三位电子密码锁

EDA课程设计报告

报告名称：电子密码锁

院系：工学院

专业：通信工程

学号： 201301030303

姓名：蔡官耀

指导老师：杨永福

EDA课程设计蔡官耀

目录

一、概述 (2)

二、设计要求 (2)

三、设计框图 (3)

四、功能模块 (4)

4.1 输入模块 (4)

4.2 控制模块 (6)

4.3扫描器部 (8)

4.4二四译码器 (10)

4.5显示模块 (10)

五、总体设计电路图 (11)

六、心得体会 (14)

三位密码锁2013010303

一、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。

二、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：手动输入3组四位二进制密码。

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clockopen灯（绿灯）亮，表示开锁成功。

3 错误显示：当密码输入错误时，clockcolse灯（红灯）

亮，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RST可清除前面的输入值，清除为“000”。

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三、设计框图

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下图。

三位密码锁2013010303

电子密码锁系统总体框图

四、功能模块

4.1 输入模块

1）功能介绍

输入3组四位二进制密码，代表3为密码，每一组的取值从0000到1001

2）输入模块与实物图

当按下rst键清除密码，清除为“000”此时如图输入密码

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“000”rt为高电平，change为低电平检测密码，密码正确，此时锁打开，绿灯亮。

而后随意改变密码输入值如“222” rt为高电平，change 为低电平检测密码，密码不正确，开锁失败，红灯亮。

3)程序输入

程序如下：

LIBRARY IEEE;

USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

ENTITY SR IS

PORT (PUL1,PUL2,PUL3:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);

Q1,Q2,Q3:OUT

STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0));

END SR;

ARCHITECTURE BEHAVE OF SR IS

SIGNAL TEMP:STD_LOGIC;

BEGIN

PROCESS(PUL1,PUL2,PUL3)

BEGIN

-- IF M'EVENT AND M='1' THEN

--IF PUL='1' THEN

CASE PUL1 IS

WHEN "0000"=>Q1<="0000";

WHEN "0001"=>Q1<="0001";

WHEN "0010"=>Q1<="0010";

WHEN "0011"=>Q1<="0011"; WHEN "0100"=>Q1<="0100"; WHEN "0101"=>Q1<="0101"; WHEN "0110"=>Q1<="0110"; WHEN "0111"=>Q1<="0111"; WHEN "1000"=>Q1<="1000"; WHEN "1001"=>Q1<="1001"; WHEN OTHERS=>Q1<="0000"; END CASE;

CASE PUL2 IS

WHEN "0000"=>Q2<="0000"; WHEN "0001"=>Q2<="0001"; WHEN "0010"=>Q2<="0010"; WHEN "0011"=>Q2<="0011"; WHEN "0100"=>Q2<="0100"; WHEN "0101"=>Q2<="0101"; WHEN "0110"=>Q2<="0110"; WHEN "0111"=>Q2<="0111"; WHEN "1000"=>Q2<="1000"; WHEN "1001"=>Q2<="1001"; WHEN OTHERS=>Q2<="0000";

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END CASE;

CASE PUL3 IS

WHEN "0000"=>Q3<="0000"; WHEN "0001"=>Q3<="0001"; WHEN "0010"=>Q3<="0010"; WHEN "0011"=>Q3<="0011"; WHEN "0100"=>Q3<="0100"; WHEN "0101"=>Q3<="0101"; WHEN "0110"=>Q3<="0110"; WHEN "0111"=>Q3<="0111"; WHEN "1000"=>Q3<="1000"; WHEN "1001"=>Q3<="1001"; WHEN OTHERS=>Q3<="0000"; END CASE;

-- TEMP<='1';

--ELSE TEMP<='0';

--END IF;

--END IF;

END PROCESS;

--Q<=TEMP;

END BEHAVE;

4.2 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clockopen灯（绿灯）亮，表示开锁成功。当密码输入错误时，clockclose灯（红灯）亮，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RST可清除前面的输入值，清除为“000”。

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2）控制模块

当change为高电平且rt为低电平时开始输入密码，改变密码的值，如下图开始密码改为“311”，当rt为高电平，change 为低电平时开始检测密码，绿灯亮，表示密码更改成功，新密码为“311”。

而后随意改变密码的输入值如图“000”，拨动rt高电平，change为低电平检测密码，密码不正确，开锁失败，红灯亮。

3）其程序如下：

LIBRARY IEEE;

USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

ENTITY CONTROL IS

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

NS:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);

NG:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);

CLK:IN STD_LOGIC;

CHANGE,RT: IN STD_LOGIC;

SB:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);

SS:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);

SG:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);

LOCKOPEN,LOCKCLOSE:OUT STD_LOGIC);

END ENTITY CONTROL;

ARCHITECTURE ART OF CONTROL IS

SIGNAL ENABLE,ENABLE1:STD_LOGIC;

SIGNAL

DA,DB,DC:STD_LOGIC_VECTOR(3

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DOWNTO 0);

BEGIN

ENABLE<=CHANGE AND(NOT RT);

ENABLE1<=RT AND(NOT CHANGE);

PROCESS(CLK,NB,NS,NG) IS

BEGIN

IF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN

IF ENABLE='1' THEN

DA<=NB;

DB<=NS;

DC<=NG;

LOCKOPEN<='0';

LOCKCLOSE<='1';

elsif ENABLE1='1' THEN

IF ( DA=NB AND DB=NS AND DC=NG) THEN

LOCKOPEN<='1';

LOCKCLOSE<='0';

ELSE

LOCKOPEN<='0';

LOCKCLOSE<='1';

END IF;

END IF;

END IF;

--END IF;

SS<=NS;

SG<=NG;

SB<=NB;

END PROCESS;

END ARCHITECTURE ART;

4.3扫描器部

其功能是从控制部分的3个输出中选择出一组四位二进制送往译码器，同时把扫描信号SEL送往二四译码器

1）控制模块：

EDA课程设计蔡官耀2）其程序如下：

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(1 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<="00";

QOUT<="0000"; ELSIF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN IF CNT=2 THEN

CNT:=0;

ELSE

CNT:=CNT+1;

END IF;

CASE CNT IS

WHEN 0=>QOUT<=QIN1;

sel<="00";

WHEN 1=>QOUT<=QIN2;

sel<="01";

WHEN 2=>QOUT<=QIN3;

sel<="10";

WHEN OTHERS=>QOUT<="1111"; sel<="11";

END CASE;

END IF;

END PROCESS;

END ARCHITECTURE;

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4.4二四译码器

1）控制模块

2）其程序如下：

--DECODER24A.VHD

LIBRARY IEEE;

USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY DECODER24A IS

PORT(A:IN STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);

B:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0));

END ENTITY DECODER24A; ARCHITECTURE ART OF DECODER24A IS BEGIN

PROCESS(A)IS

BEGIN

CASE A IS

WHEN "00"=>B<="0001";

WHEN "01"=>B<="0010";

WHEN "10"=>B<="0100";

WHEN OTHERS=>B<="1111"; END CASE;

END PROCESS;

END ARCHITECTURE ART;

4.5显示模块

1)功能介绍

将密码用BCD七段数码管显示

2)显示模块如下图：

EDA课程设计蔡官耀3)程序如下：

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<="1111110"WHEN num="0000"ELSE "0110000"WHEN num ="0001"ELSE

"1101101"WHEN num ="0010"ELSE

"1111001"WHEN num ="0011"ELSE

"0110011"WHEN num ="0100"ELSE

"1011011"WHEN num ="0101"ELSE

"1011111"WHEN num ="0110"ELSE

"1110000"WHEN num ="0111"ELSE

"1111111"WHEN num ="1000"ELSE

"1111011"WHEN num ="1001"ELSE

"1110111"WHEN num ="1010"ELSE

"0011111"WHEN num ="1011"ELSE

"1001110"WHEN num ="1100"ELSE

"0111101"WHEN num ="1101"ELSE

"1001111"WHEN num ="1110"ELSE

"1000111"WHEN num ="1111"; END ARCHITECTURE ACT;

五、总体设计电路图

1）功能介绍

将各个模块连接在一起实现。

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EDA课程设计蔡官耀引脚分配图如下：

三位密码锁2013010303

六、心得体会

通过这次设计，使我对EDA产生了浓厚的兴趣。特别是当每一个子模块编写调试成功时，心里特别的开心。在编写扫描模块时，我遇到了很大的困难，一直被定时问题所困扰，解决了这个问题时，我特别的高兴。写控制文件的程序时，也遇到了不少问题，特别是各元件之间的连接，以及信号的定义，总是有错误，在细心的检查下，终于找出了错误和警告，排除困难后，程序编译就通过了。其次，在进行引脚连接时一定要细心，有些引脚不能使用，我因为没注意使得开始时一直不能得到正确的结果。这次EDA课程设计历时两个星期，在整整两个星期的日子里，可以说是苦多于甜，但是可以学的到很多很多的东西，同时不仅可以巩固以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到的问题，反映出来我的许多不足之处，我以后要努力克服缺点。

总的来说，这次设计的密码锁还是比较成功的，在设计中遇到了很多问题，最后在队友和老师的辛勤的指导下外加上自己的努力，终于都得到了解决，因此很有成就感，终于觉得平时所学

EDA课程设计蔡官耀

的知识有了实用的价值，达到了理论与实际相结合的。