VHDL语言实现电子密码锁(门铃)程序设计

ID:670450 · 发表于 2019-12-22 15:05

1．开锁代码为8位二进制数，当输入代码的位数和位值与锁内给定的密码一致，且按规定程序开锁时，方可开锁，并点亮开锁指示灯LT。否则，系统进入“错误”状态，并发出报警信号。

2．开锁程序由设计者确定，并要求锁内给定的密码是可调的，且预置方便，保密性好。

3．串行数字锁的报警方式是点亮77指示灯LF，并使喇叭鸣叫来报警，报警动作响1分钟，停10秒钟后再重复出现，直到按下复位开关，报警才停止。此时，数字锁自动进入等待下一次开锁的状态。

4．报警器可以兼作门铃用，门铃响的时间通常为7～10秒。

2 设计分析及系统方案设计

系统的结构图如下图所示:

本实验要求串行输入八位密码,密码可以随意设置,可以任意更改, 并且能够存储.而且能够显示出当前已经输入或者设置的位数,待输入八位后通过比较电路与预先设置的密码进行比较.如果输入的密码与存储的密码相同锁体打开如果输入的密码与存储的密码不同则报警系统打开发出警报.由于还要求有门铃功能所以增加一个门铃输入当门铃按下后门铃响十秒钟。

对于密码存储以及密码输入比较部分主要由load 控制。

Load	0	1
li	0	1
La	1	0
系统功能	设置密码	输入密码

load为0时系统功能为设置密码，此时只需要顺序串行输入八位0/1密码即可，系统将输入的密码自动保存在存储器内以便于输入的密码进行比较，当load为1时系统功能为输入密码，此时只需要顺序串行输入八位0/1即可，待输入八位后系统自动将刚输入的密码与存储器内的密码进行比较如果密码正确则开锁信号lt为1，否则警报信号lf 和响铃信号alm为1 lt为0

对于门铃部分当检测到press信号的下降沿时门铃开始响，计数器开始计数，此时始终脉冲频率为50MHz/16MHz=3.125Hz ，此时当计数器为30时既时间为30/3.125=9.6秒时门铃自动关闭。

3系统以及模块硬件电路设计

系统电路图

系统电路图如上如所示其中clk1脚接入50MHz的方波，load有两种状态----高电平和低电平状态。k0 k1 press clr 分别接到四个去抖开关上开关按下去为低电平 lt alm2 lf alm分别接到四个发光二级管上，当输出为1时二极管发光。y0[0~6]分别接到HEX7对应的引脚上实现数码管显示功能。Y1[0~6]分别接到HEX5对应的引脚上实现数码管显示功能。其余各种逻辑功能由芯片内部计算执行来实现。芯片内部程序通过对clk、load、k0、k1、press、clr输入信号的处理通过lt、alm2、lf、alm、y0[0~6]、y1[0~6]进行输出来达到系统所需要的功能。

DE2开发板上使用的元件要给出使用管脚编号。

接口名称	类型 (输入/输出)	符号	引脚号	说明
CLK	输入	CLOCK_50	PIN_N2	输入50MHz的时钟频率
LOAD	输入	SW[17]	PIN_V2	修改（0）/设置（1）密码
K0	输入	KEY[0]	PIN_G26	输入密码0（低电平有效）
K1	输入	KEY[1]	PIN_N23	输入密码1（低电平有效）
Press	输入	KEY[2]	PIN_P23	门铃按钮（低电平有效）
CLR	输入	KEY[3]	PIN_W26	复位开关（低电平有效）
lt	输出	LEDR[0]	PIN_AE23	开锁成功指示灯
alm2	输出	LEDR[12]	PIN_AD15	门铃（小灯）
lf	输出	LEDR[16]	PIN_AE12	开锁失败指示灯
alm	输出	LEDR[17]	PIN_AD12	开锁失败报警器（小灯）
y0[0]	输出	HEX7[0]	PIN_L3	输入密码七段码显示
y0[1]	输出	HEX7[1]	PIN_L2	输入密码七段码显示
y0[2]	输出	HEX7[2]	PIN_L9	输入密码七段码显示
y0[3]	输出	HEX7[3]	PIN_L6	输入密码七段码显示
y0[4]	输出	HEX7[4]	PIN_L7	输入密码七段码显示
y0[5]	输出	HEX7[5]	PIN_P9	输入密码七段码显示
y0[6]	输出	HEX7[6]	PIN_N9	输入密码七段码显示
y1[0]	输出	HEX5[0]	PIN_T2	修改密码七段码显示
y1[1]	输出	HEX5[1]	PIN_P6	修改密码七段码显示
y1[2]	输出	HEX5[2]	PIN_P7	修改密码七段码显示
y1[3]	输出	HEX5[3]	PIN_T9	修改密码七段码显示
y14]	输出	HEX5[4]	PIN_R5	修改密码七段码显示
y1[5]	输出	HEX5[5]	PIN_R4	修改密码七段码显示
y1[6]	输出	HEX5[6]	PIN_R3	修改密码七段码显示

4 系统的VHDL设计

系统的主要功能是通过VHDL语言来实现的。语言代码如下。

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; --定义时钟
k0:in std_logic; --输入一位0
k1:in std_logic; --输入一位1
clr:in std_logic; --复位
load:in std_logic; --改变状态
press:in std_logic; --门铃按钮
alm2:out std_logic; --门铃
lt:out std_logic; --开锁信号
y0:out std_logic_vector(6 downto 0); --输入位数显示
y1:out std_logic_vector(6 downto 0); --输出位数显示
lf:out std_logic; --亮灯
alm:out std_logic); --报警铃
end mima;
architecture aaa of mima is
signal shift,lock:std_logic_vector(7 downto 0):="00000000"; --定义shift，lock
signal lam1,lam:std_logic_vector(7 downto 0); --定义lam1，lam
signal la,li:std_logic; --定义la，li
signal clk1:std_logic; --定义clk1
signal p:std_logic_vector (4 downto 0); --定义p
signal aa:std_logic; --定义aa
begin
m16:process(clk) --将clk 16M分频
variable q: std_logic_vector(22 downto 0);
begin
if clk'event and clk='1' then q:=q+1; --检测clk上升沿 q=q+1
end if;
if q="11111111111111111111111" then clk1<='1'; -- clk1产生一个上升沿脉冲
else clk1<='0';
end if;
end process m16;
process(clk1,clr) --判断是否复位
begin
if clr='0' then
la<='0';
li<='0';
elsif clk1'event and clk1='1' then --检测clk1上升沿
if load='0' then --判断状态
la<='1'; --设置密码
else
li<='1'; --输出密码
end if;
end if;
end process;
process(clk1,clr) --复位及输入设置密码
variable a:integer range 0 to 8;
begin
if clr='0' then --复位
lam<="00000000"; --lam置零
lam1<="00000000"; --lam1置零
shift<="00000000"; --shift置零
a:=0; --a置零
lt<='0'; --开锁置零
lf<='0'; --警报灯置零
alm<='0'; --警报置零
elsif clk1'event and clk1='1' then --检测上升沿
if li='1' then --输入密码
if a/=8 then --判断密码是否输入完毕
if k1='0' then --输入1
shift<='1'&shift(7 downto 1 ); --依次输入一个1
lam<='1'&lam(7 downto 1); --点亮对应的一个小灯
a:=a+1;
elsif k0='0'then --输入一位0
shift<='0'&shift(7 downto 1); --依次输入一个1
lam<='1'&lam(7 downto 1); --点亮对应的一个小灯
a:=a+1;
end if;
else
a:=0;
if shift=lock then --判断密码是否正确
lt<='1'; --正确开锁
else
lf<='1'; --错误警报亮
alm<='1'; --错误警报响
end if;
end if;
elsif la='1' then --输入密码
a:=0;
if k1='0' then --输入一位1
lock<='1'&lock(7 downto 1); --lock密码增加一位1
lam1<='1'&lam1(7 downto 1); --点亮对应的灯
a:=a+1;
elsif k0='0' then --输入一位0
lock<='0'&lock(7 downto 1); --lock密码增加一位0
lam1<='1'&lam1(7 downto 1 ); --点亮对应的灯
a:=a+1;
end if;
end if;
end if;
end process;
code1:process(lam) --将小灯泡显示转换到LED显示
begin
case lam is
when "00000000"=>y0<="1111111"; --显示0
when "10000000"=>y0<="1111001"; --显示1
when "11000000"=>y0<="0100100"; --显示2
when "11100000"=>y0<="0110000"; --显示3
when "11110000"=>y0<="0011001"; --显示4
when "11111000"=>y0<="0010010"; --显示5
when "11111100"=>y0<="0000010"; --显示6
when "11111110"=>y0<="1111000"; --显示7
when "11111111"=>y0<="0000000"; --显示8
when others=>y0<="1111111"; --关闭数码管
end case;
end process;
code2:process(lam1) --显示位数
begin
case lam1 is
when "00000000"=>y1<="1111111"; --显示0
when "10000000"=>y1<="1111001"; --显示1
when "11000000"=>y1<="0100100"; --显示2
when "11100000"=>y1<="0110000"; --显示3
when "11110000"=>y1<="0011001"; --显示4
when "11111000"=>y1<="0010010"; --显示5
when "11111100"=>y1<="0000010"; --显示6
when "11111110"=>y1<="1111000"; --显示7
when "11111111"=>y1<="0000000"; --显示8
when others=>y1<="1111111"; --关闭数码管
end case;
end process;
pp:process(press) --门铃功能
begin
if press='0' then --按下门铃
alm2<='1'; --门铃响
end if;
if clk1'event and clk1='1' then p<=p+1; --延时10秒
end if;
if p=30 then
p<="00000";
alm2<='0'; --关闭门铃
end if;
end process pp;
end aaa;

复制代码

本系统运行在联想计算机平台和Altera DE2平台，用的是quartus60软件调试环境，系统的参数选取均按照要求适当选取。

对密码模块：开始时，先给系统清零，即使clr为0（按下KEY[3]），若设置密码则SW[17]开关拨下使load为低电平，此时通过按去抖开关KEY[0],KEY[1]进行密码设置0和1，每输入一位密码则数目管显示的数字加1直到输入第8位

设置密码：仿真图如下如所示。设置密码时将SW[17]拨下使load为低电平并且clr为高电平此时可以设置密码，由图可以看出设置的密码为00000111每设置一位密码数码管HEX5的七个引脚都随着y1[0~6]的变化而变化，进而显示出当前的位数。

设置密码仿真图

当输入密码时，SW[17]开关拨上使load为高电平输入密码开始，此时通过按去抖开关KEY[0],KEY[1]进行密码设置0和1，每输入一位密码则数目管显示的数字加1直到输入第8位。系统自动将输入的密码与预设的密码进行比较如果相同则开锁。开锁成功仿真图如下如所示，此时设置的密码为00001111输入的密码为00001111，由图可以看每设置一位密码数码管HEX5的七个引脚都随着y1[0~6]的变化而变化，进而显示出当前的位数。此时clr为高电平load为低电平当密码输入完毕后将load变为高电平进行密码输入输入方法与设置密码相同没设置一位密码数码管HEX7的七个引脚都随着y0[0~6]的变化而变化，进而显示出当前的位数。当输完八位密码后系统将其与预先设置的密码进行对比，由于设置与输入的密码相同所以lt为高电平开锁，lf、alm为低电平没有反应。

密码正确开锁成功仿真图

开锁不成功仿真图如下如所示，此时设置的密码为00000111输入的密码为00000011，由图可以看每设置一位密码数码管HEX5的七个引脚都随着y1[0~6]的变化而变化，进而显示出当前的位数。此时clr为高电平load为低电平当密码输入完毕后将load变为高电平进行密码输入输入方法与设置密码相同没设置一位密码数码管HEX7的七个引脚都随着y0[0~6]的变化而变化，进而显示出当前的位数。当输完八位密码后系统将其与预先设置的密码进行对比，由于设置与输入的密码不同所以lt为低电平不开锁，lf、alm为高电平，警报响起，警报灯亮起

密码错误开锁不成功仿真图

门铃功能仿真图如下图所示。对于门铃部分当检测到press信号的下降沿时门铃开始响，计数器开始计数，当计数器为30时门铃自动关闭

门铃功能仿真图

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ID:704279 · 发表于 2020-3-9 03:17

请问您下到板子上验证的代码和您上传的代码是否有改动呢？我下载您的代码后发现，无法下到fpga板子上。不知道您是否有空赐教

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