课程设计fpga密码锁

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1、FPGA实 验 报 告实验名称：FPGA课程设计实验日期：2013年6月3日姓 名：学 号：一、实验目的1设计一个密码锁 2加深FPGA电路原理的理解3掌握VHDL语言的使用，学会用VHDL语言来编程解决实际问题4.学会使用EDA开发软件设计小型综合电路，掌握仿真的技巧5.学会应用开发系统实现硬件电路，检验电路的功能二、实验内容题目：电子密码锁内容：设计一个4位串行数字锁1开锁代码为4位二进制，当输入代码的位数与锁内给定的密码一致，且按规定程序开锁时，方可开锁。否则进入“错误”状态，发出报警信号。2锁内的密码可调，且预置方便，保密性好。3串行数字锁的报警，直到按下复位开关，才停下。此时，数字锁

2、又自动等待下一个开锁状态。三、实验步骤1.系统总框图本系统的硬件部分主要由密码锁按键消抖模块，密码输入比较更改模块，密码显示模块、报警模块组成。整体系统框图如下图所示。2.密码锁的主要功能密码锁控制器的主要功能有：（1）密码输入：有二个按键来控制（分别代表0和1），每按下一个键，要求在数码管上显示，并依次左移。（2）密码校验：如果有按键按下，直到松开该按键，如果密码校验正确，无变化，否则如果密码校验错误蜂鸣器响，表明密码错误。（3）错误报警：密码输入错误开始报警。（4）密码修改：输入密码正确后按按键输入要设置和更改的密码，按按键确认密码设置与更改，则密码设置成功。3.密码锁的各个模块（1）按键

3、消抖。每按下一个键，仅产生一个信号脉冲，作为按键的使能信号，使能信号控制显示的数字。（2）密码输入比较密码输入值的比较主要有两部分 ,密码位数和内容 ,任何一个条件不满足 ,都不能打开锁。锁内密码为 “0000” , key2 和 key1 置低电平 ,分别表示输入 “1” 和 “0” 。输入密码前先按start键,再依次正确输入0000,会在数码管逐一显示，按确认键，经检验 ,输入的密码 等于锁内预先设置的密码密码锁开启信号,锁开启。同时,可以进行密码修改。若在输入密码的过程中 ,4 位二进制密码出现输入错误 ,那么锁不能开启 ,同时，蜂鸣器发出报警信号 。直到按下复位开关 ,报警才停止。此

4、时 ,数字锁又自动进入等待下一次开锁的状态。（3）密码修改为防止任意进行密码修改 ,必须在正确输入密码后 ,才能重新设置密码。输入正确密码后 ,锁打开 ,就可直接进行修改密码的操作。修改密码实质就是用输入的新密码去取代原来的旧密码， 按确定按键ok, 存储新密码。（4）报警 对50M晶振进行分频，实现对蜂鸣器的控制（5）数码显示八段数码管是电子开发过程中常用的输出显示设备。在本设计中使用的是8个四位一体、共阴极型八段数码管。其单个静态数码管如下图所示。由于八段数码管公共端连接到VCC（共阳极型），当数码管的中的一个段被输入低电平，则相应的这一段被点亮。反之则不亮。四位一体的八段数码管在单个静态

5、数码管的基础上加入了用于选择哪一位数码管的位选信号端口。八个数码管的a、b、c、d、e、f、g、h、dp都连在了一起，8个数码管分别由各自的位选信号来控制，被选通的数码管显示数据，其余关闭。 单个数码管管脚示意图 本实验通过计数信号count控制数码管亮的个数，用temp信号控制数码管的动态扫描显示，以实现每输入一位密码，数码管显示左移一位。4.软件仿真 （1）密码输入正确时，蜂鸣器不响，beep=1。（默认密码为0000），仿真图如下：（2）密码输入错误时（0001），蜂鸣器响，beep=0。（默认密码为0000），仿真图如下：四、实验总结这次密码锁的设计过程表明，用VHDL可以快速、灵活地

6、设计出符合要求的密码锁控制器，而且操作简单。可以实现密码输入、密码校验、密码设置和更改等功能。设计过程能够在设计完成后在Quartus环境下进行电路的模拟仿真，反馈结果可以验证程序设计的可行性与可靠性。本密码锁控制器设置的是4位密码，在系统复位后，输入一个完整的密码串，输入完后，系统会进行比对，如果发现密码吻合，则开门，如果输入的密码串都是错误的，则系统报警。这样的设计可以很好的满足人们的日常需求。同时，密码锁还具有密码修改功能，方便操作，使得密码锁的使用更加安全、便捷。在软件、硬件设计和仿真过程中间我们也遇到不少问题，但最终还是把它们解决了，使得设计符合要求。除了自己思考设计之外，这与和同学

7、的同心协力的合作与讨论是分不开的的。相互的探讨使得我们的思路更加开阔，解决问题的办法也更多。总之，此次课程设计让我收益良多，同时因为有了实践操作，对EDA技术能够更好的掌握和应用了。附：VHDL程序总代码library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity lock isport( key1,key2:in std_logic; -按键 clk,start,ok: in std_logic; -时钟，开始，确定，复位 beep:ou

8、t std_logic:=1; -正确，蜂鸣器信号 dig:out std_logic_vector(7 downto 0); -数码管片选信号 seg:out std_logic_vector(7 downto 0) -数码管片内显示 );end lock;architecture rt1 of lock issignal keyin,password:std_logic_vector(3 downto 0):=0000; -输入密码，密码signal open1:std_logic:=0; -开锁信号signal beep1,keyen1,keyen2:std_logic:=1; -蜂鸣器

9、信号signal shuru:std_logic; -输入信号signal count: std_logic_vector(2 downto 0):=000; -计数输入密码的位数signal temp: std_logic_vector(1 downto 0):=00; beginprocess(clk,key1)variable m:integer range 0 to 250000; -按键消抖beginif clkevent and clk=1then if key1=0 then if m=250000 then m:=m; else m:=m+1;end if;if m=24999

10、9 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; -按键消抖beginif clkevent and clk=1then if key2=0 then if 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

11、process; process(clk,start,ok) -密码输入,比较,修改模块 begin if clkevent and clk=1then if start=0 then shuru=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 then keyin(0)=1 ; count=count+1;end if; end if; if count=001

12、thenif keyen1=0 thenkeyin(1)=0 ; count=count+1; elsif keyen2=0 thenkeyin(1)=1 ; count=count+1;end if; end if;if count=010 thenif keyen1=0 thenkeyin(2)=0 ; count=count+1; elsif keyen2=0 thenkeyin(2)=1 ; count=count+1;end if; end if; if count=011 thenif keyen1=0 thenkeyin(3)=0 ; count=count+1; shuru=0

13、; elsif keyen2=0 thenkeyin(3)=1 ; count=count+1; shuru=0;end if; end if; end if; if ok=0and open1=0 then if (keyin=password) and count=100 then open1=1; shuru=1; else beep1=0;open1=0; end if; end if; if ok=0and open1=1then count=000; password=keyin; end if; end if; end process;process(clk,start,ok)

14、-报警模块 variable g:integer range 0 to 25000; begin if clkevent and clk=1then if g=25000 then g:=0; else g:=g+1; end if; if g=12500 and beep1=0 then beep=0; else beep=1; end if; end if; end process;process(clk)variable n:integer range 0 to 2500; -计数模块beginif clkevent and clk=1then if n=2500 then n:=0;

15、if temp=11then temp=00; else temp dig=01111111 ; if keyin(0)=0then seg=11000000; else segseg dig=01111111 ; if keyin(1)=0then seg=11000000; else seg dig=10111111 ; if keyin(0)=0then seg=11000000; else segseg dig=01111111 ; if keyin(2)=0then seg=11000000; else seg dig=10111111 ; if keyin(1)=0then seg

16、=11000000; else seg dig=11011111 ; if keyin(0)=0then seg=11000000; else segseg dig=01111111 ; if keyin(3)=0then seg=11000000; else seg dig=10111111 ; if keyin(2)=0then seg=11000000; else seg dig=11011111 ; if keyin(1)=0then seg=11000000; else seg dig=11101111 ; if keyin(0)=0then seg=11000000; else segnull; end case ; else dig=11111111 ;seg=11111111; end if;end if;end process ; end rt1;