電工實(shí)習(xí)電子密碼鎖實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、電工實(shí)習(xí)電子密碼鎖實(shí)驗(yàn)報(bào)告 ： 電子技術(shù) 實(shí)驗(yàn)報(bào)告 電子密碼鎖 設(shè)計(jì) 班級(jí)： 計(jì)算機(jī) 73 姓名： 胡宇星 學(xué)號(hào)： 2174213712 日期：2021 年 6 月 1 日 目 目 錄 一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 3 二項(xiàng)目設(shè)計(jì)概要 . 3 1. 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo) . 3 2. 整體設(shè)計(jì)概述 . 3 3. 項(xiàng)目設(shè)計(jì)特點(diǎn) . 3 三系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 . 4 1. 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)示意圖： . 4 2. 密碼鎖輸入電路的總概括 . 5 3. 密碼鎖輸入電路各主要功能模塊的設(shè)計(jì) . 5 4. 密碼鎖控制電路的設(shè)計(jì) . 6 5. 密碼鎖顯示電路的設(shè)計(jì) . 7 6. 密碼鎖的整體組裝設(shè)計(jì) . 8 四仿真測試結(jié)果及分析.

2、9 1. 鍵盤輸入去抖電路的仿真： . 錯(cuò)誤! ! 未定義書簽。 2. 密碼鎖輸入電路的仿真 . 錯(cuò)誤! ! 未定義書簽。 3. 密碼鎖控制電路的仿真 . 錯(cuò)誤! ! 未定義書簽。 五項(xiàng)目總結(jié) . 10 六結(jié)束語 . 11 一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?數(shù)字邏輯電路專題實(shí)驗(yàn)是對(duì)"數(shù)字邏輯'課程內(nèi)容的全面、系統(tǒng)的總結(jié)、鞏固和提高的一項(xiàng)課程實(shí)踐活動(dòng)。根據(jù)數(shù)字邏輯的特點(diǎn)，選擇相應(yīng)的題目，在老師的指導(dǎo)下，由學(xué)生獨(dú)立完成。目的是通過實(shí)驗(yàn)使學(xué)生掌握數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)的基本方法和技巧，正確運(yùn)用 quartus軟件及實(shí)驗(yàn)室多功能學(xué)習(xí)機(jī)硬件平臺(tái)，完成所選題目的設(shè)計(jì)任務(wù)，并掌握數(shù)字邏輯電路測試的基本方法，訓(xùn)練學(xué)生的

3、動(dòng)手能力和思維方法。通過實(shí)驗(yàn)，一方面提高運(yùn)用數(shù)字邏輯電路解決實(shí)際問題的能力，另一方面使學(xué)生更深入的理解所學(xué)知識(shí)，為以后的計(jì)算機(jī)硬件課程的學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)。 二 項(xiàng)目 設(shè)計(jì) 概要 1 1 . 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的 目標(biāo) 設(shè)計(jì)一個(gè)具有較高安全性和較低成本的通用電子密碼鎖，其具體功能要求如下： (1) 數(shù)碼輸入：每按下一個(gè)數(shù)字鍵，就輸入一個(gè)數(shù)值，并在顯示器上的最右方顯示出該數(shù)值，同時(shí)將先前輸入的數(shù)據(jù)依序左移一個(gè)數(shù)字位置。 (2) 數(shù)碼清除：按下此鍵可清除前面所有的輸入值，清除成為"0000'。 (3) 密碼更改：按下此鍵時(shí)會(huì)將目前的數(shù)字設(shè)定成新的密碼。 (4) 激活電鎖：按下此鍵可將密碼鎖

4、上鎖。 (5) 解除電鎖：按下此鍵會(huì)檢查輸入的密碼是否正確，密碼正確即開鎖。 2 2. . 整體 設(shè)計(jì) 概述 作為通用電子密碼鎖，主要由三個(gè)部分組成：數(shù)字密碼輸入電路、密碼鎖控制電路和密碼鎖顯示電路。 作為電子密碼鎖的輸入電路，可供選擇的方案有數(shù)字機(jī)械式鍵盤和觸摸式數(shù)字鍵盤等多種。 根據(jù)以上選定的輸入設(shè)備和顯示器件，并考慮到實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)數(shù)字密碼鎖功能的圖 具體要求，整個(gè)電子密碼鎖系統(tǒng)的總體組成框圖如圖 4.1 所示。 (1) 密碼鎖輸入電路包括時(shí)序產(chǎn)生電路、鍵盤掃描電路、鍵盤彈跳消除電路、鍵盤譯碼電路等幾個(gè)小的功能電路。 (2) 密碼鎖控制電路包括按鍵數(shù)據(jù)的緩沖 存儲(chǔ)電路，密碼的清除、變更、存儲(chǔ)、

5、激活電鎖電路( 寄存器清除信號(hào)發(fā)生電路) ，密碼核對(duì)( 數(shù)值比較電路) ，解鎖電路(開 開 / 關(guān)門鎖電路) 等幾個(gè)小的功能電路。 (3) 的 七段數(shù)碼管顯示電路主要將待顯示數(shù)據(jù)的 bcd 碼轉(zhuǎn)換成數(shù)碼器的七段顯示驅(qū)動(dòng)編碼。 3 3 . 項(xiàng)目設(shè)計(jì)特點(diǎn) 我們將整個(gè)電路分成三個(gè)模塊，鍵盤輸入電路，控制電路和數(shù)據(jù)輸出電路，分別設(shè)計(jì)后將三者結(jié)合即可，十分靈活。 三 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 1. 系統(tǒng) 功能 模塊 設(shè)計(jì) 示意圖： 鍵盤掃描電路密碼鎖輸入電路七段數(shù)碼管顯示電路密碼鎖控制電路按鍵輸入掃描信號(hào)鍵盤 彈跳消除電路 鍵盤譯碼電路時(shí)序產(chǎn)生電路寄存器清除信號(hào)發(fā)生電路開 / 關(guān)門鎖電路 數(shù)值比較電路 按鍵數(shù)據(jù)緩存

6、器bcd 至七段譯碼電路 2. 電子密碼鎖的輸入電路 輸入電路由鍵盤掃描電路、彈跳消除電路、鍵盤譯碼電路、按鍵數(shù)據(jù)緩存器，加上外接的一個(gè) 34 矩陣式鍵盤組成。 矩陣式鍵盤是一種常見的輸入裝置，在日常的生活中，矩陣式鍵盤在計(jì)算機(jī)、電話、手機(jī)、微波爐等各式電子產(chǎn)品上已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。圖 4.3 是一個(gè) 34 矩陣式鍵盤的面板配置圖，其中數(shù)字 09 作為密碼數(shù)字輸入按鍵，*作為"上鎖'功能按鍵，#作為"解鎖/清除'功能按鍵。 彈跳消除電 路鍵盤譯碼電 路按鍵數(shù)據(jù)緩存器1 2 34 5 67 8 9* 0 #鍵盤掃描電路工作時(shí)鐘脈沖信號(hào)鍵盤輸入 按鍵數(shù)據(jù)鍵盤掃描信號(hào)

7、1 2 34 5 67 8 9* 0 #鍵盤掃描信號(hào)ky3(00) 1110ky2(01) 1101ky1(10) 1011ky0(11) 0111kx2kx1kx0經(jīng)提升電阻至 vcc 按鍵位置與數(shù)碼關(guān)系如下 3. 密碼鎖輸入電路各主要功能模塊的設(shè)計(jì) 1) 時(shí)序產(chǎn)生電路 本時(shí)序產(chǎn)生電路中使用了三種不同頻率的工作脈沖波形：系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖(它是系統(tǒng)內(nèi)部所有時(shí)鐘脈沖的源頭，且其頻率最高)、彈跳消除取樣信號(hào)、鍵盤掃描信號(hào)。 2) 鍵盤掃描電路 掃描電路的作用是用來提供鍵盤掃描信號(hào)(表 4.1 中的 ky3ky0)的，掃描信號(hào)變化的順序依次為 11101101101101111110.依序地周而復(fù)始。

8、3) 彈跳消除電路 由于本設(shè)計(jì)中采用的矩陣式鍵盤是機(jī)械開關(guān)結(jié)構(gòu)，因此在開關(guān)切換的瞬間會(huì)在接觸點(diǎn)出現(xiàn)信號(hào)來回彈跳的現(xiàn)象，對(duì)于電子密碼鎖這種靈敏度較高的電路這種彈跳將很可能會(huì)造成誤動(dòng)作輸入，從而影響到密碼鎖操作的正確性。 4) 鍵盤譯碼電路 上述鍵盤中的按鍵可分為數(shù)字按鍵和文字按鍵，每一個(gè)按鍵可能負(fù)責(zé)不同的功能，例如清除數(shù)碼、退位、激活電鎖、開鎖等 5) 按鍵存儲(chǔ)電路 因?yàn)槊看螔呙钑?huì)產(chǎn)生新的按鍵數(shù)據(jù)，可能會(huì)覆蓋前面的數(shù)據(jù)，所以需要一個(gè)按鍵存儲(chǔ)電路，將整個(gè)鍵盤掃描完畢后的結(jié)果記錄下來。按鍵存儲(chǔ)電路可以使用移位寄存器構(gòu)成。 4. 密碼鎖控制電路的設(shè)計(jì) 密碼鎖的控制電路是整個(gè)電路的控制中心，主要完成對(duì)數(shù)

9、字按鍵輸入和功能按鍵輸入的響應(yīng)控制。 1 1 數(shù)字按鍵輸入 的響應(yīng)控制 (1) 如果按下數(shù)字鍵，第一個(gè)數(shù)字會(huì)從顯示器的最右端開始顯示，此后每新按一個(gè)數(shù)字時(shí)，顯示器上的數(shù)字必須左移一格，以便將新的數(shù)字顯示出來。 (2) 假如要更改輸入的數(shù)字，可以按倒退按鍵來清除前一個(gè)輸入的數(shù)字，或者按清除鍵清除所有輸入的數(shù)字，再重新輸入四位數(shù)。 (3) 由于這里設(shè)計(jì)的是一個(gè)四位的電子密碼鎖，所以當(dāng)輸入的數(shù)字鍵超過四個(gè)時(shí)，電路不予理會(huì)，而且不再顯示第四個(gè)以后的數(shù)字。 2 2 功能按鍵輸入的響應(yīng)控制 (1) 清除鍵：清除所有的輸入數(shù)字，即做歸零動(dòng)作。 （ 2) 激活電鎖鍵：按下此鍵時(shí)可將密 碼鎖的門上鎖。( ( 上

10、鎖前必須預(yù)先設(shè)定一個(gè)四位的數(shù)字密碼。) ) (3) 解除電鎖鍵：按下此鍵會(huì)檢查輸入的密碼是否正確，若密碼正確無誤則開門。 5. 密碼鎖顯示電路的設(shè)計(jì) 直接采用四個(gè) 4 4- -7 7 譯碼器來實(shí)現(xiàn)。 上鎖工作模式 清除原先儲(chǔ)存于組件中的密碼 輸入舊密碼后變更密碼 將新密碼回存于存儲(chǔ)組件中 密碼鎖激活上鎖 開鎖工作模式 檢查輸入的密碼是否有效 核對(duì)輸入密碼是否有效 都正確后解除電鎖 輸入文字模式 開始輸入 4 位數(shù)字，在輸入數(shù)字時(shí)可能使用到清除鍵 6. pin_45pin_51pin_48pin_53pin_52pin_121pin_122seg7_sm26.0outputpin_30pin_4

11、0pin_32pin_42pin_41pin_44pin_43seg7_sm16.0outputpin_133pin_134pin_135pin_139pin_141pin_142pin_143seg7_sm36.0outputpin_120pin_115pin_118pin_113pin_114pin_104pin_112seg7_sm46.0outputdin43.0 dout76.0ymqinst7din43.0 dout76.0ymqinst8din43.0 dout76.0ymqinst9din43.0 dout76.0ymqinst10data_bcd7.4data_bcd3.0d

12、ata_bcd11.8data_bcd15.126. 密碼鎖的整體組裝設(shè)計(jì) pin_101vccclk_1kinputpin_96pin_94pin_93pin_100pin_97vcckey_in4.0inputpin_4enlockoutputpin_45pin_51pin_48pin_53pin_52pin_121pin_122seg7_sm26.0outputpin_30pin_40pin_32pin_42pin_41pin_44pin_43seg7_sm16.0outputpin_133pin_134pin_135pin_139pin_141pin_142pin_143seg7_sm

13、36.0outputpin_120pin_115pin_118pin_113pin_114pin_104pin_112seg7_sm46.0outputdata_n3.0data_f3.0flag_nflag_fclkenlockdata_bcd15.0ctrlinstclk_1kkey_in4.0clk_scan3.0data_n3.0data_f3.0flag_nflag_fclk_ctrclk_debouncekeyboardinst3din43.0 dout76.0ymqinst7din43.0 dout76.0ymqinst8din43.0 dout76.0ymqinst9din43

14、.0 dout76.0ymqinst10data_bcd15.0data_bcd7.4data_bcd3.0data_bcd11.8data_bcd15.12 四 測試結(jié)果及分析 1. 鍵盤輸入去抖電路的仿真 圖為鍵盤輸入去抖電路的仿真結(jié)果圖，圖中的輸出信號(hào) 0，1，d_out1，dd0，dd1 是為便于仿真時(shí)觀察中間結(jié)果而增加的觀測點(diǎn)的輸出，調(diào)試好后程序中的相應(yīng)語句應(yīng)解釋掉。 2密碼鎖輸入電路的仿真 圖為密碼鎖輸入電路的仿真結(jié)果圖，圖中的輸出信號(hào) clk_scan，c_debounce 是為便于仿真時(shí)觀察中間結(jié)果而增加的觀測點(diǎn)的輸出，調(diào)試好后程序中的相應(yīng)語句應(yīng)解釋掉。 3密碼鎖控制電路的仿真

15、 圖分別是兩個(gè)密碼鎖控制電路仿真結(jié)果圖。其中圖 4.11 的仿真過程為先輸入上鎖密碼"1234'，再按下上鎖鍵激活電鎖，接著輸入萬能解鎖密碼"8888'，最后按下解鎖鍵解鎖。 五 項(xiàng)目總結(jié) 實(shí)驗(yàn)難度較大，光是思考如何用電路板代替矩陣式鍵盤就花費(fèi)了不少精力，而去抖電路等知識(shí)點(diǎn)又是未接觸過的新知識(shí)，理解起來比較復(fù)雜，最后是與其他同學(xué)討論并套用課程中給出的代碼才勉強(qiáng)讓電路運(yùn)行，總體并不夠完善。 六 結(jié)束語 數(shù)字邏輯專題實(shí)驗(yàn)對(duì)我們進(jìn)一步理解所學(xué)理論知識(shí)、深化對(duì)數(shù)字邏輯電路的認(rèn)識(shí)有著不可替代的重要作用。計(jì)算機(jī)本身就屬于工科專業(yè)，要求學(xué)生具備較高的動(dòng)手實(shí)踐操作能力，不能僅僅局限于課本知識(shí)的學(xué)習(xí)。數(shù)字邏輯專題實(shí)驗(yàn)與數(shù)字邏輯課程