EDA電子密碼鎖

1、東 北 石 油 大 學(xué)課 程 設(shè) 計課 程 EDA技術(shù)課程設(shè)計 題 目 電子密碼鎖 院 系 電子科學(xué)學(xué)院 專業(yè)班級 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號 指導(dǎo)教師 2013年 3 月8日東北石油大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書課程 EDA技術(shù)課程設(shè)計題目 電子密碼鎖專業(yè) 電子信息工程 姓名 學(xué)號主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等主要內(nèi)容：設(shè)計一個密碼鎖的控制電路，第一個按鈕觸動后的5秒內(nèi)若未將鎖打開，則電路自動復(fù)位并進(jìn)入自鎖狀態(tài)，當(dāng)輸入正確代碼時，輸出開鎖信號以推動執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作?；疽螅?、設(shè)計一個密碼鎖的控制電路，當(dāng)輸入正確代碼時，輸出開鎖信號以推動執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，用紅燈亮、綠燈熄滅表示關(guān)鎖，用綠燈亮、紅燈熄滅表示開鎖；2

2、、在鎖的控制電路中儲存一個可以修改的4位代碼，當(dāng)開鎖按鈕開關(guān)（設(shè)置成8位，其中實(shí)際有效為4位，其余為虛設(shè)）的輸入代碼等于儲存代碼時，開鎖；3、從第一個按鈕觸動后的5秒內(nèi)若未將鎖打開，則電路自動復(fù)位并進(jìn)入自鎖狀態(tài)，使之無法再打開，并由揚(yáng)聲器發(fā)出持續(xù)20秒的報警信號，并輸出一個信號推動LED不斷閃爍。主要參考資料：1 潘松著.EDA技術(shù)實(shí)用教程(第二版). 北京：科學(xué)出版社,2005.2 康華光主編.電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分. 北京：高教出版社,2006.3 閻石主編.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ). 北京：高教出版社,2003.完成期限 2013.3.8 指導(dǎo)教師 專業(yè)負(fù)責(zé)人 2013年 3月4日一、設(shè)計思想1

3、.基本原理根據(jù)設(shè)計要求，該電子密碼鎖主要有設(shè)置密碼，5秒時間輸入密碼（即第一個按鍵按下后的5秒內(nèi)輸入密碼），報警（即超出5秒后若未將鎖開啟則揚(yáng)聲器發(fā)出20秒的報警信號，同時一個LED不斷閃爍），開鎖時輸出聲光信號（即揚(yáng)聲器發(fā)出5秒的信號，同時對應(yīng)的指示燈發(fā)生變換）的功能。因此，我的設(shè)計思路是輸入datain（3 downto 0）為四位密碼按鍵，其對應(yīng)的二進(jìn)制序列為密碼（當(dāng)然也可以設(shè)置6位或8位，其中實(shí)際有效為4位，其余為虛設(shè)），enter1為設(shè)置密碼確認(rèn)鍵（上升沿有效），enter2為輸入密碼確認(rèn)鍵（上升沿有效），set為模式選擇鍵（0為設(shè)置密碼，1為輸入密碼），系統(tǒng)時鐘clk_1k設(shè)置為1

4、024Hz；輸出有l(wèi)ed_r（紅燈）、led_g（綠燈）、led_alert（報警指示燈）、speaker（揚(yáng)聲器）。首先在set為0的情況下，將4位按鍵設(shè)置成想要的密碼（例如1001），然后按一下enter1將密碼鎖存起來，這時對應(yīng)的指示燈由紅燈滅、綠燈滅變成紅燈亮、綠燈滅（表示關(guān)鎖），接著將set設(shè)為1，此時將4位按鍵設(shè)置成輸入的密碼（初始值都還原為0），按enter2進(jìn)行確認(rèn)，第一個按鍵按下后會產(chǎn)生一個5秒計時信號，若5秒內(nèi)將鎖開啟，則對應(yīng)的指示燈由紅燈亮、綠燈滅變成紅燈滅、綠燈亮（表示開鎖），同時揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的提示信號，若5秒后沒有將鎖開啟，則報警，揚(yáng)聲器發(fā)出20秒的信號，報警指示燈

5、閃爍20秒。2. 設(shè)計框圖圖1 設(shè)計框圖2、 設(shè)計步驟和調(diào)試過程1、模塊設(shè)計和相應(yīng)模塊程序（1）分頻由于要產(chǎn)生5秒、20秒的計時信號，故對系統(tǒng)時鐘clk_1k進(jìn)行分頻來得到1Hz的時鐘clk。其模塊及部分程序如下：process(clk_1k) variable count:std_logic_vector(9 downto 0);beginif(clk_1k'event and clk_1k='1') then 圖3 分頻模塊圖count:=count+1;end if;clk<=count(9);end process;仿真波形如下：圖4 仿真圖（2）設(shè)置密碼

6、本模塊主要是將設(shè)置的密碼鎖存到中間變量ram中去，同時控制燈的變化，由于這里的燈并不能作為最終的輸出，所以這里先用led_r_temp1、led_r_temp2代替。其模塊及部分程序如下：process(enter1,set)beginif(enter1'event and enter1='1') thenif(set='0') then ram<=datain;led_r_temp1<='1'led_g_temp1<='0' 圖5 模塊圖else led_r_temp1<='0'l

7、ed_g_temp1<='0'end if;end if;end process;仿真波形如下：圖6 仿真圖（3）輸入密碼時第一個按鍵判斷信號本模塊主要在密碼輸入下，當(dāng)?shù)谝粋€按鍵按下時產(chǎn)生一個judge信號（高電平有效），其模塊及部分程序如下：process(set,clk_1k,datain)Begin if(clk_1k'event and clk_1k='1') then if(set='0') then judge<='0' 圖7 模塊圖elsif(set='1') thenif(dat

8、ain(0) or datain(1) or datain(2) or datain(3)='0') then judge<='0'elsif(datain(0) or datain(1) or datain(2) or datain(3)='1') thenjudge<='1'else judge<='0'end if;end if;end if;end process;仿真波形如下：圖8 仿真圖從仿真波形上看，當(dāng)按鍵按下后judge信號由0變?yōu)?，但是當(dāng)按鍵重新彈回0時，judge信號又回到0

9、，所以需對judge高電平信號進(jìn)行鎖存：signal temp:std_logic:='0'beginprocess(judge)begin 圖9 模塊圖if(judge'event and judge='1') thentemp<='1'end if;end process;judge_load<=temp;圖10 仿真圖（4）5秒計時信號該模塊是產(chǎn)生一個5秒計時的信號state，5秒期間為1，當(dāng)5秒時間過去后state變?yōu)?，并作為報警信號。其模塊及部分程序如下：signal count_5:std_logic_vecto

10、r(2 downto 0);signal state1:std_logic;beginprocess(clk) 圖11 模塊圖beginif(clk'event and clk='1') then if(judge_load='1') then 第一個按鍵按下if(count_5="101") thencount_5<="101"else count_5<=count_5+1;end if;end if;end if;end process;process(count_5)begincase count

11、_5 iswhen "000"=>state1<='1'when "001"=>state1<='1'when "010"=>state1<='1'when "011"=>state1<='1'when "100"=>state1<='1'when others=>state1<='0'end case;end process;s

12、tate<=state1 and set;確保在set置為1而第一個按鍵沒有按下時，state為高電平，即剛進(jìn)入輸入密碼狀態(tài)而第一個按鍵沒有按下時state為高電平。仿真波形如下：圖12 仿真圖根據(jù)仿真波形可以看出，set為0時設(shè)置密碼，當(dāng)set為1時，在judge_load（按鍵識別信號）為0的情況下，state為1，保證下面將要提及的報警模塊不會工作，而只有當(dāng)judge_load為1，且5秒過后state變?yōu)?時才有可能發(fā)出報警信號（密碼輸錯的情況下）。（5）開鎖信號的產(chǎn)生本模塊主要是對輸入的密碼進(jìn)行判斷，一旦密碼輸入正確，產(chǎn)生一個開鎖信號unlock（高電平有效）。其模塊與部分程序

13、如下：process(enter2)begin if(enter2'event and enter2='1') then輸入密碼確認(rèn)if(set='1') then if(state='1') then5秒期間if(datain=ram) thenunlock<='1'開鎖信號else unlock<='0'end if;end if;end if;end if; 圖13 模塊圖end process; 輸入正確密碼仿真波形：圖14 仿真圖輸入錯誤密碼仿真波形：圖15 仿真圖（6）報警模塊本模塊

14、主要是在5秒限制時間結(jié)束時，如果還沒有開鎖，就產(chǎn)生報警信號。即長達(dá)20秒的聲光信號。這里的報警信號指示燈用led_r_temp3表示，揚(yáng)聲器用speaker_temp2表示。其模塊及部分程序如下：signal count_20:std_logic_vector(4 downto 0);signal temp:std_logic; beginprocess(clk) Begin 圖16 模塊圖if(clk'event and clk='1') thenif(set='0')thentemp<='0'elsif(set='1&#

15、39;) thenif(state='0') thenif(count_20="10100") then count_20<="10100"temp<='0'else count_20<=count_20+1;temp<='1'speaker_temp2<=clk_1k;end if;end if;end if;end if;end process;led_r_temp3<=temp and clk and (not unlock);speaker_temp2<=t

16、emp and clk_1k and (not unlock);仿真波形如下：圖17 仿真圖可見當(dāng)state由1變?yōu)?且沒有unlock信號時，輸出20秒的聲光信號以示報警。（7）開鎖信號控制指示燈變化模塊本模塊是實(shí)現(xiàn)當(dāng)開鎖信號產(chǎn)生時，相應(yīng)的指示燈由紅亮綠滅變成紅滅綠亮。這里同樣先用led_r_temp2、led_g_temp2代表紅燈和綠燈。其模塊及部分程序如下：process(clk_1k,state)beginif(clk_1k'event and clk_1k='1') then if(state='1') then 圖18 模塊圖if(unlo

17、ck='1') thenled_r_temp2<='0'led_g_temp2<='1'else led_r_temp2<='1'led_g_temp2<='0'end if;end if;end if;end process;仿真波形如下：圖19 仿真圖（8）開鎖信號產(chǎn)生2秒提示音模塊當(dāng)開鎖信號產(chǎn)生時，揚(yáng)聲器發(fā)出兩秒的提示音。這里用speaker_temp2代替。其模塊及部分程序如下：signal count_2:std_logic_vector(1 downto 0);signal te

18、mp:std_logic;beginprocess(clk) 圖20 模塊圖beginif(clk'event and clk='1') then1秒Hzif(unlock='1') then if(count_2="10") thencount_2<="10"temp<='0'else count_2<=count_2+1;temp<='1'end if;end if;end if;end process;speaker_temp1<=clk_1k a

19、nd temp;仿真波形如下：圖21 仿真圖（9）指示燈綜合輸出模塊本模塊主要是將led_r_temp1、led_g_temp1、led_r_temp2、led_g_temp2經(jīng)過條件判斷選擇輸出，設(shè)置密碼（set=0）時輸出led_r_temp1、led_g_temp1，輸入密碼（set=1）時輸出led_r_temp2、led_g_temp2。其模塊及部分程序如下：if(set='0') then led_r<=led_r_temp1; led_g<=led_g_temp1;Else 圖22 模塊圖led_r<=led_r_temp2; led_g<

20、=led_g_temp2;仿真波形如下：圖23 仿真圖（10）揚(yáng)聲器綜合輸出模塊本模塊主要是將報警音speaker_temp1和開鎖提示音speaker_temp2經(jīng)過條件選擇判斷輸出，set=0時，輸出為0；當(dāng)set=1且unlock=0時輸出speaker_temp1，當(dāng)unlock=1時，輸出speaker_temp2。其模塊及部分程序如下：if(set='0') thenspeaker<='0'elsif(unlock='1') then speaker<=speaker_temp1; 圖24 模塊圖elsespeaker<=speaker_temp2;end if;仿真波形如下：圖25 仿真圖3、仿真及仿真結(jié)果分析頂層模塊詳見報告后面所附的頂層模塊圖，仿真波形如下：輸入錯誤密碼：圖26 仿真圖輸入正確密碼：圖27 仿真圖4、實(shí)驗(yàn)調(diào)試結(jié)果本次的設(shè)計基本完成了LED數(shù)碼顯示，蜂鳴器設(shè)置?；就瓿闪祟A(yù)期的目標(biāo)，配合軟件仿真的實(shí)現(xiàn)。但是由于時間倉促、條件有限，設(shè)計成果并不是很完美，但對于這一整個電子密碼鎖系統(tǒng)，設(shè)計的程序已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)。3、 結(jié)論及心得體會通過這次設(shè)計，使我對EDA產(chǎn)生了濃厚的興趣