毕业论文：基于VHDL密码锁控制器设计（终稿）.doc

1绪 论 在日常的生活和工作中, 住宅与部门的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存多以加锁的办法来解决。若使用传统的机械式钥匙开锁，人们常需携带多把钥匙, 使用极不方便, 且钥匙丢失后安全性即大打折扣。随着科学技术的不断发展，人们对日常生活中的安全保险器件的要求越来越高。为满足人们对锁的使用要求，增加其安全性，用密码代替钥匙的密码锁应运而生。 基于EDA技术设计的电子密码锁。以其价格便宜、使用方便、安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点，受到了人们的普遍关注。而以可编程逻辑器件(FPGA)为设计载体，以硬件描述语言(VHDL)为主要表达方式，以QuartusⅡ5.1开发软件等为设计工具设计的电子密码锁，由于其能够实现密码输入、密码校验、密码设置和更改等功能，因此，能够满足社会对安全防盗的需求。 本设计的各个模块由相应的VHDL程序具体实现，并在QuartusⅡ5.1环境下进行了整体电路的模拟仿真，最终实现“密码锁控制器设计”的要求。 2 系统设计方案 2.1 设计基本要求 1、用VHDL语言编程实现，尽可能用Netlist的设计方法实现各模块的连接。 2、输入密码时，七段码管从右至左显示按键对应的数值，每按键(0～9)一次，显示左移一次，6次密码输入结束后系统开始校验，校验结束后，七段码管全灭。也就是显示部分维持的时间就是按键6次的时间和校验的时间。 3、密码输入连续三次错误开始报警，报警声要求为高声2.5KHz，低声1.25KHz交替报警，交替周期为1s（1Hz时钟，需要对系统时钟进行10K分频）。 4、用LED模块的LED1指示键盘状态，如果有按键按下，LED1亮起，直到松开该按键；用LED2指示门的状态，也就是密码校验结果，如果密码校验正确，LED2亮起，否则如果密码校验错误LED2闪烁4次，然后熄灭，表明密码错误。 5、具有密码设置和更改的功能。输入密码正确后5秒内按*号键输入要设置和更改的密码，按#号键确认密码设置与更改，连续输入两次，则密码设置成功。 2.2 设计方案 密码锁控制器是硬件与软件的结合。根据设计要求，决定以FPGA芯片和VHDL语言设计此电子密码锁。用一片FPGA芯片实现，从而大大简化了系统结构，降低了成本，提高了系统的保密性和可靠性。这种设计不仅简化了系统结构，降低了成本，更提高了系统的可靠性和保密性。另外,采用可编程逻辑器件开发的数字系统，方便地升级和改进。 2.3 系统总框图 本系统的硬件部分主要由密码锁控制电路、密码锁显示电路、LED显示电路、报警电路、密码更改与设置电路组成。整体系统框图如下图2.1所示。 图 2.1 密码锁控制器系统总框图 2.4 密码锁的内部结构及主要功能 2.4.1 密码锁的内部结构 密码锁控制器由密码锁主体部分和外部指示电路组成。其中密码锁主要作用是接收输入的密码并进行密码的验证操作；外部指示电路的主要作用是用LED数码管显示输入的密码以及根据密码验证的结果给出不同的LED指示灯和数码管显示；当连续输入三次次错误密码时，启动报警装置，报警装置则采用扬声器。 2.4.2 密码锁的主要功能 密码锁控制器的主要功能有： （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）密码校验：如果有按键按下，LED1亮起，直到松开该按键；用LED2指示门的状态，也就是密码校验结果，如果密码校验正确，LED2亮起，否则如果密码校验错误LED2闪烁4次，然后熄灭，表明密码错误。 （3）错误报警：密码输入连续三次错误开始报警。 （4）密码修改：输入密码正确后5秒内按*号键输入要设置和更改的密码，按#号键确认密码设置与更改，连续输入两次，则密码设置成功。 3 系统硬件电路 3.1密码显示电路 七段数码管是电子开发过程中常用的输出显示设备。在本设计中使用的是8个四位一体、共阴极型七段数码管。其单个静态数码管如下图3.6所示。 由于七段数码管公共端连接到GND（共阴极型），当数码管的中的一个段被输入高电平，则相应的这一段被点亮。反之则不亮。共阳极性的数码管与之相反。四位一体的七段数码管在单个静态数码管的基础上加入了用于选择哪一位数码管的位选信号端口。八个数码管的a、b、c、d、e、f、g、h、dp都连在了一起，8个数码管分别由各自的位选信号来控制，被选通的数码管显示数据，其余关闭。 在键盘获取到行值和列值以后，组合成一个8位的数据，根据实现不同的编码在对每个按键进行匹配，找到键值后在7段码管显示。键盘扫描与7段数码管显示示意图如下图3.1所示。 图3.1 单个数码管管脚示意图 图3.2 键盘扫描与7段数码管显示示意图 3.2密码锁控制电路 3.2.1 软键盘的实现 通常在一个键盘中使用了一个瞬时接触开关，并且用如图2.3 所示的简单电路，微处理器可以容易