多功能密碼鎖陳遠(yuǎn)賓

1、 課程設(shè)計(jì)多功能密碼鎖姓名：陳遠(yuǎn)賓班級(jí)：電子3班學(xué)號(hào)：09101103課程設(shè)計(jì)多功能密碼鎖一 任務(wù)要求：a) 利用開發(fā)系統(tǒng)板設(shè)計(jì)一個(gè)多功能密碼鎖控制芯片。b) 利用開發(fā)板上的8個(gè)撥碼開關(guān)設(shè)定開鎖密碼、輸入開鎖密碼。8個(gè)LED燈顯示工作狀態(tài)以及輸入密碼正誤提示。3個(gè)按鍵用來(lái)切換不同德模式，包括設(shè)定密碼、開鎖等。七段數(shù)碼管用來(lái)顯示輸入密碼的數(shù)值或者相應(yīng)的編號(hào)。系統(tǒng)的輸入信號(hào)包括8個(gè)撥碼開關(guān)和時(shí)鐘信號(hào)，輸出信號(hào)有8個(gè)LED、3個(gè)七段數(shù)碼管。多功能密碼鎖控制芯片需要8撥碼開關(guān)，可以0255，共計(jì)256個(gè)數(shù)，密碼可以設(shè)定為0255中任意一個(gè)數(shù)。2個(gè)按鍵可以作為控制開關(guān)，第一個(gè)按鍵代表設(shè)置密碼狀態(tài)，第二個(gè)

2、按鍵代表上鎖狀態(tài)，第3個(gè)俺家那倒不輸入密碼開鎖。同時(shí)8個(gè)發(fā)光二極管LED在不哦天哪狀態(tài)下也有不同的含義：LED4:設(shè)置密碼信號(hào)燈LED5：上鎖信號(hào)燈LED6：開鎖信號(hào)燈8個(gè)LED全亮：密碼錯(cuò)誤，報(bào)警信號(hào)系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程：1. 當(dāng)復(fù)位以后，系統(tǒng)進(jìn)入等待狀態(tài)，此時(shí)所有LED燈熄滅2. 按下第一個(gè)鍵Keyin0，進(jìn)入設(shè)置密碼狀態(tài)，表示設(shè)置密碼。密碼設(shè)置信號(hào)燈LED4亮，并且把撥碼開關(guān)上的密碼存入系統(tǒng)，有七段數(shù)碼管顯示此時(shí)的密碼數(shù)據(jù)。3. 按下第二個(gè)鍵Keyin1，進(jìn)入鎖定狀態(tài)，即密碼保護(hù)狀態(tài)，上鎖信號(hào)燈LED5亮，數(shù)碼管顯示“0”。4. 處于鎖定狀態(tài)，按下第一個(gè)鍵Keyin0，系統(tǒng)判斷密碼（撥碼開

3、關(guān)代表的數(shù)值）是否正確，如果密碼正確，則開鎖信號(hào)燈LED6亮，表示開鎖；如果密碼錯(cuò)誤，8個(gè)LED燈全亮，進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)，表示報(bào)警。5. 開鎖之后，如果按下按鍵Keyin1，則可以再次鎖定系統(tǒng)，等待下一次開鎖操作。二系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖多功能密碼鎖控制芯片系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖：2.系統(tǒng)原理分析多功能密碼分3個(gè)模塊：分頻模塊、核心狀態(tài)控制模塊和按鍵與七段數(shù)碼管控制。其中，分頻器模塊主要是產(chǎn)生供按鍵、七段數(shù)碼管掃描的時(shí)鐘，周期大約在0.0010.0001s之間。同時(shí)，分頻時(shí)鐘也可以用于核心控制模塊的基本控制，由于掃描時(shí)鐘要和按鍵、七段數(shù)碼管控制電路構(gòu)成一個(gè)同步電路，因此，必須使用同一個(gè)分頻時(shí)鐘。按鍵和

4、七段數(shù)碼管顯示控制電路時(shí)對(duì)外部的控制以及動(dòng)態(tài)顯示硬件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，該模塊嘟ianjia內(nèi)進(jìn)行掃描，輸出經(jīng)過(guò)掃描至后的按鍵結(jié)果，并且可以把核心模塊輸出的二進(jìn)制顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為BCD嗎，通過(guò)BCD譯碼和動(dòng)態(tài)顯示技術(shù)最終輸出到動(dòng)態(tài)七段數(shù)碼管顯示。核心控制模塊的作用是控制系統(tǒng)的狀態(tài)。系統(tǒng)一共有5個(gè)狀態(tài)，狀態(tài)之間由外部按鍵和撥碼進(jìn)行切換，而狀態(tài)顯示則由LED燈以及數(shù)碼管進(jìn)行輸出。3.系統(tǒng)接口信號(hào)描述多功能密碼鎖系統(tǒng)接口信號(hào)定義如表所示：信號(hào)名I/O位寬含義clk11bit系統(tǒng)時(shí)鐘輸入rst11bit系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)led08bit8個(gè)led數(shù)碼管boma18bit8個(gè)撥碼開關(guān)scan04bit動(dòng)態(tài)顯示掃描片選信號(hào)

5、m07bit七段數(shù)碼管的段碼控制信號(hào)keyin011bit矩陣鍵盤輸入，2X4矩陣鍵盤第一行信號(hào)keyin111bit矩陣鍵盤輸入，2X4矩陣鍵盤第二行信號(hào)三模塊設(shè)計(jì)1. 分頻器模塊設(shè)計(jì)（1）模塊原理分析。分頻器完成由50MHz時(shí)鐘產(chǎn)生0.0010.0001s時(shí)鐘的功能，原始 未分頻時(shí)鐘是50MHz，根據(jù)計(jì)算公式：n=T/2t,令n=5000，也就是每次計(jì)數(shù)5000個(gè)原始時(shí)鐘周期以后就把輸出的分頻時(shí)鐘信號(hào)反轉(zhuǎn)一次。輸出時(shí)鐘頻率而10KHz。（2）模塊接口定義。分頻器模塊接口定義如下表信號(hào)名I/O位寬含義clk11bit系統(tǒng)50Hz時(shí)鐘輸入clk101bit分頻后頻率為5KHz的時(shí)鐘輸出（3）模

6、塊Verilog代碼設(shè)計(jì)，代碼如下：/clk_div.v/Verilog 代碼段6-19module clk_div(clk,clk1);inputclk;/輸入時(shí)鐘outputclk1;/輸出時(shí)鐘reg12:0counter;/定義計(jì)數(shù)器來(lái)計(jì)數(shù)時(shí)鐘，計(jì)數(shù)5000，需要用13位計(jì)數(shù)器regclk1;always(posedge clk)if(counter=13d5000)/如果等于5000begincounter=13b1;/把counter恢復(fù)成1clk1=clk1;/把clk1翻轉(zhuǎn)endelse/如果不等于5000counter=counter+1b1;/counter繼續(xù)計(jì)數(shù)endmo

7、dule狀態(tài)編碼狀態(tài)含義8b00000000 初始狀態(tài)8b00010000設(shè)定密碼狀態(tài)8b00100000鎖定狀態(tài)8b01000000開鎖狀態(tài)8b11111111報(bào)警狀態(tài)2. 核心控制模塊設(shè)計(jì)（1）模塊原理分析。核心控制模塊控制五個(gè)狀態(tài)，分別是“初始狀態(tài)”、“設(shè)定密碼狀態(tài)”、“鎖定狀態(tài)”、“開鎖狀態(tài)”和“報(bào)警狀態(tài)”，分別對(duì)應(yīng)5種LED燈的輸出狀態(tài)。核心控制模塊的狀態(tài)編碼如下表：1. 當(dāng)復(fù)位以后，系統(tǒng)進(jìn)入等待狀態(tài)，此時(shí)所有LED燈熄滅，四位數(shù)碼管顯示為“0000”，等待第一個(gè)鍵Keyin0按下，如果沒(méi)按下，則狀態(tài)不改變。2. 按下第一個(gè)鍵Keyin0，進(jìn)入設(shè)置密碼狀態(tài)，LED燈顯示“000100

8、00”，表示設(shè)置密碼。密碼設(shè)置信號(hào)燈LED4亮，并且把撥碼開關(guān)上的密碼存入系統(tǒng)，有七段數(shù)碼管顯示此時(shí)的密碼數(shù)據(jù)。3. 按下第二個(gè)鍵Keyin1，進(jìn)入鎖定狀態(tài)，即密碼保護(hù)狀態(tài)，上鎖信號(hào)燈LED5亮，顯示為“00100000”，數(shù)碼管顯示“0000”。4. 處于鎖定狀態(tài)，按下第一個(gè)鍵Keyin0，系統(tǒng)判斷密碼（撥碼開關(guān)代表的數(shù)值）是否正確，如果密碼正確，則開鎖信號(hào)燈LED6亮，顯示為“01000000”，表示開鎖；如果密碼錯(cuò)誤，8個(gè)LED燈全亮，顯示為“11111111”，進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)，表示報(bào)警。5. 開鎖之后，如果按下按鍵Keyin1，則可以再次鎖定系統(tǒng)，等待下一次開鎖操作。（2）模塊接口定義。

9、控制模塊接口定義如下表：信號(hào)名I/O位寬含義rst11bit系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)clk111bit分頻后頻率為5KHz的時(shí)鐘輸出led08bit8個(gè)led數(shù)碼管boma18bit8個(gè)撥碼開關(guān)display08bit七段數(shù)碼管顯示的二進(jìn)制數(shù)據(jù)key_s18bit鍵制（3）模塊Verilog代碼設(shè)計(jì)，代碼如下：/state.v/Verilog代碼段module state(rst,clk1,led,boma,display,key_s);inputrst,clk1;input7:0boma;/撥碼開關(guān)input7:0key_s;/鍵值，此處只用到 key_s0.key_s1,key_s2output7:0

10、led;/8個(gè)LED輸出信號(hào)output7:0display;/七段數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)/-reg7:0led;/ LED數(shù)碼管儲(chǔ)存狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)編碼areg7:0display;reg7:0mima;/+always(posedge clk1)beginif(rst=1b0) /如果復(fù)位信號(hào)有效，密碼清零begindisplay=8b00000000; /七段數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)led=8b00000000;mima=8b00000000;endelsebegincase(led)8b00000000:begin/處于復(fù)位狀態(tài)，只能接受密碼設(shè)定if(key_s0=1b1) /如果按鍵1按下，LED4亮，并

11、且確認(rèn)密碼beginled=8b00010000;display=boma;mima=boma;endend8b00010000:begin/處于密碼設(shè)定完畢狀態(tài)，只能等待上鎖設(shè)定if(key_s1=1b1) /如果按鍵2按下，LED5亮，密碼上鎖beginled=8b00100000;display=8b0;endend8b00100000:begin/處于鎖定狀態(tài)，只能等待開鎖操作if(key_s2=1b1)/ 判斷密碼是否正確，如果正確則LED6亮beginif(boma=mima)beginled=8b01000000;display=boma;endelsebeginled=8b11

12、111111;/密碼不正確則8個(gè)LED燈全亮display=boma;endendenddefault:begin /處于開鎖狀態(tài)，或者其他無(wú)關(guān)狀態(tài)，直接轉(zhuǎn)換到鎖定狀態(tài)if(key_s1=1b1) /如果按鍵2按下，LED5亮，密碼上鎖beginled=8b00100000;display=8b0;endendendcaseendendendmodule3. 按鍵、七段數(shù)碼管控制模塊設(shè)計(jì)（1）模塊原理分析。該模塊是整個(gè)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜的模塊，其結(jié)構(gòu)圖如下。按鍵、七段數(shù)碼管控制模塊主要負(fù)責(zé)包要顯示的二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為BCD碼，進(jìn)而通過(guò)動(dòng)態(tài)顯示技術(shù)在七段數(shù)碼管上顯示出來(lái)。此外，還負(fù)責(zé)外部2 *4矩陣鍵盤

13、的掃描處理。電路首先對(duì)二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行BCD譯碼，輸入數(shù)據(jù)在0255之間，經(jīng)過(guò)BCD轉(zhuǎn)換，可以得到3個(gè)四位二進(jìn)制數(shù)據(jù)。為了配合動(dòng)態(tài)顯示，需要生成一個(gè)動(dòng)態(tài)掃描信號(hào)，不停地掃描動(dòng)態(tài)數(shù)碼管的位碼，再配合掃描信號(hào)，把靜態(tài)七段數(shù)碼管的數(shù)據(jù)放到“段碼數(shù)據(jù)總線”。（2）模塊接口定義。模塊接口定義如下表：信號(hào)名I/O位寬含義display18bit七段數(shù)碼管要顯示的數(shù)據(jù)key_s08bit鍵制scan04bit矩陣鍵盤和數(shù)碼管的掃描信號(hào)m07bit七段數(shù)碼管的段碼控制信號(hào)，采用keyin011bit矩陣鍵盤的輸入信號(hào)keyin111bit矩陣鍵盤的輸入信號(hào)clk111bit分頻后周期為0.0010.0001s的

14、時(shí)鐘輸出（3）模塊Verilog代碼設(shè)計(jì)，代碼如下：/scan_crl.v/Verilog 代碼段module scan_crl(display, /七段數(shù)碼管顯示二進(jìn)制數(shù)據(jù)key_s, /鍵盤輸出信號(hào)scan, /矩陣鍵盤和數(shù)碼管的掃描信號(hào)m, /七段數(shù)碼管的段碼控制信號(hào)keyin0, /矩陣鍵盤的第一行輸入信號(hào)keyin1, 矩陣鍵盤的第二行輸入信號(hào)clk1);input7:0display;inputke段yin0,keyin1,clk1;output7:0key_s;output3:0scan;/掃描控制output6:0m;/7個(gè)段碼reg3:0scan;reg7:0key_s;re

15、g6:0m;/產(chǎn)生用于矩陣鍵盤和數(shù)碼動(dòng)態(tài)掃描的scan信號(hào)reg1:0st;always(posedge clk1)st=st+1b1;always(st)begincase(st)2b00:scan=4b0001;2b01:scan=4b0010;2b10:scan=4b0100;2b11:scan=4b1000;default:scan=4b0000;endcaseend/由矩陣按鍵產(chǎn)生內(nèi)部使用的鍵值always(posedge clk1)beginif(scan=4b0001)beginif(keyin0=1b0)key_s0=1b1;else key_s0=1b0;if(keyin1=

16、1b0)key_s4=1b1;else key_s4=1b0;endif(scan=4b0010)beginif(keyin1=1b0)key_s1=1b1;else key_s1=1b0;if(keyin1=1b0)key_s5=1b1;else key_s5=1b0;endif(scan=4b0100)beginif(keyin0=1b0)key_s2=1b1;else key_s2=1b0;if(keyin1=1b0)key_s6=1b1;else key_s6=1b0;endif(scan=4b1000)beginif(keyin0=1b0)key_s3=1b1;else key_s3

17、=1b0;if(keyin1=1b0)key_s7=1b1;else key_s78d199)bai7d99)bai=4d1;elsebai=7d90)shi=7d80)shi=7d70)shi=7d60)shi=7d50)shi=7d40)shi=7d30)shi=7d20)shi=7d10)shi=4d1;elseshi=4d0;endassign ge=display_2wei-shi*4d10;/BCD convert/利用bai shi ge，生成動(dòng)態(tài)數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)”bin”reg4:0bin;always(st,ge,shi,bai)begincase(st)2b00:bin=4b

18、0000;2b01:bin=bai;2b10:bin=shi;2b11:bin=ge;default:bin=4b0000;endcaseend/七段數(shù)碼管譯碼模塊always(bin)begincase(bin)4b0000:m=7b0111111;4b0001:m=7b0000110;4b0010:m=7b1011011;4b0011:m=7b1001111;4b0100:m=7b1100110;4b0101:m=7b1101101;4b0110:m=7b1111101;4b0111:m=7b0000111;4b1000:m=7b1111111;4b1001:m=7b1101111;default:m=7b0000000;endcase endendmodule4. 頂層鏈接模塊設(shè)計(jì)前面設(shè)計(jì)了三個(gè)電路模塊，包括分頻器、核心控制模塊