EDA电子密码锁的设计

单片机课程设计

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沈阳理工大学 2016年6月13日1

----EDA电子密码锁

目录

1. 概述.................................................1 2.设计要求...........................................1 3.总体框图...........................................2 3.1设计方案.......................................2 4.电子密码锁波形仿真...............................3 5.功能模块............................................4 5.1功能模块........................................4 5.1.1功能介绍...................................4 5.1.2输入模块与仿真图形.....................4 5.2控制模块........................................7 5.2.1功能介绍...................................7 5.2.2输入模块与仿真图形.....................7 5.3 显示模块......................................15 5.3.1 功能介绍.................................15 5.3.2 输入模块与仿真图形....................15 6.总体设计电路图...................................17 7.设计心得体会.....................................19

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1.概述

电子密码锁在生活中十分常见，在这我将设计一个具有较低成本的电子密码锁，本文讲述了我整个设计过程及收获。讲述了电子密码锁的的工作原理以及各个模块的功能，并讲述了所有部分的设计思路，对各部分电路方案的选择、元器件的筛选、以及对它们的调试、对波形图的分析，到最后的总体图的分析。

2.设计要求

本设计名称为电子密码锁，用四个模块，分别为输入模块、控制模块、扫描器模块、显示模块，来控制密码的输入、验证与显示。 设计所要实现的功能为：

1 数码输入：手动用3个拨码开关与3个按键设计三位密码的输入，并在显示器显示出该数值。

2 数码验证：开锁时输入密码后,拨动 RT键使其为高电平，而CHANGE为低电平检测，密码正确时开锁，输出LOCKOPEN灯灭，LOCKCLOSE灯亮，表示开锁成功。 3 错误显示：当密码输入错误时，LOCKOPEN灯亮，LOCKCLOSE灯灭，表示开锁失败。

4 更改密码：当改变密码时，按下CHANGE键使其为高电平，而RT为低电平时，可改变密码。

5 密码清除：按下REST可清除前面的输入值，清除为“888”。

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3.总体框图

1）设计方案：

电子密码锁，主要由三部分组成：密码输入电路、密码锁控制电路和密码锁显示电路。

作为电子密码锁的输入电路，可选用的方案有拨码与按键来控制输入和触摸式键盘输入等多种。拨码与按键和触摸式4*4键盘相比简单方便而且成本低，构成的电路简单，本设计中采用拨码与按键来作为该设计的输入设备。

数字电子密码锁的显示信息电路可采用LED数码显示管和液晶屏显示两种。液晶显示具有高速显示、可靠性高、易于扩展和升级的特点，但是普通的液晶存在亮度低、对复杂环境适应能力差的特点，但是在本设计中任然使用LED数码管。

根据以上选定的输入设备与与显示器件，并考虑到现实各项密码锁功能的具体要求，与系统的设计要求，系统设计采用自顶向下的设计方案。整个密码锁系统的总体总体框图如图3.1所示。

输入模块控 制模 块 拨码与按键 单脉冲控制 输入译码 寄存器与清零信号发生电路 LED灯 开/关锁电路 数值比较器 扫描电路 三选一选择器 2

显示模块BCD七段译码显示电路

图3.1电子密码锁系统总体框图

4.电子密码锁的波形仿真

使用QuartusⅡ进行电子密码锁设计的流程为 1.编写VHDL程序(使用Text Editor)（见附录）； 2.编译VHDL程序(使用Compiler)；

3.仿真验证VHDL程序(使用Waveform Editor， Simulator)； 4.进行芯片的时序分析(使用Timing Analyzer)； 5.安排芯片管脚位置(使用Floorplan Editor)； 6.下载程序至芯片(使用Programmer)。

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5.功能模块

5.1 输入模块

1）功能介绍

输入时有三个拨码键控制输入，每个拨码各控制一位密码，对于其中一个拨码键每拨一次码按一次按键，表示输入一位，当输入四位时输出一位数，用“888”作为初始密码。 2）输入模块与仿真图形

单脉冲控制如图5.1如下图

图5.1

上图为单脉冲控制输入，当M给一上升沿信号将在PUL输出一位与之对应的高或低电平。

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四位串行输入并行输出寄存器如下图5.1.2

图5.1.2

上图为4为串行输入并行输出寄存器，它由4个D触发组成，当reset为高电平时，每给一脉冲输入数据将向右移一位二值代码，它能同时复位

3)程序的输入

在文本区内输入程序，程序如下： 单脉冲信号控制 puls.vhd LIBRARY IEEE;

USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY puls IS

PORT (PUL,M:IN STD_LOGIC; Q:OUT STD_LOGIC); END puls;

ARCHITECTURE BEHAVE OF puls IS

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SIGNAL TEMP:STD_LOGIC; BEGIN PROCESS(M) BEGIN

IF M'EVENT AND M='1' THEN IF PUL='1' THEN TEMP<='1'; ELSE TEMP<='0'; END IF; END IF; END PROCESS; Q<=TEMP; END BEHAVE;

4位串行输入并行输出寄存器 shifter.vhd LIBRARY IEEE;

USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY shifter IS

PORT

(din:IN STD_LOGIC; );

reset,CLK: IN

STD_LOGIC;

qout: buffer STD_LOGIC_VECTOR(0 TO 3)

END shifter;

ARCHITECTURE act OF shifter IS BEGIN

PROCESS(CLK)

VARIABLE q:STD_LOGIC_VECTOR(0 TO 3);

BEGIN

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IF reset='0' THEN q:=(others=>'0'); ELSE

if clk'event and clk='1' then q(3):=q(2); q(2):=q(1); q(1):=q(0); q(0):=din;

END IF;

END IF; qout<=q; END PROCESS; END architecture act;

5.2 控制模块

1）功能介绍

开锁时输入密码后,拨动 RT键使其为高电平，而CHANGE为低电平检测，密码正确时开锁，输出LOCKOPEN灯灭，LOCKCLOSE灯亮，表示开锁成功。当密码输入错误时，LOCKOPEN灯亮，LOCKCLOSE灯灭，表示开锁失败。当改变密码时，按下CHANGE键使其为高电平，而RT为低电平时，可改变密码。按下REST可清除前面的输入值，清除为“888”。

2）控制模块与仿真图形 输入译码器图5.2.1，如下图

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图5.2.2

上图为译码器将4位二值代码转化成BCD码从“0000”～“1001”表示 0～9。

表5-2输入译码的真值表

输入输出

D C B A Y1 Y2 Y3 Y4 字形 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 2 0 0 1 1 0 0 1 1 3 0 1 0 0 0 1 0 0 4 0 1 0 1 0 1 0 1 5

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END IF; END IF; END PROCESS;

END ARCHITECTURE ART;

4选1选择器与扫描器 sel.vhd

LIBRARY IEEE;

USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY sel IS

PORT(QIN1,QIN2,QIN3:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);

CLK,RST:IN STD_LOGIC;

QOUT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); sel:OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0)); END sel;

ARCHITECTURE ART OF sel IS

BEGIN

PROCESS(CLK,RST)

VARIABLE CNT:INTEGER RANGE 0 TO 2;

BEGIN IF (RST='0') THEN CNT:=0; sel<=\QOUT<=\

ELSIF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN

IF CNT=2 THEN

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CNT:=0; ELSE CNT:=CNT+1;

END IF; CASE CNT IS

WHEN 0=>QOUT<=QIN1; sel<=\

WHEN 1=>QOUT<=QIN2; sel<=\

WHEN 2=>QOUT<=QIN3; sel<=\

WHEN OTHERS=>QOUT<=\sel<=\

END CASE; END IF; END PROCESS; END ARCHITECTURE ART;

5.3 显示模块

1)功能介绍

将密码用BCD七段数码管显示 2)显示模块与仿真波形图5.3，如下图

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图5.3

上图将BCD码转化到七段译码电路上

表5-3 BCD-七段数码管的真值表

输入输出

D C B A Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7字形 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 2 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 3 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 4 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 5 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 6 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 7 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 8 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 9 16

表5-3

在文本区内输入程序，程序如下： Seg7.vhd LIBRARY IEEE;

USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY Seg7 IS

PORT(num:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);

led:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0));

END Seg7;

ARCHITECTURE ACT OF Seg7 IS BEGIN

LED<=\ \ \ \

\\\\\\\\\\\

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\END ACT;

6.总体设计电路图

1）功能介绍

将各个模块连接在一起实现。 2）顶层文件如下：

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/itm.html