1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)摘要摘要隨著數(shù)字集成技術(shù)和電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字密碼鎖應(yīng)運(yùn)而生。本文采用先進(jìn)的 EDA 技術(shù)，利用 QUARTUS 工作平臺(tái)和 VHDL 語言，設(shè)計(jì)了一種新型的數(shù)字密碼鎖,它不但可以完成鎖具的基本功能，還能附加一些其他的智能，例如：報(bào)警、識(shí)別功能，數(shù)字密碼鎖具功能齊全，安全系數(shù)高，有機(jī)械鎖無可比擬的優(yōu)越性，它的造價(jià)成本低，易于操作，越來越受到眾多客戶的青睞，可以優(yōu)先占領(lǐng)市場有利份額。關(guān)鍵詞：EDA 技術(shù) quartus工作平臺(tái) VHDL 語言 數(shù)字密碼鎖精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)目錄目錄1 1 引言引言.11.1

2、課程設(shè)計(jì)背景.11.2 課程設(shè)計(jì)目的.11.3 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容.22 2 數(shù)字密碼鎖設(shè)計(jì)數(shù)字密碼鎖設(shè)計(jì).22.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì).22.2 模塊功能.2 2.2.1 控制模塊 .2 2.2.2 比較模塊 .3 2.2.3 寄存模塊.53 3 仿真分析仿真分析.63.1 控制模塊的仿真.63.2 比較模塊的仿真.73.3 寄存模塊的仿真.83.4 系統(tǒng)的仿真波形.93.5 系統(tǒng)的引腳鎖定.114 4 總結(jié)總結(jié).11參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).13精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)1 引言引言1.11.1 課程設(shè)計(jì)背景課程設(shè)計(jì)背景隨著社會(huì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們的安全意識(shí)的加強(qiáng)，安全防盜已成為社會(huì)問

3、題。自古以來鎖在人們的生活中扮演著重要的角色，人們對其要求也較高，希望鎖既要安全可靠地防盜，又要使用方便。目前使用廣泛的彈子鎖由于要攜帶鑰匙，經(jīng)常更換鎖芯等缺點(diǎn)，已經(jīng)漸漸變得難以滿足當(dāng)前社會(huì)對于安全防盜的要求。而數(shù)字密碼鎖由于其高安全性、低成本、易操作、密碼可更換等優(yōu)點(diǎn)受到越來越多人的歡迎。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的迅速發(fā)展,ASIC 技術(shù)的日趨進(jìn)步和完善，數(shù)字系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)正朝著速度快、體積小、容量大、重量輕的方向發(fā)展。目前大部分密碼鎖采用單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，電路比較復(fù)雜，性能不夠靈活。而硬件描述語言 VHDL 的出現(xiàn)，則為設(shè)計(jì)者提供了一種用形式化方法來描述數(shù)字系統(tǒng)硬件電路的方法。VHDL 具有強(qiáng)大的系

4、統(tǒng)描述能力、規(guī)范的程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、靈活的語句表達(dá)風(fēng)格和多層次的仿真測試手段。VHDL 使得設(shè)計(jì)者可以進(jìn)行更大、更復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文采用先進(jìn)的 EDA 技術(shù)，利用 QUARTUS 工作平臺(tái)和 VHDL 語言，設(shè)計(jì)了一種新型的密碼鎖。該密碼鎖具有密碼預(yù)置和誤碼報(bào)警等功能，保密性好，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于以往的密碼鎖，使隨機(jī)破譯成功率幾乎為零，編碼可變，避免因人員的更替而使鎖的保密級別下降且有利于用戶編制易于記憶的密碼，因而該數(shù)字密碼鎖具有體積小、功耗低、價(jià)格便宜、安全可靠，維護(hù)和升級都十分方便等優(yōu)勢。1.21.2 課程設(shè)計(jì)目的課程設(shè)計(jì)目的1. 掌握 VHDL 語言編程方法，通過實(shí)踐加深對理論知識(shí)的理解。2

5、. 學(xué)會(huì) Quartus軟件的使用方法。3.掌握數(shù)字密碼鎖的設(shè)計(jì)方法。4.掌握波形仿真，學(xué)會(huì)分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，提高分析問題的能力。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)1.31.3 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容課程設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字密碼鎖，用戶可輸入 4 位的二進(jìn)制數(shù)，可有用戶任意輸入正確時(shí)開鎖，密碼輸入錯(cuò)誤時(shí)報(bào)警.碼可手動(dòng)預(yù)置，并可進(jìn)行修改密碼，取消報(bào)警。給出系統(tǒng)總體組成框圖，設(shè)計(jì)思路，完成以上模塊的 VHDL 實(shí)現(xiàn)及功能仿真，頂層文件及整體仿真。2 2 數(shù)字密碼鎖設(shè)計(jì)數(shù)字密碼鎖設(shè)計(jì)2.12.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法。頂層設(shè)計(jì)采用原理圖的設(shè)計(jì)方式和系統(tǒng)的整體組

6、裝，分別由控制模塊、寄存器模塊、比較器模塊等部分組成。即按照這三個(gè)組成模塊定義相應(yīng)的芯片引腳和輸入輸出的參數(shù)。2.22.2 模塊功能模塊功能根據(jù)“自頂而上”的設(shè)計(jì)方法，將系統(tǒng)頂層實(shí)體劃分為若干模塊，本實(shí)驗(yàn)大體可分為三個(gè)模塊，分別為：頂層實(shí)體控制器模塊，寄存器模塊，比較器模塊。控制器是整個(gè)系統(tǒng)的功能核心，接受按鍵和其他模塊傳來的信號(hào)，再根據(jù)系統(tǒng)功能產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)送到相關(guān)的模塊，輸出鑰匙信號(hào)和報(bào)警信號(hào)。2.2.12.2.1 控制模塊控制模塊控制模塊采用有限狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)分為 7 個(gè)狀態(tài)，即開鎖狀態(tài)（outlock） 、安鎖狀態(tài)(inlock)、輸入密碼狀態(tài)(input)、密碼初驗(yàn)正確狀態(tài)(

7、right)、密碼初驗(yàn)錯(cuò)誤狀態(tài)(wrong)、報(bào)警狀態(tài)(alarm)、修改密碼狀態(tài)(change)。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖 2-2-1。 lock=0enter=0enter=0精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)changeoutlockrightxinputwrongalarminlockenter=1xiu=0enter=1yes=1yes=0start=1enter=1enter=1系統(tǒng)上電時(shí)，處于開鎖狀態(tài)，當(dāng)輸入修改密碼 xiu 信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入修改密碼狀態(tài);若輸入安鎖 lock 信號(hào)，系統(tǒng)進(jìn)入安鎖狀態(tài)，鎖閉合：在安鎖狀態(tài)，輸入輸入密碼start 信號(hào)，系統(tǒng)進(jìn)入輸入密碼狀態(tài)；在輸入密碼

8、狀態(tài)，如輸入密碼內(nèi)容和長度均正確，進(jìn)入密碼初驗(yàn)正確狀態(tài)，如果密碼錯(cuò)誤，進(jìn)入密碼初驗(yàn)錯(cuò)誤狀態(tài)；在密碼初驗(yàn)正確狀態(tài)，輸入確認(rèn)信號(hào) enter 時(shí)，進(jìn)入開鎖狀態(tài)，在開鎖狀態(tài) kai 信號(hào)等于1 ；在密碼初驗(yàn)錯(cuò)誤狀態(tài)，輸入確認(rèn)信號(hào) enter 時(shí)，進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)；在報(bào)警狀態(tài)。warn 信號(hào)等于1 。VHDL 代碼如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity mima is port(clk,lock,start,xiu,enter,yes:in std_logic; warn,kai,wr,en:out std_logic);end; archit

9、ecture bhv of mima istype state is(inlock,input,rightx,wrong,unlock,change,alarm);signal ps,ns:state;begin process(clk)圖 2-2-1 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖enter=0enter=0start=0精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) begin if clkevent and clk=1then pskai=0;en=0;warn=0; wr=0; if(start=1)then ns=input; else nsen=1;kai=0;warn=0; wr=0; if(yes=1

10、)then ns=rightx; else nsen=0;kai=0;warn=0; wr=0; if enter=1 then ns=unlock; else nsen=0;kai=0;warn=0; wr=0; if enter=1then ns=alarm; else nskai=1;warn=0;en=0; wr=0; if lock=1then ns=inlock; elsif xiu=1then ns=change; else nswarn=1;kai=0;en=0; wr=0;精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) if enter=1then ns=inlock; else

11、 nsen=1;warn=0;kai=1; wr=1; if enter=1then ns=unlock; else ns=change; end if; end case; end process;end;2.2.22.2.2 比較模塊比較模塊在數(shù)字密碼器中，比較器模塊的功能是對按鍵輸入和寄存器模塊的輸出進(jìn)行比較，然后將比較的結(jié)果送入到控制器模塊。比較器的具體工作原理是：當(dāng)比較結(jié)果相等時(shí)，c 輸出為 1；當(dāng)比較結(jié)果不相等時(shí)，c 的輸出為 0。VHDL 代碼如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity bi isport(a,b:in s

12、td_logic_vector(3 downto 0); c:out std_logic);end;architecture bhv of bi isbeginc=1when a=b else 0;end;2.2.32.2.3 寄存模塊寄存模塊寄存器模塊用于存放預(yù)設(shè)和修改后的密碼，并在開鎖時(shí)將所存密碼輸出到比較精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)器與按鍵輸入的密碼進(jìn)行比較，判斷由按鍵輸入密碼是否正確的結(jié)果。VHDL 代碼如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity ji isport(clk,wr,en:in std_logic;

13、data_in:in std_logic_vector(3 downto 0); data_out:out std_logic_vector(3 downto 0);end;architecture bhv of ji issignal m:std_logic_vector(3 downto 0);beginprocess(clk)begin if clkevent and clk=1 then if (en=1and wr=1) then data_out=data_in;m=data_in; else data_outclk,lock=lock,start=start, xiu=xiu,e

14、nter=enter,yes=g,kai=kai, warn=warn,wr=d,en=e);u2:ji port map(clk=clk,wr=d,en=e,data_in=key,data_out=f);u3:bi port map(a=key,b=f,c=g);精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)3.53.5 系統(tǒng)的引腳鎖定系統(tǒng)的引腳鎖定如圖 3-5 所示：圖 3-5 引腳鎖定表精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)4 4 總結(jié)總結(jié)通過這次的課程設(shè)計(jì)，使我對 EDA 這門課程、對 Quartus開發(fā)軟件和 FPGA 實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)有了一個(gè)更加深刻的認(rèn)識(shí)。我深深地被 EDA 的強(qiáng)大

15、所震撼，Quartus開發(fā)軟件雖然使用起來有些麻煩，但它的功能真的很強(qiáng)大，而且設(shè)計(jì)很自由，設(shè)計(jì)方式很多，能極大地滿足當(dāng)今社會(huì)高速發(fā)展的需要。通過這次課程設(shè)計(jì)，我還懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性。我們只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從實(shí)踐中檢驗(yàn)理論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，并且我們也可以在實(shí)踐中提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力，使自己更加適合當(dāng)今社會(huì)的需要。這次關(guān)于密碼鎖的課程設(shè)計(jì)，總的來說，還是比較成功的。在設(shè)計(jì)的過程中遇到的問題，反映出來我的許多不足之處，我以后要努力克服缺點(diǎn)。說真的，這次的課程設(shè)計(jì)真的很不容易，在過程中遇到了不少的問題。如：編寫源程序時(shí)，經(jīng)常不能通過。就如在寫頂層文件的程序時(shí)，遇到了不少的問題，各元件之間的連接、頂層文件程序與底層文件程序之間的連接以及信號(hào)的定義，總是有錯(cuò)誤。但在老師同學(xué)的幫助下，再加上自己不懈的努力，最終還是算比較順利地做了出來。經(jīng)過這次的課程