00-110903-0059-基于VHDL的电子密码锁的设计论文.doc

摘要

FPGA/VHDL是近几年集成电路中发展最快的产品。由于FPGA性能的高速发展以及设计人员自身能力的提高，可编程逻辑器件供应商将进一步扩大可编程芯片的领地，将复杂的专用芯片挤向高端和超复杂应用。据ICInsights的数据显示，FPGA市场从1999年的29亿美元增长到去年的56亿美元，几乎翻了一番。Matas预计这种高速增长局面以后很难出现，但可编程逻辑器件依然是集成电路中最具活力和前途的产业。

本文介绍的VHDL密码锁应具有如下功能：密码预先存入寄存器中，开锁时，输入密码存入另一寄存器中，当按下“确定”键时，启动比较器，比较两个寄存器中的内容，当结果相同时开锁;当结果不同时不开锁。用户需要修改密码时，先开锁，再按“设定密码”，清除预先存入的密码，通过键盘输入新的2位十进制码，按“确定”完成。

关键词：VHDL，密码锁，矩阵

目录

TOC\o1-3\h\z\u摘要 1

目录 2

一、设计要求 3

二电路组成 3

三功能电路的设计 4

1、总体设计框图 4

2、键盘接口电路 4

3．时序产生电路 6

4．键盘扫描电路 7

5．键盘消抖电路 8

6．键盘译码电路 10

7．按键存储电路 13

（1）SISO—串行输入/串行输出 14

（2）SIPO--串行输入/并行输出 15

（3）PISO--并行输入/串行输出 16

（4）PIPO--并行输入/并行输出 17

8．密码设置和比较模块 18

9．电锁控制电路设计 19

（1）数字按键输入部分 19

（2）功能键输入部分 19

（3）三种工作模式 19

附件1：程序清单 20

一、设计要求

设计一个简单的数字电子密码锁，密码为6位。

功能

1、密码输入：每按下一个键，要求在数码管上显示，并依次左移；

2、密码清除：清除密码输入，并将输入置为”000000

3、密码修改：将当前输入设为新的密码；

4、上锁和开锁。

二电路组成

为达到以上功能，可将电子密码锁分为以下几个模块：

1、键盘接口电路

键盘矩阵、键盘扫描、键盘消抖、键盘译码及按键存储。

2、电锁控制电路：

数字按键输入、存储及清除。

功能按键的设计。

密码清除、修改与存储。

电锁的激活与解除。

3、输出显示电路

BCD译码、动态扫描电路。

三功能电路的设计

1、总体设计框图

2、键盘接口电路

矩阵式键盘工作原理：

矩阵式键盘是一种常见的输入装置，在计算机、电话、手机、微波炉等各工电子产品中被广泛应用。如图所示为一3×4矩阵式键盘。矩阵式键盘以行、列形式排列，图中为4行3列，键盘上的每一个按键盘其实是一个开关电路，当某键被按下时，该按键所对应的位置就呈现逻辑0的状态，键盘的扫描可以以行扫或列扫方式进行，图中为行扫方式，KEYR3—KEYR0为扫描信号，其中的某一位为0即扫描其中的一行，具体见表1-1.

键盘扫描信号KEYR3与第一行相连，KEYR2与第二行相连，依此类推。很显然，扫描信号的变化顺序为：0111、1011、1101、1110，周而复始。在扫描的过程中，当有键按下时，对应的键位就为逻辑0状态，从而从KEYC2..0读出的键值相应列为0.具体情况如表1-2所示：

若从KEYC2..0读出的值全为1时，表示没有键被按下，则不进行按键的处理。如果的键被按下，则将KEYC2..0读出的送至键盘译码电路进行译码。

表1-2键盘扫描与其对应的键值的关系时序产生电路：

时序电路的产生：

在一个系统的设计中，往往需要多种时钟信号，最为方便的方法是利用一个自由计数器来产生各种需要的频率。本电路需要：系统主时钟、消抖取样时钟和动态扫描时钟。

3．时序产生电路

有如下VHDL程序，请分析其输出结果：

LIBRARYIEEE;

USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

USEIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;

USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

ENTITYfree_counterIS

PORT(

CLK:INSTD_LOGIC;

CLK_A:OUTSTD_LOGIC;

CLK_B:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(1DOWNTO0)

);

ENDfree_counter;

ARCHITECTUREaOFfree_counterIS

SIGNALQ:STD_LOGIC_VECTOR(6DOWNTO0);

BEGIN

PROCESS(CLK)

BEGIN

IFCLKEVENTANDCLK=1