【正文】 一種累積脈沖的邏輯部件， clr 為復(fù)位信號，高電平有效。當(dāng)復(fù)位信號 clr 為低電平時，脈沖信號 clk 每來一個脈沖就計數(shù)一次，模 8 進位信號 co8用于判斷 密碼是否輸入完畢， q[i]用于判斷目前比較到第幾個數(shù)字。設(shè)計如圖 所示。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 12 頁 圖 密碼比較 計數(shù)器 密碼預(yù)置 電路模塊 密碼預(yù)置電路用于設(shè)置密碼， 本系統(tǒng)密碼采用內(nèi)置方式。修改密碼 需重夠邏輯。密碼預(yù)置需能判斷需比較第幾位密碼。系統(tǒng)內(nèi)置 8 位密碼用 8421BCD 碼表示則需要 4 位輸出 y0～ y3。 q[i]接收由密碼比較計數(shù)器發(fā)來的信號用于判斷比較第幾位密碼。設(shè)計如圖 所示。 圖 密碼預(yù)置 錯誤報警 電路模塊 在實際運用中，增加報警功能有他的必要。本系統(tǒng)采用 3 次錯誤報警設(shè)置。那么就需要一個模 3 計數(shù)器。同密碼比較計數(shù)器原理基本一樣。 clr 為復(fù)位信號，高電平有效。當(dāng)復(fù)位信號 clr 為低電平時，脈沖信號 clk 每來一個脈沖計數(shù)一次，模 3 進位信號 co3用于判斷錯誤次數(shù)是否達到上限。設(shè)計如圖 所示。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 13 頁 圖 報警計數(shù)器 觸發(fā)器電路模塊 觸發(fā)器是一個門輸出電路，用 LD 表示密碼鎖打開， HD 表示開啟過程出錯?？刂破飨蛟撃K提供置數(shù)和復(fù)位信號（低電平有效），用于驅(qū)動兩個指示燈和門電路工作。當(dāng)復(fù)位信號 RESET_L 有效時，指示燈 LD 和 HD 熄滅。 RESET_L 為脈沖信號，門狀態(tài)是一個連續(xù)狀態(tài)，所以采用非門信號作為輸出。設(shè)計圖如圖 所示。 圖 觸發(fā)器 控制器電路 控制器是整個電子密碼鎖的核心。 根據(jù)設(shè)計要求，可知控制器共有 6 個狀態(tài)，即待鎖狀態(tài) A、上鎖狀態(tài) B、輸入密碼狀態(tài) C、待啟動裝袋 D、預(yù)警狀態(tài) E 和報警狀態(tài) F。控制器模塊工作狀態(tài)流程圖（簡稱 ASM 圖）如圖 所示。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 14 頁 矩形框：工作狀態(tài) 菱形框：分支條件 平行四邊形框：條件輸出 開門鍵（ OPEN） 上鎖（ SETUP） 解除鎖定（ ISETUP） 上鎖（ STATR） 圖 控制器工作狀態(tài)流程圖 （ 1） 待鎖狀態(tài) A 待鎖狀態(tài)是指密碼鎖系統(tǒng)處于打開、報警后的狀態(tài)。此時數(shù)字鎖尚未“鎖好”，還未進入正常運行，因此系統(tǒng)不接受除上鎖鍵（ SETUP）或解除鎖定鍵（ ISETUP）外的任何輸入信號。當(dāng)按下上鎖鍵后，系統(tǒng)將進入上鎖狀態(tài)，且將開門標(biāo)志燈 LD、錯誤燈 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 15 頁 HD 熄滅，警報器聲音切斷，因而需輸入 RESET_L 復(fù)位信號。在圖 310 待鎖狀態(tài)的流程中，當(dāng) SETUP=1 時進入第二狀態(tài)， START=0 時維持原狀態(tài)；當(dāng) SETUP=1 時輸出RESET_L 復(fù)位信號。至于 en使能信號，是用來控制數(shù)據(jù)輸入信號 DATA_IN、開門信號OPEN 輸入的，在本狀態(tài)皆應(yīng)無效且條件上鎖 SETUP 無關(guān)，是一種無條件輸出，因而標(biāo)在算法狀態(tài)框旁邊，并用箭頭↓表示無效。 （ 2） 上鎖狀態(tài) B 系統(tǒng)的第二狀態(tài)實在按下上鎖鍵 SETUP 以后，數(shù)字鎖已“鎖好”，系統(tǒng)正常運行，等待執(zhí)行開鎖狀態(tài)。當(dāng)按下 START 時，將轉(zhuǎn)入開鎖狀態(tài)，開鎖程序開始執(zhí)行，等待輸入密碼數(shù)字，此時應(yīng)將計數(shù)器清零，故在第二工作狀態(tài)中有一條輸出框，輸出 比較 計數(shù)器清零信號 RESER_CNP。 （ 3） 輸入密碼狀態(tài) C 進入此狀態(tài)時， en 使能信號變?yōu)橛行г试S輸入密碼數(shù)字 0~9 或按下開鎖鍵 OPEN，故而在狀態(tài)框旁邊標(biāo)有 en↑。該狀態(tài)每收到一個信號應(yīng)線判斷是密碼數(shù)據(jù)信號DATA_IN 還是開鎖信號 OPEN。如果是開鎖信號 OPEN 則不符合開鎖程序，應(yīng) 發(fā)出開鎖錯誤信號，級發(fā)出紅燈信號 HD；若是密碼信號，則控制器應(yīng)向計數(shù)器發(fā)出時鐘信號CNP，若 DEP=0，意味著輸入密碼不對，應(yīng)轉(zhuǎn)入預(yù)警狀態(tài) E，否則檢查計數(shù)器狀態(tài)是否已計到 8，若模 8 信號 CO8 有效則表示已接受到 8 個正確密碼，可轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)待啟動狀態(tài)，否則返回本狀態(tài)，繼續(xù)接受其他密碼。在轉(zhuǎn)移到預(yù)警狀態(tài) E 或待啟動狀態(tài) D 以前，如果收到復(fù)位信號 SATRA，控制器發(fā)出 比較 計數(shù)器清零信號 RESET_CNP，使計數(shù)器清零，則前面收到的密碼無效，重新進行輸入密碼操作。 （ 4） 待啟動狀態(tài) D 在待啟動狀態(tài)，這時控制器將判斷按鍵 輸入的是密碼數(shù)字信號還是開鎖 信號，若是開鎖信號 OPEN，則發(fā)出綠燈信號 LD，使綠燈點亮，啟動開門續(xù)電器；若是數(shù)字密碼信號，則進入預(yù)警狀態(tài)。在待啟動狀態(tài)下，在接受信號以前如果按動復(fù)位鍵 START，則控制器將發(fā)出比較計數(shù)器清零信號 RESET_CNP 并回到輸入密碼狀態(tài)。 （ 5） 預(yù)警狀態(tài) E 在預(yù)警狀態(tài)，此時若按復(fù)位鍵，系統(tǒng)發(fā)出比較計數(shù)器清零信號 RESET_CNP 后，并使控制器回到輸入密碼狀態(tài)。若按下開鎖鍵 OPEN，使紅燈 HD 點亮，并向報警計數(shù)器發(fā)出時鐘信號。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 16 頁 （ 6） 錯誤狀態(tài) F 在此狀態(tài)，每亮一次紅燈 HD，計數(shù) 加 1，按復(fù)位鍵 SATRA 返回到密碼輸入狀態(tài) C。當(dāng)計數(shù)器 CO3 有效為高電平時進入報警狀態(tài)。 （ 7） 報警狀態(tài) G 當(dāng)報警計數(shù)器 CO3 有效，此時報警器鳴叫，須按解除鎖定鍵 I_SETUP 方回到上鎖狀態(tài)。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 17 頁 第四章 詳細(xì)設(shè)計與模塊仿真 本章主要解決各功能模塊的 VHDL 實現(xiàn)和 其功能的 仿真測試。 受控電路 源程序與仿真 受控電路在控制器的控制下完成相應(yīng)的電路功能，在第三章我們完成了電路的功能設(shè)計，接下來將對各模塊進行 VHDL 實現(xiàn)以及相應(yīng)功能的仿真測試，測試是否達到設(shè)計要求。 鍵盤編碼 電路模塊 該電路模塊主要完成的是鍵盤的編碼。 VHDL 源程序 見附錄 A1。 編碼器電路的仿真波形如圖 所示。從波形圖可以看出， en 是使能端，高電平有效，它由控制器的輸出控制。當(dāng) en=0 是，輸出為 0；當(dāng) en為高電平時，可以進行編碼。當(dāng) en=1 時，按下相應(yīng)的按鍵，輸出即為輸入數(shù)據(jù)對應(yīng)的 8421BCD 碼。 dout 端由于用來記錄輸入數(shù)據(jù)的個數(shù)，因此無論輸入是否有效，只要有輸入 dout 端就會產(chǎn)生高電平 輸出，以記錄輸入數(shù)據(jù)的個數(shù)。 dout 信號經(jīng)消抖同步后送到控制器 data_in 輸入端。 圖 編碼器電路模塊的仿真波形 通過 VHDL 源代碼很容易得邏輯電路圖如 所示。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 18 頁 圖 編碼器電路模塊邏輯電路 按鍵消抖 電路模塊 本部分采用所用都是基本元件，宜采用圖形設(shè)計輸入方式，如圖 34 所示。這里不在熬述。 消抖電路模塊仿真波形如圖 所示。由波形圖可以看出，在一個上升沿檢測到有按鍵時則不管這一時鐘周期內(nèi)有多少次抖動，只輸出一個時鐘周期寬度的脈沖信號。并且當(dāng)按鍵一直持續(xù)多少個時鐘周期時，輸出信號仍為一個時鐘周期寬度的單脈沖。 圖 消抖電路仿真波形 消抖電路邏輯電路圖如圖 所示 . 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 19 頁 圖 消抖電路邏輯電路 密碼比較 電路模塊 密碼驗證就是一個等值比較電路，將編碼器轉(zhuǎn)化后的 8421BCD 碼與預(yù)置密碼進行比較。 VHDL 源程序鍵附錄 A2。 比較器電路模塊仿真波形如圖 所示。從比較器仿真波形可以看出，當(dāng)兩組數(shù)據(jù)y[3..0]與 f[3..0]相等時輸出端 dep 輸出有效信號高電平給控制器，否則輸出低電平。 圖 比較器仿真波形 比較器邏輯電路如圖 所示。 圖 比較器邏輯電路 比較計數(shù)器 因為是串行輸入，密碼比較還需要一個計數(shù)器器。 VHDL 源程序 見附錄 A3。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 20 頁 比較計數(shù)器電路模塊的仿真波形如圖 所示。從波形圖可以看出，當(dāng)復(fù)位信號 clr為低電平時，時鐘脈沖輸入 clk 在上升沿有效，輸出端 q[2..0]進行 8 進制計數(shù)，并且當(dāng)計數(shù)到 8 個數(shù)時，進位信號 CO8 轉(zhuǎn)為高電平，表明密碼輸入完畢，可以開啟密碼鎖。 圖 比較計數(shù)器仿真波形 比較計數(shù)器邏輯電路圖如圖 所示。 圖 比較計數(shù)器邏輯電路 密碼預(yù)置 電路模塊 本設(shè)計采用內(nèi)置密碼設(shè)置，修改密碼需重構(gòu)邏輯 。這里設(shè)定密碼為八位數(shù) 12345678，同時密碼預(yù)置部分還需要判斷比較到第幾個數(shù)字。信號通過比較計數(shù)器獲得。 VHDL 源程序 見附錄 A4。 密碼預(yù)置電路模塊仿真波形如圖 所示。從波形可以看出，從 比較計數(shù)器過來的信號 q[2..0]能正確的控制預(yù)置密碼的輸出。 圖 密碼預(yù)置電路仿真波形 密碼預(yù)置電路模塊邏輯電路圖如圖 所示。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 21 頁 圖 密碼預(yù)置邏輯電路 錯誤報警 電路模塊 當(dāng)開門錯誤達到 3 次時，報警器將鳴叫。因此需要一個模 3 計數(shù)器。 VHDL 源程序見附錄 A5。 報警計數(shù)器電路模塊的仿真波形如圖 所示。從波形圖可以看出，當(dāng)復(fù)位信號clr 為低電平時，時鐘脈沖輸入 clk 在上升沿有效，輸出端 q[1..0]進行 1 進制計數(shù)，并且當(dāng)計數(shù)到 3 個數(shù)時，進位信號 co3 轉(zhuǎn)為高電平，表明 錯誤次數(shù)達到上限，開始報警。 圖 報警計數(shù)器仿真波形 報警計數(shù)器電路模塊邏輯電路圖如圖 所示。 圖 報警計數(shù)器邏輯電路 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 22 頁 輸出電路 模塊 輸出電路主要是一個門狀態(tài)電路，采用兩個 RS 觸發(fā)器輸出控制驅(qū)動電路。 VHDL源程序見附錄 A6。 觸發(fā)器模塊仿真波形如圖 所示，在圖中 z1 為控制器端輸出的原始信號，將與其相反的 qb 信號加上非門為紅燈和綠燈的驅(qū)動信號。 圖 觸發(fā)器模塊的仿真波形 觸發(fā)器模塊的邏輯電路如圖 所示。 圖 觸發(fā)器模塊邏輯電路 控制器電路 源程序與仿真 控制器是系統(tǒng)的最核心部分，對系統(tǒng)各模塊的輸入輸出進行邏輯綜合，從而達到設(shè)計要求?？刂破魇且粋€時序邏輯電路，是根據(jù)控制器詳細(xì)工作流程圖來設(shè)計。根據(jù) 工作流程圖 ,可得出如圖 狀態(tài)圖。 圖 415 說明如下： 1: SETUP 2: SETUP 3: SATRA 4: START 5: OPEN?START ?DATA_IN 6: OPEN? START 7: OPEN? START ? DATA_IN ? DEP?CO8 8: OPEN? START ? DATA_IN ? DEP? CO8 9: OPEN? START ? DATA_IN ? DEP 10: OPEN 11: DATA_IN ?START ?OPEN 12: DATA_IN ?START ?OPEN 13: DATA_IN ?START 14: DATA_IN 15: START ?OPEN 16: START 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 23 頁 17: START ?OPEN 18:CO3 ?START 19： CO3 ?START 20： CO3 21： ISETUP 22： ISETUP 圖 控制器 MDS圖 采用一對一的方式，用 7 個觸發(fā)器 QA、 QB、 QC、 QD、 QE、 QF、 QG表示 7 個狀態(tài)，則 7個觸發(fā)器的激勵方程分別為 QA = SETUP ?QA +OPEN? DATA_IN ? STARA ? QD +QA ? QB ? QC ?QD ? QE ?QF ? QG QB =