課程設(shè)計fpga密碼鎖

1、FPGA 實驗報告實驗名稱：FPGA課程設(shè)計實驗日期：2013年6月3日姓名：學(xué)號：一、實驗?zāi)康?設(shè)計一個密碼鎖2. 加深 FPGA電路原理的理解3. 掌握 VHDL語言的使用，學(xué)會用 VHDI語言來編程解決實際問題4. 學(xué)會使用 EDA開發(fā)軟件設(shè)計小型綜合電路，掌握仿真的技巧5. 學(xué)會應(yīng)用開發(fā)系統(tǒng)實現(xiàn)硬件電路，檢驗電路的功能精選資料，歡迎下載二、實驗內(nèi)容題目：電子密碼鎖內(nèi)容：設(shè)計一個4 位串行數(shù)字鎖1. 開鎖代碼為4 位二進制，當輸入代碼的位數(shù)與鎖內(nèi)給定的密碼一致，且按規(guī)定程序開鎖時，方可開鎖。否則進入“錯誤”狀態(tài)，發(fā)出報警信號。2. 鎖內(nèi)的密碼可調(diào)，且預(yù)置方便，保密性好。3. 串行數(shù)字鎖的

2、報警，直到按下復(fù)位開關(guān)，才停下。此時，數(shù)字鎖 又自動等待下一個開鎖狀態(tài)。三、實驗步驟1.系統(tǒng)總框圖本系統(tǒng)的硬件部分主要由密碼鎖按鍵消抖模塊，密碼輸入比較更改模塊，密碼顯示模塊、報警模塊組成。整體系統(tǒng)框圖如下圖所示。2. 密碼鎖的主要功能密碼鎖控制器的主要功能有：（1）密碼輸入：有二個按鍵來控制（分別代表0 和 1）, 每按下一個鍵，要求在數(shù)碼管上顯示，并依次左移。精選資料，歡迎下載（2）密碼校驗：如果有按鍵按下，直到松開該按鍵，如果密碼校驗正確，無變化，否則如果密碼校驗錯誤蜂鳴器響，表明密碼錯誤。（ 3） 錯誤報警：密碼輸入錯誤開始報警。（ 4） 密碼修改：輸入密碼正確后按按鍵輸入要設(shè)置和更改

3、的密碼，按按鍵確認密碼設(shè)置與更改，則密碼設(shè)置成功。3. 密碼鎖的各個模塊（ 1） 按鍵消抖。每按下一個鍵，僅產(chǎn)生一個信號脈沖，作為按鍵的使能信號，使能信號控制顯示的數(shù)字。（2）密碼輸入比較密碼輸入值的比較主要有兩部分，密碼位數(shù)和內(nèi)容 ，任何一個 條件不滿足，都不能打開鎖。鎖內(nèi)密碼為0000”，key2 和 keyl 置 低電平，分別表示輸入T 和 0”。輸入密碼前先按start鍵, 再依次正確輸入 0000, 會在數(shù)碼管逐一顯示，按確認鍵，經(jīng)檢驗, 輸入的密碼等于鎖內(nèi)預(yù)先設(shè)置的密碼密碼鎖開啟信號 , 鎖開啟。同時, 可 以進行密碼修改。若在輸入密碼的過程中,4位二進制密碼出現(xiàn)輸入錯誤 , 那么

4、鎖不能開啟, 同時，蜂鳴器發(fā)出報警信號。直到按下復(fù)位開關(guān) ,報警才停止。此時, 數(shù)字鎖又自動進入等待下一次開鎖的狀 態(tài)。（3）密碼修改為防止任意進行密碼修改,必須在正確輸入密碼后,才能重新設(shè)置密碼。輸入正確密碼后,鎖打開,就可直接進行修改密碼的操作。修改密碼實質(zhì)就是用輸入的新密碼去取代原來的舊密碼，按確 定按鍵 ok,存儲新密碼。精選資料，歡迎下載（ 4）報警對 50M晶振進行分頻，實現(xiàn)對蜂鳴器的控制（ 5）數(shù)碼顯示 八段數(shù)碼管是電子開發(fā)過程中常用的輸出顯示設(shè)備。在本設(shè)計 中使用的是 8 個四位一體、共陰極型八段數(shù)碼管。 其單個靜態(tài)數(shù)碼管 如下圖所示。由于八段數(shù)碼管公共端連接到VCC（共陽極型

5、），當數(shù)碼管的中的一個段被輸入低電平，則相應(yīng)的這一段被點亮。反之則不亮。四位一體的八段數(shù)碼管在單個靜態(tài)數(shù)碼管的基礎(chǔ)上加入了用于選擇哪一 位數(shù)碼管的位選信號端口。八個數(shù)碼管的 a、b、c、d、e、f 、g、h、 dp 都連在了一起， 8 個數(shù)碼管分別由各自的位選信號來控制， 被選通 的數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)，其余關(guān)閉。精選資料，歡迎下載10( 細2<f )Nd)單個數(shù)碼管管腳示意圖本實驗通過計數(shù)信號count 控制數(shù)碼管亮的個數(shù)，用temp 信號控制數(shù)碼管的動態(tài)掃描顯示，以實現(xiàn)每輸入一位密碼，數(shù)碼管顯示 左移一位。4. 軟件仿真（1）密碼輸入正確時，蜂鳴器不響， beep=1。（默認密碼為 000

6、0）,仿真圖如下：（2）密碼輸入錯誤時（ 0001），蜂鳴器響， beep=0。（默認密碼為0000），仿真圖如下 :精選資料，歡迎下載四、實驗總結(jié)這次密碼鎖的設(shè)計過程表明，用VHDL可以快速、靈活地設(shè)計出符合要求的密碼鎖控制器，而且操作簡單?？梢詫崿F(xiàn)密碼輸入、密碼校驗、密碼設(shè)置和更改等功能。設(shè)計過程能夠在設(shè)計完成后在QuartusH 環(huán)境下進行電路的模擬仿真，反饋結(jié)果可以驗證程序設(shè)計的可行性與可靠性。本密碼鎖控制器設(shè)置的是4 位密碼，在系統(tǒng)復(fù)位后，輸入一個完整的密碼串，輸入完后，系統(tǒng)會進行比對，如果發(fā)現(xiàn)密碼吻合，則開門，如果輸入的密碼串都是錯誤的，則系統(tǒng)報警。這樣的設(shè)計可以很好的滿足人們的日

7、常需求。同時，密碼鎖還具有密碼修改功能，方便操作，使得密碼鎖的使用更加安全、便捷。在軟件、硬件設(shè)計和仿真過程中間我們也遇到不少問題，但最終還是把它們解決了，使得設(shè)計符合要求。除了自己思考設(shè)計之外，這與和同學(xué)的同心協(xié)力的合作與討論是分不開的的。相互的探討使得我們的思路更加開闊，解決問題的辦法也更多。總之，此次課程設(shè)計讓我收益良多，同時因為有了實踐操作，對EDA技術(shù)能夠更好的掌握和應(yīng)用了。精選資料，歡迎下載附：VHD 程序總代碼library ieee;entity lock isport(key1,key2:in std_logic;clk,start,ok: in std_logic; bee

8、p:outstd_logic:='1'dig:out std_logic_vector(7 downto 0);seg:out std_logic_vector(7 downto 0) );end lock;architecture rt1 of lock issignal keyin,password:std_logic_vector(3 downto 0):="0000" - signal open1:std_logic:='0' -signal beep1,keyen1,keyen2:std_logic:='1' -si

9、gnal shuru:std_logic; -signal count: std_logic_vector(2 downto 0):="000"-數(shù)signal temp: std_logic_vector(1 downto 0):="00" begin process(clk,key1)variable m:integer range 0 to 250000; -beginif clk'event and clk='1'thenif key1='0' thenif m=250000 then m:=m;else

10、m:=m+1;end if;if m=249999 then keyen1<='0'else keyen1<='1'end if;else m:=0;end if;end if;end process;process(clk,key2)variable a:integer range 0 to 250000;按鍵時鐘，開始，確定，復(fù)位 正確，蜂鳴器信號數(shù)碼管片選信號數(shù)碼管片內(nèi)顯示輸入密碼，密碼開鎖信號蜂鳴器信號輸入信號計數(shù)輸入密碼的位按鍵消抖按鍵消抖精選資料，歡迎下載beginif clk'event and clk='1't

11、henif key2='0' thenif a=250000 then a:=a;else a:=a+1;end if;if a=249999 then keyen2<='0'else keyen2<='1'end if;else a:=0;end if;end if;end process;process(clk,start,ok) -密碼輸入, 比較, 修改模塊beginif clk'event and clk='1'thenif start='0' then shuru<='

12、1'count<="000"keyin<="0000" open1<='0'beep1<='1' end if;if shuru='1' thenif count="000" thenif keyen1='0' thenkeyin(0)<='0' ;count<=count+1;elsif keyen2='0' thenkeyin(0)<='1' ;count<=cou

13、nt+1;end if;end if;if count="001" thenif keyen1='0' then keyin(1)<='0' ;count<=count+1;elsif keyen2='0' then keyin(1)<='1' ;count<=count+1;end if;end if;if count="010" thenif keyen1='0' thenkeyin(2)<='0' ;count<=co

14、unt+1;elsif keyen2='0' then keyin(2)<='1' ; count<=count+1;end if;end if;精選資料，歡迎下載if count="011" thenif keyen1='0' then keyin(3)<='0' ; count<=count+1; shuru<='0'elsif keyen2='0' thenkeyin(3)<='1' ; count<=count+1

15、;shuru<='0'end if;end if;end if;if ok='0'and open1='0' thenif (keyin=password) and count="100" thenopen1<='1' shuru<='1'elsebeep1<='0'open1<='0'end if;end if;if ok='0'and open1='1'thencount<="000

16、" password<=keyin;end if;end if;end process;process(clk,start,ok) -塊報警模variable g:integer range 0 to 25000;beginif clk'event and clk='1'thenif g=25000 theng:=0;elseg:=g+1;end if;if g<=12500 and beep1='0' thenbeep<='0' elsebeep<='1' end if; end if;

17、 end process;process(clk)variable n:integer range 0 to 2500;- 計數(shù)模塊beginif clk'event and clk='1'thenif n=2500 thenn:=0;if temp="11"then temp<="00" else temp<=temp+1;end if;精選資料，歡迎下載elsen:=n+1;end if;end if;end process;process(clk) -數(shù)碼管顯示模塊beginif clk'event an

18、d clk='1'thenif count="001" thencase temp iswhen "00" => dig<="01111111" ;if keyin(0)='0'then seg<="11000000"else seg<="11111001"end if;when others =>seg<="11111111" ;end case ;elsif count="010" t

19、hencase temp iswhen "00" => dig<="01111111" ;if keyin(1)='0'then seg<="11000000"else seg<="11111001"end if;when "01" => dig<="10111111" ;if keyin(0)='0'then seg<="11000000"else seg<="11

20、111001"end if;when others =>seg<="11111111" ;end case ;elsif count="011" thencase temp iswhen "00" => dig<="01111111" ;if keyin(2)='0'then seg<="11000000" else seg<="11111001"end if;when "01" => d

21、ig<="10111111" ; if keyin(1)='0'then seg<="11000000" else seg<="11111001"end if; when "10" => dig<="11011111" ; if keyin(0)='0'then seg<="11000000" else seg<="11111001"end if; when others =>seg<="11111111" ; end case ;elsif count="100" thencase temp iswhen "00" => dig<="01111111" ;if keyin(3)='0'the