第8章應用舉例(備用)

1、第八章：數(shù)字系統(tǒng)設計實例8.1數(shù)字密碼鎖電路的設計8.1.1系統(tǒng)設計要求 （1）密碼輸入：每按下一個“數(shù)字鍵”，就輸入一個數(shù)值，并在顯示器上顯示出該數(shù)值，同時將先前輸入的數(shù)據(jù)依次左移一個數(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)設計根據(jù)系統(tǒng)設計要求，系統(tǒng)設計采用自頂向下的設計方法。頂層設計采用原理圖設計方式，系統(tǒng)的整體組裝設計原理圖如圖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)的整體組裝設計原理圖8.1.3模塊設計與實現(xiàn)系統(tǒng)模塊由輸入模塊、控制模塊和譯碼模塊三個模塊組成，下面我們介紹各子模塊的設計及實現(xiàn)過程。1、密碼鎖輸入模塊密碼鎖輸入模塊由時序產(chǎn)生電路、鍵盤掃描電路、鍵盤譯碼電路及按鍵存儲電路組成。（1）時序產(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)時鐘脈沖、彈跳消除取樣信號和鍵盤掃描信號。（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，掃描信號變化的順序依次為1110- 1101 -1011- 0111-1110依序地周而復始。當鍵盤掃描信號為1110時，按鍵位置分別為011（“1”鍵按下）、101（“2”鍵按下）、110（“3”鍵按下）；當鍵盤掃描信號為1101時，按鍵位置分別為011（“4”鍵按下）、101（“5”鍵按下）、110（“6”鍵按下）；當鍵盤掃描信號為1011時，按鍵位置分別為011（“7”鍵按下）、101（“8”鍵按下）、110（“9”鍵按下）；當鍵盤掃描信號為0111時，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，每個功能按鍵可能負責不同的功能，例如“清除”鍵、“上鎖”鍵和“解鎖”鍵等。數(shù)字按鍵主要是用來輸入數(shù)字的。但是鍵盤所產(chǎn)生的輸出是無法直接拿來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規(guī)劃每個按鍵的輸出形式，以便執(zhí)行相應的動作。 按鍵存儲電路因為每次掃描會產(chǎn)生新的按鍵數(shù)據(jù)，可能會覆蓋前面的數(shù)據(jù)，所以需要一個按鍵存儲電路，將整個鍵盤掃描完畢的結(jié)果記錄下來。本設計采用串入串出移位寄存器實現(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，則譯成相對應的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的動作。表8-1 按鍵位置與數(shù)碼關(guān)系鍵掃信號sel3.0111011101110110111011101101110111011011101110111按鍵位置key2.0011101110011101110011101110011101110按鍵號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; -時鐘信號 key_in : in std_logic_vector(2 downto 0); -按鍵輸入信號 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)標志 flag_f: out std_logic; -“功能鍵”數(shù)據(jù)標志 cqd: out std_logic; -鍵盤輸入采樣時鐘 ksel: out std_logic_vector(3 downto 0); -鍵盤掃描信號 csr: out std_logic_vector(1 downto 0);-按鍵行號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”按鍵標志值數(shù)據(jù) flag_f = ff; cqd = c_qd;

9、鍵盤輸入采樣時鐘 csr =c_sr; 按鍵位置 ksel=sel; 鍵盤掃描信號 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);- 鍵盤輸入采樣時鐘 c_sr = q(5 downto 4);- 確定鍵盤掃描行號 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)字鍵標志 ff = f(2) or f(0); - 功能鍵標志 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電路的控制中心，主要完成對數(shù)字按鍵的輸入和功能按鍵輸入的相應控制。（1）數(shù)字按鍵輸入的相應控制 如果按下數(shù)字鍵，第一個數(shù)字會從顯示器的最右端開始顯示，此后每新按下一個數(shù)字時，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。 假如要更改輸入數(shù)字，可以按“倒退”鍵來清除前一個輸入的數(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)。 由于這里設計是一個四位電子密碼鎖，所以當輸入的數(shù)字鍵超過4個時，電路不予理會，而且不再顯示第四個以后的數(shù)字。（2）功能按鍵輸入的相應控制 “清除”鍵：清除所有的輸入數(shù)字，即作歸零動作。 “上鎖”鍵：按下此鍵時可將密碼鎖上鎖（上鎖前必須設置四位數(shù)字密碼）。 “解除”鍵：按下此鍵會檢查輸入的密碼是否正確，若密碼正確無誤則解鎖。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)標志 flag_f : in std_logic; -功能鍵數(shù)據(jù)標志 mimain : buffer std_logic; -密碼輸入標志 setin : buffer std_logic; -密碼設置標志 old : buffer std_logic; -舊密碼設置

14、標志 cqd : in std_logic; -鍵盤輸入采樣時鐘 enlock : out std_logic; -開鎖信號 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; -密碼輸入標志 acc setin = 1; -密碼設置標志 acc=1111111111111111; old null; end case; elsif (mimain=1) then if acc=reg then；-密碼核對 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；-設置“9999”為萬用密碼 reg=acc; -密碼存儲 setin=0; end if; end if; end if; end if; elsif flag_n=1 then acc= acc(11 downto 0)& data_n;-實現(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，下面我們對其進行仿真驗證。 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