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文檔簡介
1、<p> 《EDA設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)》報(bào)告</p><p> 課程設(shè)計(jì)的目的: </p><p> 本課程設(shè)計(jì)主要是基于VHDL文本輸入法設(shè)計(jì)電子密碼鎖,隨著社會(huì)物質(zhì)財(cái)富的日益增長,安全防盜已成為全社會(huì)關(guān)注的問題?;贓DA技術(shù)設(shè)計(jì)的電子密碼鎖,以其價(jià)格便宜、安全可靠、使用方便,受到了人們的普遍關(guān)注。而以現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件(FPGA)為設(shè)計(jì)載體,以硬件描述語言(VHDE)為主要表達(dá)
2、方式,以QuartusⅡ開發(fā)軟件和GW48EDA開發(fā)系統(tǒng)為設(shè)計(jì)工具設(shè)計(jì)的電子密碼鎖,由于其能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)碼輸入、數(shù)碼清除、密碼解除、密碼更改、密碼上鎖和密碼解除等功能,因此,能夠滿足社會(huì)對(duì)安全防盜的要求。</p><p> 系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的基本功能</p><p> 密碼輸入:每按下一個(gè)數(shù)字鍵,就輸入一個(gè)數(shù)值,并在顯示器上顯示出該數(shù)值。同時(shí)將先前輸入的數(shù)據(jù)依次左移一個(gè)數(shù)字位置。</p&
3、gt;<p> 密碼清除:按下清除鍵可清除前面所有的輸入值,清除成為“0000”。</p><p> 密碼更改:按下更改鍵可將目前數(shù)據(jù)設(shè)定為新的密碼。</p><p> 密碼上鎖:按下上鎖鍵可將密碼鎖上鎖。</p><p> 密碼解除:按下解除鍵首先檢查輸入的密碼是否正確,密碼正確即解鎖。</p><p> 三、電子密
4、碼鎖的結(jié)構(gòu)原理</p><p> 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求,系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法。3.1 電子密碼鎖的整體結(jié)構(gòu)電子密碼鎖的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示,它包括密碼鎖輸入模塊、控制模塊和顯示模塊等。</p><p><b> 原理圖:</b></p><p><b> 圖1</b></p><p>
5、 《1》密碼鎖輸入模塊</p><p> 密碼鎖的輸入模塊由時(shí)序產(chǎn)生電路、鍵盤掃描電路、鍵盤譯碼電路和按鍵存儲(chǔ)電路組成。如下圖示:</p><p><b> 圖2</b></p><p><b> 時(shí)序產(chǎn)生電路</b></p><p> 產(chǎn)生電路中使用的三種不同頻率的工作脈沖波形,即系統(tǒng)時(shí)
6、鐘脈沖、彈跳消除取樣信號(hào)和鍵盤掃描信號(hào)。</p><p><b> 鍵盤掃描電路</b></p><p> 掃描電路的作用是提供鍵盤掃描信號(hào),掃描信號(hào)變化順序依次是1110—1101—1011—0111—1110.-----依序地周而復(fù)始。</p><p><b> c.鍵盤譯碼電路</b></p>&
7、lt;p> 上述鍵盤中的按鍵分為數(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,例如清除鍵、上鎖鍵和解鎖鍵等。數(shù)字按鍵主要是用來輸入數(shù)字的,但是鍵盤所產(chǎn)生的輸出是無法直接拿來用作密碼鎖控制電路的輸入的;另外,不同的按鍵具有不同的功能,所以必須由鍵盤譯碼電路來規(guī)劃每個(gè)按鍵的輸出形式,以便執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。</p><p><b> 按鍵存儲(chǔ)電路</b></p><
8、p> 因?yàn)槊恳淮螔呙钑?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。</p><p> 按鍵位置與數(shù)碼關(guān)系(表)圖3</p><p> 圖4所示是密碼鎖輸入模塊的仿真波形</p><p> 《2》密碼鎖控制模塊</p><p> 密碼鎖的控制電路是整個(gè)電路的控制中心,主要
9、完成對(duì)數(shù)字按鍵輸入和功能按鍵輸入的響應(yīng)控制。</p><p> a.?dāng)?shù)字按鍵輸入的響應(yīng)控制</p><p> 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,此后每新按下一個(gè)數(shù)字時(shí),顯示器上的數(shù)字必須左移一位,一邊將新的數(shù)字顯示出來。</p><p> 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
10、四位數(shù)。</p><p> 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。</p><p> b.功能按鍵輸入響應(yīng)控制</p><p> 清除鍵:清除所有的輸入數(shù)字,即做歸零動(dòng)作。</p><p> 上鎖鍵:按下此鍵時(shí)可將密碼鎖的門上鎖(上鎖前必須先設(shè)定一個(gè)四位的電子密
11、碼)。</p><p> 解除鍵:按下此建輝檢查輸入的密碼是否正確,若密碼正確無誤則解鎖。</p><p> 圖4所示是密碼鎖控制模塊的仿真波形</p><p> 《3》密碼鎖譯碼模塊:本電子密碼鎖的顯示模塊比較簡單,其作用是將控制模塊的BCD碼輸出轉(zhuǎn)換為7段顯示編碼,然后驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管,其仿真波形如圖6所示。</p><p> 電子密
12、碼鎖的整合和驗(yàn)證要完成電子密碼鎖的設(shè)計(jì),還必須將上述三個(gè)功能模塊進(jìn)行整合。其整合電路圖如圖1所示。電子密碼鎖整個(gè)系統(tǒng)的仿真如下圖示:</p><p><b> 四、設(shè)計(jì)的心得體會(huì)</b></p><p> 此次的設(shè)計(jì)是參考了《EDA技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)》里的程序,不過由于程序里面出現(xiàn)了不少的語法錯(cuò)誤,使得在編譯時(shí)出現(xiàn)了20多個(gè)錯(cuò)誤,不過在看過書后,細(xì)心地檢查過程
13、序后方能糾正過來。在糾正的過程中獲益良多。 在EDA軟件平臺(tái)上,用硬件描述語言VHDL完成設(shè)計(jì)文件,然后由計(jì)算機(jī)自動(dòng)地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真,直至對(duì)于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。感覺EDA還是很有研究價(jià)值的,能大大的減少設(shè)計(jì)者的工作量。</p><p> 從編寫程序到完成此次課程設(shè)計(jì),親自操作軟件起來從生硬到熟練,現(xiàn)在能較嫻熟的運(yùn)用QuartusⅡ。
14、</p><p><b> 附:VHDL源程序</b></p><p><b> 密碼鎖輸入模塊</b></p><p> LIBRARY IEEE ; </p><p> USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;</p><p> USE IE
15、EE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;</p><p> USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;</p><p> ENTITY SR IS</p><p> PORT(CLK_1K: IN STD_LOGIC;</p><p> KEY_IN: IN STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWN
16、TO 0);</p><p> DATA_N: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);</p><p> DATA_F: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);</p><p> FLAG_N: OUT STD_LOGIC;</p><p> FLAG_F: OUT STD_LO
17、GIC;</p><p> CQD: OUT STD_LOGIC;</p><p> KSEL: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);</p><p> CSR: OUT STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0));</p><p><b> END SR;</b>&
18、lt;/p><p> ARCHITECTURE ONE OF SR IS</p><p> SIGNAL C_QD: STD_LOGIC;</p><p> SIGNAL C_SR: STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0); </p><p> SIGNAL N,F: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO
19、0);</p><p> SIGNAL FN,FF: STD_LOGIC;</p><p> SIGNAL SEL: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);</p><p> SIGNAL Q: STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0);</p><p> SIGNAL C: STD_LOGIC_V
20、ECTOR(2 DOWNTO 0);</p><p><b> BEGIN </b></p><p> DATA_N<=N;</p><p> DATA_F<=F;</p><p> FLAG_N<=FN;</p><p> FLAG_F<=FF;</p&g
21、t;<p> CQD<=C_QD;</p><p> CSR<=C_SR;</p><p> KSEL<=SEL;</p><p> C(0)<=KEY_IN(0);</p><p> C(1)<=KEY_IN(1);</p><p> C(2)<=KEY_
22、IN(2);</p><p> COUNTER: BLOCK IS</p><p><b> BEGIN </b></p><p> PROCESS(CLK_1K)IS </p><p><b> BEGIN</b></p><p> IF(CLK_1K'E
23、VENT AND CLK_1K='1')THEN</p><p><b> Q<=Q+1;</b></p><p><b> END IF;</b></p><p> C_QD<=Q(3);</p><p> C_SR<=Q(5 DOWNTO 4);<
24、/p><p> END PROCESS;</p><p> SEL<="1110" WHEN C_SR=0 ELSE</p><p> "1101" WHEN C_SR=1 ELSE</p><p> "1011" WHEN C_SR=2 ELSE</p>&
25、lt;p> "0111" WHEN C_SR=3 ELSE</p><p><b> "1111";</b></p><p> END BLOCK COUNTER;</p><p> KEY_DECODER: BLOCK</p><p> SIGNAL Z: STD
26、_LOGIC_VECTOR(4 DOWNTO 0);</p><p><b> BEGIN </b></p><p> PROCESS(C_QD)</p><p><b> BEGIN</b></p><p> Z<=C_SR&C;</p><p>
27、IF(C_QD'EVENT AND C_QD='1') THEN</p><p><b> CASE Z IS</b></p><p> WHEN"11101"=>N<="0000";</p><p> WHEN"00011"=>N<
28、;="0001";</p><p> WHEN"00101"=>N<="0010";</p><p> WHEN"00110"=>N<="0011";</p><p> WHEN"01011"=>N<=&q
29、uot;0100";</p><p> WHEN"01101"=>N<="0101";</p><p> WHEN"01110"=>N<="0110";</p><p> WHEN"10011"=>N<="
30、0111";</p><p> WHEN"10101"=>N<="1000";</p><p> WHEN"10110"=>N<="1001";</p><p> WHEN OTHERS=>N<="1111";<
31、;/p><p><b> END CASE;</b></p><p><b> END IF;</b></p><p> IF C_QD'EVENT AND C_QD='1' THEN</p><p> CASE Z IS </p><p> W
32、HEN"11011"=>F<="0100";</p><p> WHEN"11110"=>F<="0001";</p><p> WHEN OTHERS=>F<="1000";</p><p><b> END CA
33、SE;</b></p><p><b> END IF;</b></p><p> END PROCESS;</p><p> FN<=NOT(N(3)AND N(2)AND N(1)AND N(0));</p><p> FF<=F(2) OR F(0);</p><
34、p> END BLOCK KEY_DECODER;</p><p> END ARCHITECTURE ONE;</p><p><b> 密碼鎖控制模塊</b></p><p> LIBRARY IEEE ; </p><p> USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;</p&
35、gt;<p> USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;</p><p> USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;</p><p> ENTITY CTRL IS</p><p> PORT (DATA_N: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);</p>&l
36、t;p> DATA_F: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);</p><p> FLAG_N: IN STD_LOGIC;</p><p> FLAG_F: IN STD_LOGIC;</p><p> MIMAIN: BUFFER STD_LOGIC;</p><p> SETIN: BUFFE
37、R STD_LOGIC;</p><p> OLD: BUFFER STD_LOGIC;</p><p> CQD: IN STD_LOGIC;</p><p> ENLOCK: OUT STD_LOGIC;</p><p> DATA_BCD: OUT STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0));</p>
38、;<p> END ENTITY CTRL;</p><p> ARCHITECTURE ONE OF CTRL IS</p><p> SIGNAL ACC,REG: STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0);</p><p><b> BEGIN</b></p><p> P
39、ROCESS(CQD,FLAG_F) IS </p><p><b> BEGIN </b></p><p> IF CQD'EVENT AND CQD='0' THEN </p><p> IF FLAG_F='1' THEN </p><p> IF(DATA_F=&q
40、uot;0100") THEN </p><p> ACC<="1111111111111111";</p><p> MIMAIN<='0'; SETIN<='0'; OLD<='0';</p><p> ELSIF(DATA_F="0001&qu
41、ot;) THEN</p><p> IF(MIMAIN='0' AND SETIN='0') THEN</p><p> CASE ACC(7 DOWNTO 0) IS</p><p> WHEN"00010001"=>ENLOCK<='1';</p><p&
42、gt; WHEN"10011001"=>MIMAIN<='1'; ACC<="1111111111111111";</p><p> WHEN"01010101"=>SETIN<='1'; ACC<="1111111111111111"; </p>
43、<p><b> OLD<='1';</b></p><p> WHEN OTHERS=>NULL;</p><p><b> END CASE;</b></p><p> ELSIF(MIMAIN='1') THEN </p><p>
44、 IF ACC=REG THEN</p><p> ENLOCK<='0';</p><p> MIMAIN<='0';</p><p><b> ELSE</b></p><p> MIMAIN<='0';</p><p&g
45、t;<b> END IF;</b></p><p> ELSIF(SETIN='1') THEN</p><p> IF(OLD='1') THEN</p><p> IF(ACC=REG) THEN</p><p><b> OLD<='0';
46、</b></p><p><b> ELSE</b></p><p> SETIN<='0';</p><p><b> OLD<='0';</b></p><p><b> END IF;</b></p&g
47、t;<p><b> ELSE</b></p><p> IF(ACC<"1001100110011001") THEN</p><p><b> REG<=ACC;</b></p><p> SETIN<='0';</p><
48、p><b> END IF;</b></p><p><b> END IF;</b></p><p><b> END IF;</b></p><p><b> END IF;</b></p><p> ELSIF FLAG_N='
49、;1' THEN </p><p> ACC<=ACC(11 DOWNTO 0)&DATA_N;</p><p><b> END IF;</b></p><p><b> END IF;</b></p><p> END PROCESS;</p><
50、;p> DATA_BCD<=ACC;</p><p> END ARCHITECTURE ONE;</p><p><b> 密碼鎖譯碼模塊</b></p><p> LIBRARY IEEE ; </p><p> USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;</p>
51、<p> USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;</p><p> ENTITY YM IS</p><p> PORT(DATA_BCD: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);</p><p> DOUT7: OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0));</p&
52、gt;<p><b> END YM;</b></p><p> ARCHITECTURE ONE OF YM IS</p><p><b> BEGIN</b></p><p> PROCESS(DATA_BCD)</p><p><b> BEGIN</b
53、></p><p> CASE DATA_BCD IS</p><p> WHEN"0000"=>DOUT7<="0111111";</p><p> WHEN"0001"=>DOUT7<="0000110";</p><p>
54、 WHEN"0010"=>DOUT7<="1011011";</p><p> WHEN"0011"=>DOUT7<="1001111";</p><p> WHEN"0100"=>DOUT7<="1100110";</p&
55、gt;<p> WHEN"0101"=>DOUT7<="1101101";</p><p> WHEN"0110"=>DOUT7<="1111101";</p><p> WHEN"0111"=>DOUT7<="0000111
56、";</p><p> WHEN"1000"=>DOUT7<="1111111";</p><p> WHEN"1001"=>DOUT7<="1101111";</p><p> WHEN OTHERS=>DOUT7<="00
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