VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)電子密碼鎖(門鈴)程序設(shè)計(jì)

ID:670450 · 發(fā)表于 2019-12-22 15:05

1．開鎖代碼為8位二進(jìn)制數(shù)，當(dāng)輸入代碼的位數(shù)和位值與鎖內(nèi)給定的密碼一致，且按規(guī)定程序開鎖時(shí)，方可開鎖，并點(diǎn)亮開鎖指示燈LT。否則，系統(tǒng)進(jìn)入“錯(cuò)誤”狀態(tài)，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

2．開鎖程序由設(shè)計(jì)者確定，并要求鎖內(nèi)給定的密碼是可調(diào)的，且預(yù)置方便，保密性好。

3．串行數(shù)字鎖的報(bào)警方式是點(diǎn)亮77指示燈LF，并使喇叭鳴叫來(lái)報(bào)警，報(bào)警動(dòng)作響1分鐘，停10秒鐘后再重復(fù)出現(xiàn)，直到按下復(fù)位開關(guān)，報(bào)警才停止。此時(shí)，數(shù)字鎖自動(dòng)進(jìn)入等待下一次開鎖的狀態(tài)。

4．報(bào)警器可以兼作門鈴用，門鈴響的時(shí)間通常為7～10秒。

2 設(shè)計(jì)分析及系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如下圖所示:

本實(shí)驗(yàn)要求串行輸入八位密碼,密碼可以隨意設(shè)置,可以任意更改, 并且能夠存儲(chǔ).而且能夠顯示出當(dāng)前已經(jīng)輸入或者設(shè)置的位數(shù),待輸入八位后通過(guò)比較電路與預(yù)先設(shè)置的密碼進(jìn)行比較.如果輸入的密碼與存儲(chǔ)的密碼相同鎖體打開如果輸入的密碼與存儲(chǔ)的密碼不同則報(bào)警系統(tǒng)打開發(fā)出警報(bào).由于還要求有門鈴功能所以增加一個(gè)門鈴輸入當(dāng)門鈴按下后門鈴響十秒鐘。

對(duì)于密碼存儲(chǔ)以及密碼輸入比較部分主要由load 控制。

Load	0	1
li	0	1
La	1	0
系統(tǒng)功能	設(shè)置密碼	輸入密碼

load為0時(shí)系統(tǒng)功能為設(shè)置密碼，此時(shí)只需要順序串行輸入八位0/1密碼即可，系統(tǒng)將輸入的密碼自動(dòng)保存在存儲(chǔ)器內(nèi)以便于輸入的密碼進(jìn)行比較，當(dāng)load為1時(shí)系統(tǒng)功能為輸入密碼，此時(shí)只需要順序串行輸入八位0/1即可，待輸入八位后系統(tǒng)自動(dòng)將剛輸入的密碼與存儲(chǔ)器內(nèi)的密碼進(jìn)行比較如果密碼正確則開鎖信號(hào)lt為1，否則警報(bào)信號(hào)lf 和響鈴信號(hào)alm為1 lt為0

對(duì)于門鈴部分當(dāng)檢測(cè)到press信號(hào)的下降沿時(shí)門鈴開始響，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，此時(shí)始終脈沖頻率為50MHz/16MHz=3.125Hz ，此時(shí)當(dāng)計(jì)數(shù)器為30時(shí)既時(shí)間為30/3.125=9.6秒時(shí)門鈴自動(dòng)關(guān)閉。

3系統(tǒng)以及模塊硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)電路圖

系統(tǒng)電路圖如上如所示其中clk1腳接入50MHz的方波，load有兩種狀態(tài)----高電平和低電平狀態(tài)。k0 k1 press clr 分別接到四個(gè)去抖開關(guān)上開關(guān)按下去為低電平 lt alm2 lf alm分別接到四個(gè)發(fā)光二級(jí)管上，當(dāng)輸出為1時(shí)二極管發(fā)光。y0[0~6]分別接到HEX7對(duì)應(yīng)的引腳上實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示功能。Y1[0~6]分別接到HEX5對(duì)應(yīng)的引腳上實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示功能。其余各種邏輯功能由芯片內(nèi)部計(jì)算執(zhí)行來(lái)實(shí)現(xiàn)。芯片內(nèi)部程序通過(guò)對(duì)clk、load、k0、k1、press、clr輸入信號(hào)的處理通過(guò)lt、alm2、lf、alm、y0[0~6]、y1[0~6]進(jìn)行輸出來(lái)達(dá)到系統(tǒng)所需要的功能。

DE2開發(fā)板上使用的元件要給出使用管腳編號(hào)。

接口名稱	類型 (輸入/輸出)	符號(hào)	引腳號(hào)	說(shuō)明
CLK	輸入	CLOCK_50	PIN_N2	輸入50MHz的時(shí)鐘頻率
LOAD	輸入	SW[17]	PIN_V2	修改（0）/設(shè)置（1）密碼
K0	輸入	KEY[0]	PIN_G26	輸入密碼0（低電平有效）
K1	輸入	KEY[1]	PIN_N23	輸入密碼1（低電平有效）
Press	輸入	KEY[2]	PIN_P23	門鈴按鈕（低電平有效）
CLR	輸入	KEY[3]	PIN_W26	復(fù)位開關(guān)（低電平有效）
lt	輸出	LEDR[0]	PIN_AE23	開鎖成功指示燈
alm2	輸出	LEDR[12]	PIN_AD15	門鈴（小燈）
lf	輸出	LEDR[16]	PIN_AE12	開鎖失敗指示燈
alm	輸出	LEDR[17]	PIN_AD12	開鎖失敗報(bào)警器（小燈）
y0[0]	輸出	HEX7[0]	PIN_L3	輸入密碼七段碼顯示
y0[1]	輸出	HEX7[1]	PIN_L2	輸入密碼七段碼顯示
y0[2]	輸出	HEX7[2]	PIN_L9	輸入密碼七段碼顯示
y0[3]	輸出	HEX7[3]	PIN_L6	輸入密碼七段碼顯示
y0[4]	輸出	HEX7[4]	PIN_L7	輸入密碼七段碼顯示
y0[5]	輸出	HEX7[5]	PIN_P9	輸入密碼七段碼顯示
y0[6]	輸出	HEX7[6]	PIN_N9	輸入密碼七段碼顯示
y1[0]	輸出	HEX5[0]	PIN_T2	修改密碼七段碼顯示
y1[1]	輸出	HEX5[1]	PIN_P6	修改密碼七段碼顯示
y1[2]	輸出	HEX5[2]	PIN_P7	修改密碼七段碼顯示
y1[3]	輸出	HEX5[3]	PIN_T9	修改密碼七段碼顯示
y14]	輸出	HEX5[4]	PIN_R5	修改密碼七段碼顯示
y1[5]	輸出	HEX5[5]	PIN_R4	修改密碼七段碼顯示
y1[6]	輸出	HEX5[6]	PIN_R3	修改密碼七段碼顯示

4 系統(tǒng)的VHDL設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的主要功能是通過(guò)VHDL語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)的。語(yǔ)言代碼如下。

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;
use ieee.std_logic_arith.all;
entity mima is
port (clk:in std_logic; --定義時(shí)鐘
k0:in std_logic; --輸入一位0
k1:in std_logic; --輸入一位1
clr:in std_logic; --復(fù)位
load:in std_logic; --改變狀態(tài)
press:in std_logic; --門鈴按鈕
alm2:out std_logic; --門鈴
lt:out std_logic; --開鎖信號(hào)
y0:out std_logic_vector(6 downto 0); --輸入位數(shù)顯示
y1:out std_logic_vector(6 downto 0); --輸出位數(shù)顯示
lf:out std_logic; --亮燈
alm:out std_logic); --報(bào)警鈴
end mima;
architecture aaa of mima is
signal shift,lock:std_logic_vector(7 downto 0):="00000000"; --定義shift，lock
signal lam1,lam:std_logic_vector(7 downto 0); --定義lam1，lam
signal la,li:std_logic; --定義la，li
signal clk1:std_logic; --定義clk1
signal p:std_logic_vector (4 downto 0); --定義p
signal aa:std_logic; --定義aa
begin
m16:process(clk) --將clk 16M分頻
variable q: std_logic_vector(22 downto 0);
begin
if clk'event and clk='1' then q:=q+1; --檢測(cè)clk上升沿 q=q+1
end if;
if q="11111111111111111111111" then clk1<='1'; -- clk1產(chǎn)生一個(gè)上升沿脈沖
else clk1<='0';
end if;
end process m16;
process(clk1,clr) --判斷是否復(fù)位
begin
if clr='0' then
la<='0';
li<='0';
elsif clk1'event and clk1='1' then --檢測(cè)clk1上升沿
if load='0' then --判斷狀態(tài)
la<='1'; --設(shè)置密碼
else
li<='1'; --輸出密碼
end if;
end if;
end process;
process(clk1,clr) --復(fù)位及輸入設(shè)置密碼
variable a:integer range 0 to 8;
begin
if clr='0' then --復(fù)位
lam<="00000000"; --lam置零
lam1<="00000000"; --lam1置零
shift<="00000000"; --shift置零
a:=0; --a置零
lt<='0'; --開鎖置零
lf<='0'; --警報(bào)燈置零
alm<='0'; --警報(bào)置零
elsif clk1'event and clk1='1' then --檢測(cè)上升沿
if li='1' then --輸入密碼
if a/=8 then --判斷密碼是否輸入完畢
if k1='0' then --輸入1
shift<='1'&shift(7 downto 1 ); --依次輸入一個(gè)1
lam<='1'&lam(7 downto 1); --點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的一個(gè)小燈
a:=a+1;
elsif k0='0'then --輸入一位0
shift<='0'&shift(7 downto 1); --依次輸入一個(gè)1
lam<='1'&lam(7 downto 1); --點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的一個(gè)小燈
a:=a+1;
end if;
else
a:=0;
if shift=lock then --判斷密碼是否正確
lt<='1'; --正確開鎖
else
lf<='1'; --錯(cuò)誤警報(bào)亮
alm<='1'; --錯(cuò)誤警報(bào)響
end if;
end if;
elsif la='1' then --輸入密碼
a:=0;
if k1='0' then --輸入一位1
lock<='1'&lock(7 downto 1); --lock密碼增加一位1
lam1<='1'&lam1(7 downto 1); --點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的燈
a:=a+1;
elsif k0='0' then --輸入一位0
lock<='0'&lock(7 downto 1); --lock密碼增加一位0
lam1<='1'&lam1(7 downto 1 ); --點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的燈
a:=a+1;
end if;
end if;
end if;
end process;
code1:process(lam) --將小燈泡顯示轉(zhuǎn)換到LED顯示
begin
case lam is
when "00000000"=>y0<="1111111"; --顯示0
when "10000000"=>y0<="1111001"; --顯示1
when "11000000"=>y0<="0100100"; --顯示2
when "11100000"=>y0<="0110000"; --顯示3
when "11110000"=>y0<="0011001"; --顯示4
when "11111000"=>y0<="0010010"; --顯示5
when "11111100"=>y0<="0000010"; --顯示6
when "11111110"=>y0<="1111000"; --顯示7
when "11111111"=>y0<="0000000"; --顯示8
when others=>y0<="1111111"; --關(guān)閉數(shù)碼管
end case;
end process;
code2:process(lam1) --顯示位數(shù)
begin
case lam1 is
when "00000000"=>y1<="1111111"; --顯示0
when "10000000"=>y1<="1111001"; --顯示1
when "11000000"=>y1<="0100100"; --顯示2
when "11100000"=>y1<="0110000"; --顯示3
when "11110000"=>y1<="0011001"; --顯示4
when "11111000"=>y1<="0010010"; --顯示5
when "11111100"=>y1<="0000010"; --顯示6
when "11111110"=>y1<="1111000"; --顯示7
when "11111111"=>y1<="0000000"; --顯示8
when others=>y1<="1111111"; --關(guān)閉數(shù)碼管
end case;
end process;
pp:process(press) --門鈴功能
begin
if press='0' then --按下門鈴
alm2<='1'; --門鈴響
end if;
if clk1'event and clk1='1' then p<=p+1; --延時(shí)10秒
end if;
if p=30 then
p<="00000";
alm2<='0'; --關(guān)閉門鈴
end if;
end process pp;
end aaa;

復(fù)制代碼

本系統(tǒng)運(yùn)行在聯(lián)想計(jì)算機(jī)平臺(tái)和Altera DE2平臺(tái)，用的是quartus60軟件調(diào)試環(huán)境，系統(tǒng)的參數(shù)選取均按照要求適當(dāng)選取。

對(duì)密碼模塊：開始時(shí)，先給系統(tǒng)清零，即使clr為0（按下KEY[3]），若設(shè)置密碼則SW[17]開關(guān)撥下使load為低電平，此時(shí)通過(guò)按去抖開關(guān)KEY[0],KEY[1]進(jìn)行密碼設(shè)置0和1，每輸入一位密碼則數(shù)目管顯示的數(shù)字加1直到輸入第8位

設(shè)置密碼：仿真圖如下如所示。設(shè)置密碼時(shí)將SW[17]撥下使load為低電平并且clr為高電平此時(shí)可以設(shè)置密碼，由圖可以看出設(shè)置的密碼為00000111每設(shè)置一位密碼數(shù)碼管HEX5的七個(gè)引腳都隨著y1[0~6]的變化而變化，進(jìn)而顯示出當(dāng)前的位數(shù)。

設(shè)置密碼仿真圖

當(dāng)輸入密碼時(shí)，SW[17]開關(guān)撥上使load為高電平輸入密碼開始，此時(shí)通過(guò)按去抖開關(guān)KEY[0],KEY[1]進(jìn)行密碼設(shè)置0和1，每輸入一位密碼則數(shù)目管顯示的數(shù)字加1直到輸入第8位。系統(tǒng)自動(dòng)將輸入的密碼與預(yù)設(shè)的密碼進(jìn)行比較如果相同則開鎖。開鎖成功仿真圖如下如所示，此時(shí)設(shè)置的密碼為00001111輸入的密碼為00001111，由圖可以看每設(shè)置一位密碼數(shù)碼管HEX5的七個(gè)引腳都隨著y1[0~6]的變化而變化，進(jìn)而顯示出當(dāng)前的位數(shù)。此時(shí)clr為高電平load為低電平當(dāng)密碼輸入完畢后將load變?yōu)楦唠娖竭M(jìn)行密碼輸入輸入方法與設(shè)置密碼相同沒(méi)設(shè)置一位密碼數(shù)碼管HEX7的七個(gè)引腳都隨著y0[0~6]的變化而變化，進(jìn)而顯示出當(dāng)前的位數(shù)。當(dāng)輸完八位密碼后系統(tǒng)將其與預(yù)先設(shè)置的密碼進(jìn)行對(duì)比，由于設(shè)置與輸入的密碼相同所以lt為高電平開鎖，lf、alm為低電平?jīng)]有反應(yīng)。

密碼正確開鎖成功仿真圖

開鎖不成功仿真圖如下如所示，此時(shí)設(shè)置的密碼為00000111輸入的密碼為00000011，由圖可以看每設(shè)置一位密碼數(shù)碼管HEX5的七個(gè)引腳都隨著y1[0~6]的變化而變化，進(jìn)而顯示出當(dāng)前的位數(shù)。此時(shí)clr為高電平load為低電平當(dāng)密碼輸入完畢后將load變?yōu)楦唠娖竭M(jìn)行密碼輸入輸入方法與設(shè)置密碼相同沒(méi)設(shè)置一位密碼數(shù)碼管HEX7的七個(gè)引腳都隨著y0[0~6]的變化而變化，進(jìn)而顯示出當(dāng)前的位數(shù)。當(dāng)輸完八位密碼后系統(tǒng)將其與預(yù)先設(shè)置的密碼進(jìn)行對(duì)比，由于設(shè)置與輸入的密碼不同所以lt為低電平不開鎖，lf、alm為高電平，警報(bào)響起，警報(bào)燈亮起

密碼錯(cuò)誤開鎖不成功仿真圖

門鈴功能仿真圖如下圖所示。對(duì)于門鈴部分當(dāng)檢測(cè)到press信號(hào)的下降沿時(shí)門鈴開始響，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器為30時(shí)門鈴自動(dòng)關(guān)閉

門鈴功能仿真圖

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ID:704279 · 發(fā)表于 2020-3-9 03:17

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