VHDL密碼鎖設計

1、VHDLf言及應用課程設計論文一VHDL平臺下密碼鎖的設計學院：電子信息學院專業(yè)：_學號：_姓名：_指導老師：_團隊成員:完成日期：目錄1 .引言12 .實驗目的13 .實驗任務與要求14 .設計原理及工作流程24.1 密碼鎖設計原理24.2 密碼鎖系統(tǒng)框圖24.3 密碼鎖設計提示25 .密碼鎖的頂層設計源程序36 .密碼鎖各功能模塊源程序及其仿真分析56.1 密碼設定鎖存器源程序及其仿真分析56.2 密碼輸入鎖存器源程序及其仿真分析66.3 開鎖控制系統(tǒng)源程序及其仿真分析86.4 比較器源程序及其仿真分析96.5 LED顯示源程序及其仿真分析116.6 頂層源文件白仿真分析12七.密碼鎖設計

2、源程序的下載調試137.1 電路結構137.2 管腳分配147.3 程序下載調試過程148 .實驗分析與總結159 .組內分工16十.參考文獻161 .引言隨著社會物質財富的日益增長和人們生活水平的提高，安全成為現(xiàn)代居民最關心的問題之一。因此人們對鎖要求甚高，既要求可靠地防盜，又要使用方便，這也是制鎖者長期以來研制的主題。傳統(tǒng)的門鎖既要備有大量的鑰匙，又要擔心鑰匙丟失后的麻煩。數(shù)字密碼鎖是二十一世紀制鎖業(yè)的一次革命，鎖的特點是不用鑰匙、無鎖孔、機械傳動、不易損壞、不磨損、不易被破譯、可多次更換密碼、換號不換鎖、一把鎖多個密碼，具有防撥、防砸、防撬、防堵等功能。安裝門鎖時不破壞原門的結構，避免用

3、鑰匙開啟旋芯式鎖具的一切煩惱（如丟、落、拆、堵門被反鎖等），數(shù)字密碼鎖是利用數(shù)字密碼來開啟的鎖具，其重復概率極低，有著很高的安全性；而旋芯式鎖具使用不夠安全。通過對社會各階層千余人的調查，百分之百的人對目前身上掛著的用串鑰匙無可奈何，都愿意一身輕松沒有任何顧慮的出入家門，都愿意用上一種既安全方便又不用鑰匙的鎖具。因此，數(shù)字密碼鎖產(chǎn)品的市場發(fā)展前景極為廣闊。而EDA技術設計電子系統(tǒng)具有用軟件的方式設計硬件，設計過程中可用有關軟件進行各種仿真，系統(tǒng)可現(xiàn)場編程、在線升級，整個系統(tǒng)可集成在一個芯片上等特點；不但設計周期短、設計成本低，而且將提高產(chǎn)品或設備的性能，縮小產(chǎn)品體積、提高產(chǎn)品的技術含量，提高產(chǎn)

4、品的附加值?？梢?，用VHDL可以更加快速、靈活地設計出符合各種要求的密碼鎖，優(yōu)于其他設計方法，使設計過程達到高度自動化。本設計的各個模塊由相應的VHDLE序具體實現(xiàn)，并在QuartusH9.0環(huán)境下進行了整體電路的模擬仿真，最終實現(xiàn)“密碼鎖設計”的要求。2 .實驗目的1 .掌握VHDI®言的使用，學會用VHDL®言來編程解決實際問題；2 .學會使用EDAFF發(fā)軟件設計小型綜合電路，掌握仿真的技巧；3 .學會應用開發(fā)系統(tǒng)實現(xiàn)硬件電路，檢驗電路的功能；4 .設計一個八位二進制密碼鎖，實現(xiàn)所要求的功能。5 .實驗任務與要求1、安鎖狀態(tài)。按下開關鍵SETUP密碼設置燈亮時，方可進行

5、密碼設置操作。設置初始密碼09（或二進制8位數(shù)），必要時可以更換。再按SETUPS,密碼有效。2、開鎖過程。(1)、按啟動鍵(START啟動開鎖程序，此時系統(tǒng)內部應處于初始狀態(tài)。(2)、依次鍵入09(或二進制8位數(shù))。(3)、按開門鍵(OPEN準備開門。若按上述程序執(zhí)行且撥號正確，則開門指示燈A亮，若按錯密碼或未按上述程序執(zhí)行，則按動開門鍵OPENt,報警裝置鳴叫、燈B亮。(4)、開鎖處理事務完畢后，應將門關上，按SETUP®使系統(tǒng)重新進入安鎖狀態(tài)。若在報警狀態(tài)，按SETUP8或STARTS應不起作用，應另用一按鍵RESET才能使系統(tǒng)進入安鎖狀態(tài)。3、使用者如按錯號碼可在按OPENS

6、之前，按START1重新啟動開鎖程序。4、設計符合上述功能的密碼鎖，并用層次化方法設計該電路。5、用功能仿真方法驗證，通過觀察有關波形確認電路設計是否正確。6、完成電路設計后，通過在實驗系統(tǒng)中下載，驗證設計的正確性。四.設計原理及工作流程4.1 密碼鎖設計原理如下示框圖，密碼鎖系統(tǒng)主要由開鎖控制，設置密碼的鎖存器，輸入密碼的鎖存器，比較器，LED顯示和報警系統(tǒng)幾個部分組成。每一個模塊功能的實現(xiàn)都是通過VHD印言實現(xiàn)的，并通過頂層電路與例化語句將功能模塊整合起來，之后對整個系統(tǒng)進行模擬仿真和硬件實現(xiàn)。4.2 密碼鎖系統(tǒng)框圖4.3 密碼鎖設計提示(1)鎖存器：用于實現(xiàn)設定密碼和輸入密碼的鎖存。(2

7、)比較器：用于將設定密碼與輸入密碼相比較。其中，CLK為外部輸入的時鐘信號。若輸入密碼正確，則A燈亮；否則B燈亮，同時比較器輸出與CLK一樣的信號，驅動蜂鳴器發(fā)出報警聲。(3)開鎖控制：當反饋信號下降沿來到時，開鎖控制輸出低電平，用于在輸入錯誤密碼后禁止再次安鎖；當RESET?為高電平時，開鎖控制輸出高電平，打開與門，這時鎖存器1使能端的變化受控于SETUPS,重新進入安鎖狀態(tài)。(4)LED顯示：用于設定密碼或輸入密碼的顯示。此項設計的目的是為了在下載演示時，能清楚地看到設置和輸入的密碼值。五.密碼鎖的頂層設計源程序調用各模塊形成元件例化語句:LIBRARYIEEE;USEIEEE.std_l

8、ogic_1164.All;ENTITYtopfileISPORT(SETUP,RESET,START,OPN,CLK:INSTD_LOGIC;setpassword:INSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);inputpassword:INSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);led_A,led_B,warner:OUTSTD_LOGIC;DOUT11,DOUT12,DOUT21,DOUT22:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(6DOWNTO0);ENDENTITYtopfile;ARCHITECTUREbrfOFtopfileISCOMPONENTlo

9、ckcontrolPORT(RESET,FEEDBACK:INSTD_LOGIC;Y:OUTSTD_LOGIC);ENDCOMPONENT;COMPONENTcodesetPORT(ENABLE:INSTD_LOGIC;PASEWORD:INSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);Q:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);ENDCOMPONENT;COMPONENTcodeinputPORT(ENABLE:INSTD_LOGIC;PASEWORD:INSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);Q:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWN

10、TO0);ENDCOMPONENT;COMPONENTcomparatorPORT(OPN,CLK,RESET:INSTD_LOGIC;rightpassword,password:INSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);A,B,warner:OUTSTD_LOGIC;D11,D12,D21,D22:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);ENDCOMPONENT;COMPONENTAND2PORT(a,b:INSTD_LOGIC;c:OUTSTD_LOGIC);ENDCOMPONENT;COMPONENTNOR2PORT(e,d:INSTD_LOGIC;

11、f:OUTSTD_LOGIC);ENDCOMPONENT;COMPONENTLEDPORT(DATA:INSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);DOUT7:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(6DOWNTO0);ENDCOMPONENT;SIGNALnet1,net2:STD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);SIGNALnet8,net9,net10,net11:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);SIGNALnet3,net4,net5,net6,net7:STD_LOGIC;BEGINU0:lockcontrolPORTMAP(RESET

12、=>RESET,feedback=>net3,y=>net4);U1:AND2PORTMAP(a=>net3,b=>START,c=>net5);U2:AND2PORTMAP(a=>SETUP,b=>net4,c=>net6);U3:CODEINPUTPORTMAP(PASEWORD=>inputpassword,ENABLE=>net5,Q=>net1);U4:codesetPORTMAP(PASEWORD=>setpassword,ENABLE=>net6,Q=>net2);U5:comparator

13、PORTMAP(rightpassword=>net2,password=>net1,OPN=>OPN,CLK=>CLK,A=>led_A,B=>net7,warner=>warner,RESET=>RESET,D12=>net9,D11=>net8,D21=>net10,D22=>net11);U6:NOR2PORTMAP(e=>net7,d=>net7,f=>net3);U7:LEDPORTMAP(DATA=>net8,DOUT7=>DOUT11);U8:LEDPORTMAP(DATA=&

14、gt;net9,DOUT7=>DOUT12);U9:LEDPORTMAP(DATA=>net10,DOUT7=>DOUT21);U10:LEDPORTMAP(DATA=>net11,DOUT7=>DOUT22);led_B<=net7;ENDARCHITECTUREbrf;六.密碼鎖各功能模塊源程序及其仿真波形6.1 密碼設定鎖存器源程序及其仿真波形源程序為：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYcodesetISPORT(ENABLE:INST

15、D_LOGIC;PASSWORD:INSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);Q:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);ENDcodeset;ARCHITECTUREbhvOFcodesetISBEGINPROCESS(ENABLE,PASSWORD)BEGINIFENABLE='1'THENQ<=PASSWORD；Q(6)<=PASSWORD(6);Q(5)<=PASSWORD(5);Q(4)<=PASSWORD(4);Q(3)<='0'Q(2)<='0'Q(1)<=

16、'0'Q(0)<='0'ENDIF;ENDPROCESS;ENDbhv;仿真波形圖為：使能控制端高電平時：使能控制端變回低電平時：通過由于硬件設備限制，不能檢驗全部端口，因此將低位的四位設置為低電平,改變使能控制端與高位的電平觀察正確性。6.2 密碼輸入鎖存器源程序及其仿真波形源程序為：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYcodeinputISPORT(ENABLE:INSTD_LOGIC;PASSWORD:INSTD_LOGIC_VECTO

17、R(7DOWNTO0);Q:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);ENDcodeinput;ARCHITECTUREbhvOFcodeinputISBEGINPROCESS(ENABLE,PASSWORD)BEGINIFENABLE='1'THENQ<=PASSWORD；Q(6)<=PASSWORD(6);Q(5)<=PASSWORD(5);Q(4)<=PASSWORD(4);Q(3)<='0'Q(2)<='0'Q(1)<='0'Q(0)<='0'

18、;ENDIF;IFENABLE='0'THENQ<="00000000"ENDIF;ENDPROCESS;ENDbhv;仿真波形為：當使能信號為低電平，鎖存器輸出狀態(tài)保持不變，輸入信號沒有讀入；當使能信號有低電平變?yōu)楦唠娖?，鎖存器開始讀入輸入的信號。6.3 開鎖控制系統(tǒng)源程序及其仿真波形源程序為：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYlockcontrolISPORT(FEEDBACK,RESET:INSTD_LOGIC;Y:OUTSTD_

19、LOGIC);ENDlockcontrol;ARCHITECTUREbhvOFlockcontrolISBEGINPROCESS(FEEDBACK,RESET)BEGINY<='1'IFFEEDBACK='0'THENY<='0'ENDIF;IFRESET='1'THENY<='1'ENDIF;ENDPROCESS;ENDbhv;仿真波形為：FEEDBACK反饋信號，RESE必重置密碼信號。當反饋信號下降沿來到時，開鎖控制輸出Y低電平，用于在輸入錯誤密碼后禁止再次安鎖；當RESET?為高電平時，開

20、鎖控制輸出高電平。6.4 比較器源程序以及仿真波形源程序為：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.All;ENTITYcomparatorISPORT(rightpassword,password:INSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);OPN,CLK,RESET:INSTD_LOGIC;A,B,warner:OUTSTD_LOGIC;D11,D12,D21,D22:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);ENDcomparator;ARCHITECTUREbhvOFcomparatorISBEGINPROCESS(OPN,

21、CLK,RESET,rightpassword,password)BEGIND11(3)<=rightpassword;D11(2)<=rightpassword(6);D11<=rightpassword(5);D11(0)<=rightpassword(4);D12(3)<=rightpassword(3);D12(2)<=rightpassword(2);D12(1)<=rightpassword(l);D12(0)<=rightpassword(O);D21(3)<=password；D21(2)<=password(6);D

22、21(1)<=password(5);D21(0)<=password(4);D22(3)<=password(3);D22(2)<=password(2);D22(1)<=password(1);D22(0)<=password(0);IFOPN='1'THENIFrightpassword=passwordTHENA<='1'B<='0'warner<='0'ENDIF;IFrightpassword/=passwordTHENA<='0'B<=

23、'1'warner<=CLK;IFRESET='1'THENA<='0'B<='0'warner<='0'ENDIF;ENDIF;ELSEA<='0'B<='0'warner<='0'ENDIF;ENDPROCESS;ENDbhv;仿真波形為：(1)密碼正確時：密碼匹配時，如果OPENF打開，電路不工作，如果OPEN丁開，則A燈變?yōu)楦唠娖剑珺燈和蜂鳴器不工作。而D11D12始終顯示正確密碼，D21D22始終顯示當前輸入密碼。(

24、2)密碼錯誤時：密碼不匹配時，如果OPENF打開，電路不工作，如果OPEN丁開，則A燈不工作，B燈亮，蜂鳴器隨CLK周期而周期性鳴響。止匕時，關閉OPEM啟動RESET才可以使比較器停止工作并可以再次輸入密碼。6.5 LED顯示源程序及其仿真波形源程序為：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYLEDISPORT(DATA:INSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);DOUT7:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(6DOWNTO0);ENDENTITYLED;ARC

25、HITECTUREaOFLEDISBEGINPROCESS(DATA)BEGINCASEDATAISWHEN"0001"=>DOUT7<="0000110”;WHEN"0010"=>DOUT7<="1011011”;WHEN"0000"=>DOUT7<="0111111”;WHEN"0011"=>DOUT7<="1001111”;WHEN"0100"=>DOUT7<="1100110”;

26、WHEN"0101"=>DOUT7<="1101101”;WHEN"0110"=>DOUT7<="1111101”;WHEN"0111"=>DOUT7<="0001111”;WHEN"1000"=>DOUT7<="1111111”;WHEN"1001"=>DOUT7<="1101111”;WHENOTHERS=>DOUT7<="0000000”;ENDCASE;ENDPROCESS;ENDARCHITECTUREa;仿真波形為：可以由二進制代碼的值判斷出仿真結果真確，從圖中還可以觀察到，當輸入的四位數(shù)中有兩位及以上同時跳變時，出現(xiàn)了競爭冒險現(xiàn)象。6.6 頂層源文件的仿真波形分析(1)密碼輸入正確時：按下SETU限置密碼。按啟動鍵START啟動開鎖程序，當輸入的密碼與設定的密碼相同，按下OPEN1,A燈亮起，鎖打開，B燈和蜂鳴器不工作。(2