【正文】 BLOCK COUNTER。 END rtl。 電子密碼鎖設計 26 波形 圖 47如下： 圖 47 時鐘發(fā)生器用于產生掃描時鐘，其外部接口如圖所示。時鐘發(fā)生器的輸入時全局時鐘 CLK，輸出信號時掃描時鐘 CLK_SCAN。 CLK_SCAN 是 300HZ 的時鐘。 （ 4）掃描信號發(fā)生器 圖 48 掃描信號發(fā)生器的程序源代碼 LIBRARY IEEE。 USE 。 USE 。 ENTITY ledscan IS PORT( clk_scan :IN STD_LOGIC。 掃描時鐘，周期 300HZ ledaddr :OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)。 當前顯示 LED 的地址，用于多路選通 ledsel :OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0))。 輸出掃描信號 END ledscan。 ARCHITECTURE rtl OF ledscan IS SIGNAL t :INTEGER RANGE 0 TO 3。 BEGIN 電子密碼鎖設計 27 計數(shù)器進程 PROCESS(clk_scan) BEGIN IF(clk_scan39。event AND clk_scan=39。139。) THEN IF(t=t39。high) THEN t=0。 ELSE t=t+1。 END IF。 END IF。 END PROCESS。 當前顯示 LED 管地址 ledaddr=CONV_STD_LOGIC_VECTOR(t,4)。 片選信號輸出 PROCESS(t) BEGIN CASE t IS WHEN 0=ledsel=0001。 WHEN 1=ledsel=0010。 WHEN 2=ledsel=0100。 WHEN 3=ledsel=1000。 WHEN OTHERS=ledsel=0001。 END CASE。 END PROCESS。 END rtl。 波形 圖 49如下： 電子密碼鎖設計 28 圖 49 掃描信號發(fā)生器的外部接口如上圖所示。其中 CLK_SCAN 為掃描時鐘，LEDADDR 為當前在現(xiàn)實的 LED 地址， LEDSEL 為輸出片選信號。 （ 5）顯示模塊 圖 410 顯示模塊的程序源代碼 LIBRARY IEEE。 USE 。 ENTITY decoder7 IS PORT( bcd :IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)。 二進制輸入 dout :OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0))。 譯碼輸出 END decoder7。 ARCHITECTURE rtl OF decoder7 IS signal indata:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)。 BEGIN indata=bcd。 PROCESS(bcd) 電子密碼鎖設計 29 begin case indata is when 0000=dout=1111110。 when 0001=dout=0110000。 when 0010=dout=1101101。 when 0011=dout=1111001。 when 0100=dout=0110011。 when 0101=dout=1011011。 when 0110=dout=1011111。 when 0111=dout=1110000。 when 1000=dout=1111111。 when 1001=dout=1111011。 when others =dout=0000000。 其余時候管子全部熄滅 end case。 end process。 end rtl。 波形 圖 411如下： 圖 411 顯示部分的外部接口如上圖所示。 BCD 為 4 比特的 BCD 碼輸入， DOUT 為輸出，寬帶為 7 為，即送到 LED 管顯示用的七段碼，即信號 a、 b、 c、 d、 e、 f和 g。 原理 顯示緩存器是一個存儲量為 16 位的寄存器，它用于存儲 LED 顯示 的內容。所以 4 個數(shù)碼管就需要 16 位的存儲器。多路選通器用于從顯示緩存器中選擇出電子密碼鎖設計 30 某一個 LED 的內容用于顯示。掃描信號用于選擇片選信號，片選信號依次并循環(huán)地選通各個 LED 管時鐘發(fā)生器，通過對全局時鐘的分頻得到掃描模塊所需的時鐘。七段譯碼模塊把 4 位 BCD 碼譯成便于顯示的七段碼。該顯示電路的工作過程如下 :寄存器所存儲的數(shù)據經由數(shù)據選擇器送到譯碼電路 , 將其轉換成七段顯示器的顯示碼 , 轉送到七段顯示器 , 數(shù)據選擇與顯示管選擇必須同步。由于設計的是 4位數(shù)的數(shù)字密碼鎖 , 一位十進制數(shù)需要 4個二進制位表示 , 所以 顯示緩沖器必須是 16 位的 寄存器 。因為是以掃描的方式輪流被點亮的 , 因此寄存器上的數(shù)據必須一組一組地分開傳送 , 每次送 4個位 。 電子密碼鎖設計 31 5 總結 優(yōu)點 ： 本 課題 設計了一種新型的電子密碼鎖，其采用先進的 EDA 技術 ,利用 MAX +PLUXⅡ 工作平臺， 使用了 CPLD/FPGA 芯片和 VHDL 語言。該密碼鎖具有密碼輸入、密碼清除、密碼激活、電鎖解除和密碼更改等功能 ,用一片復雜可編程邏輯芯片 CPLD/FPGA 實現(xiàn)，實現(xiàn)了所謂的片上系統(tǒng)，可以極大減少其它分立元件或其它芯片的使用， 有效地縮小了線路板面積，增加了系統(tǒng)的可靠性，大大縮短了系統(tǒng)開發(fā)的周期?？朔藗鹘y(tǒng)電子密碼鎖可靠性差、價格高的缺點，提高了系統(tǒng)的性價比。由于采用 VHDL 語言進行層次化設計，用軟件實現(xiàn)硬件電路，具有良好的可移植性，可隨時在線更改邏輯設計及有關參數(shù)，充分體現(xiàn)現(xiàn)場可編程器件的優(yōu)越性。因此它體積小、功耗低、價格便宜，維護和升級都十分方便，具有較好的應用前景。 缺點： 由于輸入模塊采用的是機械式鍵盤，其可靠性不是太高，并且在很大程度上影響了其功能的擴展。 本設計基本達到了作為數(shù)字密碼鎖的絕大部分的功 能，但是，還有許多不足或需要完善的地方。比如說采用的 4*3 鍵盤的通用機械鍵盤數(shù)量的限制，在很大程度上限制了其功能的擴展。若在系統(tǒng)中加入語音提示模塊，在按下的按鍵的同時給出語音提示，開啟或是關閉密碼鎖的同時給出語音提示，將會使該系統(tǒng)顯得更加人性化，更加接近成為一個成熟的產品。 本次課題的基于 CPLD/FPGA 電子密碼鎖 的設計 使用 MAX+PLUSⅡ 軟件和 VHDL語言設計電路，思路簡單，功能明了；不僅可以進行邏輯仿真，還可以進行時序仿真；使用 PLD 器件不僅省去了電路制作的麻煩，還可以反復多次進行硬件實 驗，電子密碼鎖設計 32 非常方便地修改設計，且設計的電路保密性很強。 本次課題的基于 CPLD/FPGA 電子密碼鎖的設計實現(xiàn)了以下幾個功能： （ 1）數(shù)碼輸入：每按下一個數(shù)字鍵，就輸入一個數(shù)值，并在顯示器上的顯示出該數(shù)值，同時將先前輸入的數(shù)據依序左移一個數(shù)字位置。 （ 2）數(shù)碼清除：按下此鍵可清除前面所有的輸入值，清除為“ 0000”。 （ 3）密碼更改：按下此鍵時會將目前的數(shù)字設定成新的密碼。 （ 4）激活電鎖：按下此鍵可將密碼鎖上鎖。 （ 5）解除電鎖：按下此鍵會檢查輸入的密碼是否正確，密碼正確即開鎖。 電子密碼鎖設計 33 參考文獻 [1] VHDL 硬件描述語言與數(shù)字邏輯電路設計 /侯伯亨 ， 顧新 主編－ 西安：西安電子科技大學出版社， 2021 [2] VHDL 語言程序設計及應用 / 姜立冬 主編－ 北京：北京郵電大學出版社， 2021 [3]可編程邏輯系統(tǒng)的 VHDL 設計技術 /朱明程，孫普 主編－ 南京：東南大學出版社， 1998 [4] VHDL 數(shù)字系統(tǒng)設計與高層次綜合 /林敏，方穎 主編－ 北京：電子工業(yè)出版社，2021 [5] CPLD/FPGA 可編程邏輯器件應用與開發(fā) /王道憲 主編－ 北京：國防工業(yè)出版社 ， 2021 [6] 一種新型可 編程密碼鎖 /祖龍起，劉仁杰 主編－大連： 大連輕工業(yè)學院學報，2021 電子密碼鎖設計 34 致謝 經過 一個月 的忙碌和工作，本次畢業(yè)設計已經接近尾聲，作為一個 大專 生的畢業(yè)設計，由于經驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導，以及一起 完成 的同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。 在這里首先要感謝我的導師 李 老師。 李 老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設計的每個階段，從 開題報告 到查閱資料，設計草案的確定和修改，中期檢查，等整個過程中都給予了我悉心的指導。我的設計較為復雜煩瑣，但是老師 仍然細心地糾正 這過程 中的錯誤。除了敬佩老師的專業(yè)水平外， 他 的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。 其次要感謝和我一起作畢業(yè)設計的同學， 他 們 在本次設計中勤奮工作，克服了許多困難來完成此次畢業(yè)設計，并承擔了大部分的工作量。如果沒有 他 們的努力工作，此次設計的完成將變得非常困難。 然后還要感謝大學三 年來所有的老師，為我們打下 堅實的 專業(yè)知識的基礎；同時還要感謝所有的同學們，正是因為有了你們的支持和鼓勵。此次畢業(yè)設計才會順利完成。