btn2切換為開(kāi)鎖狀態(tài)，lockmode=0，此時(shí)按下btn1表示清零，恢復(fù)為初始密碼0000，按set鍵寄存器內(nèi)密碼，按下btnloc切換為關(guān)鎖狀態(tài)。三、仿真波形分析在QUARTUS2中應(yīng)用系統(tǒng)自帶的功能進(jìn)行波形仿真，這里采用了分模塊仿真。主程序仿真在主要功能程序方面波形如下，在初始化模式按下set鍵系統(tǒng)進(jìn)入修改密碼狀態(tài)

6、，setmode波形顯示高電平。為仿真方便，僅使kbin（即行輸入信號(hào)）在1011和1111兩個(gè)狀態(tài)下相互轉(zhuǎn)換，在不同的kbout（即列掃描輸出信號(hào)）下分別對(duì)應(yīng)4、5、6、7四個(gè)數(shù)字，故密碼寄存器mx為輸入的修改后的密碼。按下btn2（確認(rèn)鍵）確認(rèn)密碼后，setmode變?yōu)榈碗娖?，即修改密碼狀態(tài)結(jié)束。按下btn1時(shí)清零，密碼寄存器取值還原為0000，至此均為開(kāi)鎖狀態(tài)下的操作，lockmode一直為低電平。按下閉鎖鍵btnloc后，lockmode從0跳變到1，由此進(jìn)入閉鎖模式。按鍵消抖模塊仿真當(dāng)按下鍵時(shí)得到的高電平為輸入x，持續(xù)一定時(shí)間后方可輸出一個(gè)高電平，而無(wú)論按下的時(shí)間多長(zhǎng)，都只輸出一個(gè)高

7、電平y(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)消除按鍵電路中的抖動(dòng)。分頻模塊仿真為仿真方便，改變分頻比。原程序在50Mhz時(shí)鐘輸入下，輸出分別為1Mhz、200hz、1000hz、500hz，分別用于鍵盤(pán)掃描、消抖模塊輸入、點(diǎn)陣掃描以及數(shù)碼管掃描。數(shù)碼管模塊仿真由smgcatout輸出可以看出低四位數(shù)碼管依次選通。第i位選通時(shí)，smgzf為mi的七段數(shù)碼管的譯碼值。點(diǎn)陣模塊仿真當(dāng)lockmode=1時(shí)dzcolr全部為0僅dzcolg顯示圖案； 當(dāng)lockmode=0時(shí)dzcolg全部為0由dzcolr顯示圖案；而dzrow一直在進(jìn)行行掃描，形成了兩種不同顏色點(diǎn)陣。報(bào)警模塊仿真當(dāng)bj=0時(shí)，fmq為0；bj=1時(shí)，fmq將

8、clk分頻后輸出，即蜂鳴器發(fā)出聲響。四、源程序-頂層文件-library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity lock isport (clk : in std_logic; setmode:out std_logic; lockmode:out std_logic; set:in std_logic; btn1,btn2,btnloc:in std_logic; smgzf: out std_logic_vector(6 downto 0); smgcatout:out std_log

9、ic_vector(5 downto 0); kbin: in std_logic_vector(3 downto 0); kbout: buffer std_logic_vector(3 downto 0); dzrow,dzcolr,dzcolg: out std_logic_vector(7 downto 0); fmq: out std_logic );end lock;architecture behave of lock is signal setm: std_logic; signal lockm: std_logic; signal lbj: std_logic; signal

10、 lkwei: integer range 0 to 4; signal lm1,lm2,lm3,lm4:integer range 0 to 9; signal clk_1: std_logic;-1MHzsignal clk_2: std_logic;-200Hzsignal clk_3: std_logic;-1000Hz signal clk_4: std_logic; -500Hzcomponent kb is -鍵盤(pán)模塊port (clk : in std_logic; set:in std_logic; btn1,btn2,btnloc:in std_logic; kbin: i

11、n std_logic_vector(3 downto 0); kbout: buffer std_logic_vector(3 downto 0); bj:out std_logic; setmod:out std_logic; lockmod:out std_logic; kbwei:out integer range 0 to 4; m1x,m2x,m3x,m4x:out integer range 0 to 9 );end component;component smg is -數(shù)碼管顯示模塊 port (clk : in std_logic; setmode:in std_logic

12、; lockmode:in std_logic; kwei:in integer range 0 to 4; m1,m2,m3,m4:in integer range 0 to 9; smgzf: out std_logic_vector(6 downto 0); smgcatout:out std_logic_vector(5 downto 0) );end component;component dz is -點(diǎn)陣模塊 port (clk : in std_logic; -set:in std_logic; lockmode:in std_logic; dzrow,dzcolr,dzcol

13、g: out std_logic_vector(7 downto 0) ); end component; component alarm is -報(bào)警模塊port (clk : in std_logic; bj:in std_logic; fmq: out std_logic );end component;component fenpin is -分頻模塊port(clk: in std_logic; clk_out1: out std_logic; clk_out2: out std_logic; clk_out3: out std_logic; clk_out4: out std_lo

14、gic);end component;begina1: fenpinport map(clk=clk,clk_out1=clk_1,clk_out2=clk_2, clk_out3=clk_3,clk_out4=clk_4);u1: kbport map(clk = clk, set = set, btn1 =btn1,btn2=btn2,btnloc=btnloc, kbin=kbin, kbout=kbout, bj=lbj, setmod=setm, lockmod=lockm, kbwei=lkwei, m1x=lm1,m2x=lm2,m3x=lm3,m4x=lm4);u2 :smgp

15、ort map(clk = clk_4, setmode=setm, lockmode=lockm, kwei=lkwei, m1=lm1,m2=lm2,m3=lm3,m4=lm4, smgzf=smgzf, smgcatout=smgcatout);u3 :dzport map(clk=clk_3, lockmode=lockm ,dzrow=dzrow, dzcolr=dzcolg, dzcolg=dzcolr );u4 :alarmport map(clk = clk, bj=lbj, fmq=fmq);setmode=setm;lockmode=lockm; end;-鍵盤(pán)模塊-lib

16、rary ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity kb isport (clk : in std_logic; set:in std_logic; btn1,btn2,btnloc:in std_logic; kbin: in std_logic_vector(3 downto 0); kbout: buffer std_logic_vector(3 downto 0); bj:out std_logic; setmod:out std_logic; lockmod:out std_logi

17、c; kbwei:out integer range 0 to 4; m1x,m2x,m3x,m4x:out integer range 0 to 9 );end kb;architecture behave of kb is signal jpout:integer range 0 to 10; signal alarm:std_logic; signal tmp4: integer range 0 to 2499999; signal clkfd: std_logic; signal m1,m2,m3,m4,mm1,mm2,mm3,mm4: integer range 0 to 9; si

18、gnal wei:integer range 0 to 3; signal kwei:integer range 0 to 4; signal setmode:std_logic; signal lockmode:std_logic; signal set1:std_logic; signal clear: std_logic; signal sure: std_logic; signal lock: std_logic; signal en,finish: std_logic;signal btn1_out, btn2_out, btnloc_out, set_out: std_logic;

19、signal clk_1: std_logic;-1MHzsignal clk_2: std_logic;-200Hz component scan isport(clk_1: in std_logic; clk_2: in std_logic; row: in std_logic_vector(3 downto 0); col: buffer std_logic_vector(3 downto 0); en_up: buffer std_logic; y: out integer range 0 to 10);end component;component fenpin isport(clk

20、: in std_logic; clk_out1: out std_logic; clk_out2: out std_logic; clk_out3: out std_logic; clk_out4: out std_logic);end component;component debounce isport(clk, x: in std_logic; y: out std_logic);end component; begin setmod=setmode; lockmod=lockmode; bj=alarm; kbwei=kwei; m1x=m1;m2x=m2;m3x=m3;m4xclk

21、_1, clk_2=clk_2, row=kbin, col=kbout, en_up=en, y=jpout); u2: fenpin port map(clk=clk, clk_out1=clk_1, clk_out2=clk_2, clk_out3=open,clk_out4=open); u3: debounce port map(clk=clk_2, x=btn1, y=btn1_out); u4: debounce port map(clk=clk_2, x=btn2, y=btn2_out); u5: debounce port map(clk=clk_2, x=btnloc,

22、y=btnloc_out); u6: debounce port map(clk=clk_2, x=set, y=set_out);process(clk) begin if(clkevent and clk=1)then if (tmp4=2499999) then tmp4=0;clkfd=not clkfd; else tmp4=tmp4+1; end if; end if; end process; process(clk_1,en,jpout) begin if(clk_1event and clk_1=1) then if(lockmode=1)then -閉鎖狀態(tài)下輸入密碼并讀入

23、按鍵值后存入mm wei=0; if(jpout/=10)then if(kwei=3)then mm4=jpout;kwei=kwei+1; elsif(kwei=2)then mm3=jpout;kwei=kwei+1; elsif(kwei=1)then mm2=jpout;kwei=kwei+1; elsif(kwei=0)then mm1=jpout;kwei=kwei+1; end if; end if ; if(sure=1)then -確認(rèn)后判斷密碼是否正確 if(mm1=m1)and(mm2=m2)and(mm3=m3)and(mm4=m4) then lockmode=0;

24、alarm=0;-正確開(kāi)鎖 else kwei=0;alarm=1; -錯(cuò)誤報(bào)警 end if; end if; else kwei=0;-開(kāi)鎖狀態(tài)下 if(lock=1)then -上鎖 lockmode=1; else if(set1=1)then setmode=1; -修改密碼 else setmode=0; end if; if(clear=1) then -清零 m1=0;m2=0;m3=0;m4=0;-mm1=0;mm2=0;mm3=0;mm4=0; wei=0;kwei=0;alarm=0 elsif(setmode=1)then if(jpout/=10)then -修改密碼

25、狀態(tài)下讀入按鍵值存入m并移位 if(wei=0)then m1=m2;m2=m3;m3=m4;m4=jpout;wei=wei+1; elsif(wei=1)then m1=m2;m2=m3;m3=m4;m4=jpout;wei=wei+1; elsif(wei=2)then m1=m2;m2=m3;m3=m4;m4=jpout;wei=wei+1; elsif(wei=3)then m1=m2;m2=m3;m3=m4;m4=jpout;wei=0; end if; end if; if(sure=1)then -確認(rèn)后結(jié)束修改密碼狀態(tài)setmode=0;alarm=0; end if; en

26、d if; end if; end if; end if; end process; process(set,sure) -修改密碼鍵 begin if(clkfdevent and clkfd=1)then if(set=1)then set1=1; end if; if(sure=1)then set1=0; end if; end if;end process; process(btn1) -清零鍵 begin if(btn1=1)then clear=1; else clear=0; end if; end process; process(btn2) -確認(rèn)鍵 begin if(bt

27、n2=1)then sure=1; else sure=0; end if; end process; process(btnloc) -閉鎖鍵 begin if(btnloc=1)then lock=1; else lockclk_2, x=en, y=en_up);process(clk_1)beginif(clk_1event and clk_1=1) then -列掃描if(en=1) thencol col col col colif(row(3) and row(2) and row(1) and row(0)=1) thenencase row is-when 1110 = yy

28、=1; eny=4; eny=7; en ycase row iswhen 1110 =y=0; eny=2; eny=5; eny=8; enycase row is-when 1110 = yy=3; eny=6; eny=9; eny null;end case;end if;end process;end a;-消抖-library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity debounce isport(clk, x: in std_logic; - 200hz低頻時(shí)鐘y: out

29、std_logic);end debounce;architecture a of debounce istype state is(s0,s1,s2,s3,s4); -5個(gè)狀態(tài)signal pre_s, next_s: state;beginprocess(clk)beginif(clkevent and clk=1) thenpre_s -初始狀態(tài)s0if(x=1) thennext_s=s1;elsenext_s=s0;end if;yif(x=1) thennext_s=s2;elsenext_s=s0;end if;yif(x=1) thennext_s=s3;elsenext_s=

30、s0;end if;y -連續(xù)3個(gè)高電平，輸出一個(gè)高電平y(tǒng)=1;next_s -3個(gè)以上高電平，不再繼續(xù)輸出高電平y(tǒng)=0;if(x=1) thennext_s=s4;elsenext_s=s0;end if;end case;end process;end a;-分頻模塊-library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity fenpin isport(clk: in std_logic;clk_out1: out std_logic;clk_out2: out std_logic;clk

31、_out3: out std_logic;clk_out4: out std_logic );end fenpin;architecture div of fenpin isconstant div1: integer:=24;-1Mhz，用于鍵盤(pán)掃描constant div2: integer:=124999;-200hz，用于消抖constant div3: integer:=24999;-1000hz，用于點(diǎn)陣掃描constant div4: integer:=49999;-500hz，用于數(shù)碼管掃描signal c1: integer range 0 to div1;signal c2

32、: integer range 0 to div2;signal c3: integer range 0 to div3;signal c4: integer range 0 to div4;signal temp1: std_logic;signal temp2: std_logic;signal temp3: std_logic;signal temp4: std_logic;begin process(clk)beginif(clkevent and clk=1) then if(c1=div1) thentemp1=not temp1;c1=0;elsec1=c1+1;end if;i

33、f(c2=div2) thentemp2=not temp2;c2=0;elsec2=c2+1;end if;if(c3=div3) thentemp3=not temp3;c3=0;elsec3=c3+1;end if;if(c4=div4) thentemp4=not temp4;c4=0;elsec4=c4+1;end if;end if;end process;clk_out1=temp1;clk_out2=temp2;clk_out3=temp3;clk_out4=temp4;end div;-數(shù)碼管-library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;

34、use ieee.std_logic_unsigned.all;entity smg isport (clk : in std_logic; -500hz clkout4 setmode:in std_logic; lockmode:in std_logic; kwei:in integer range 0 to 4; m1,m2,m3,m4:in integer range 0 to 9; -四位密碼的值 smgzf: out std_logic_vector(6 downto 0); -編碼值 smgcatout:out std_logic_vector(5 downto 0) );end

35、 smg;architecture behave of smg is signal smgcat:integer range 0 to 5; signal m1y,m2y,m3y,m4y:std_logic_vector(6 downto 0); begin process(clk) -位選碼 begin if(clkevent and clk=1)then if (smgcat=5)then smgcat=0; else smgcatsmgcatout=110111;smgzfsmgcatout=111011;smgzfsmgcatout=111101;smgzfsmgcatout=111110;smgzfsmgcatoutsmgcatout=111111; end case;