邵陽(yáng)學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）目 錄摘要：- 2 -第一章：系統(tǒng)設(shè)計(jì)總述- 3 -1.1設(shè)計(jì)要求- 3 -1.2 設(shè)計(jì)方案- 4 -第二章：總體程序設(shè)計(jì)- 6 -2.1整體組裝設(shè)計(jì)原理圖- 6 -2.2 頂層模塊程序調(diào)用- 7 -2.2.1程序部分- 7 -2.2.2 整體原理文件- 9 -2.2.3 頂層模塊仿真- 10 -第三章：?jiǎn)卧K程序設(shè)計(jì)- 11 -3.1 輸入模塊- 11 -3.1.1 輸入模塊程序- 12 -3.1.2輸入模塊元件- 14 -3.1.3輸入模塊仿真- 15 -3.2 電子密碼鎖系統(tǒng)控制模塊- 15 -3.2.1控制模塊程序- 16 -3.2.2控制模塊元件- 18 -3.2.3控制模塊仿真- 18 -3.3 電子密碼鎖系統(tǒng)顯示模塊- 19 -3.2.1顯示模塊程序- 20 -3.2.2顯示模塊元件- 21 -3.2.3顯示模塊仿真- 22 -第五章：收獲與體驗(yàn)- 23 -參考文獻(xiàn)- 24 -摘要：隨著人們生活水平的提高，如何實(shí)現(xiàn)家庭防盜這一問(wèn)題也變的尤其的突出，傳統(tǒng)的機(jī)械鎖由于其構(gòu)造的簡(jiǎn)單，被撬的事件屢見(jiàn)不鮮，電子鎖由于其保密性高，使用靈活性好，安全系數(shù)高，受到了廣大用戶的親呢。電子電路設(shè)計(jì)常用的方法是試驗(yàn)設(shè)計(jì)法，一般都包括設(shè)計(jì)方案提出、方案驗(yàn)證、方案修改3個(gè)階段。傳統(tǒng)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)法通常采用手工搭接實(shí)驗(yàn)電路來(lái)完 成，往往需要經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和修改的反復(fù)過(guò)程，直到設(shè)計(jì)出正確的電路。隨著電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了在計(jì)算機(jī)平臺(tái)上的EDA(電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)技術(shù)，這種 技術(shù)除了具有強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能外，還具有測(cè)試、仿真分析、管理等功能。在EAD桌面設(shè)計(jì)環(huán)境下用計(jì)算機(jī)來(lái)完成電路的系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)和仿真。第一章：系統(tǒng)設(shè)計(jì)總述1.1設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一個(gè)具有較高安全性和較低成本的通用電子密碼鎖，其具體功能要求如下： (1) 數(shù)碼輸入：每按下一個(gè)數(shù)字鍵，就輸入一個(gè)數(shù)值，并在顯示器上的最右方顯示出該數(shù)值，同時(shí)將先前輸入的數(shù)據(jù)依序左移一個(gè)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，清除成為“0000”。 (3) 密碼更改：按下此鍵時(shí)會(huì)將目前的數(shù)字設(shè)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(huì)檢查輸入的密碼是否正確，密碼正確即開(kāi)鎖。1.2 設(shè)計(jì)方案 作為通用電子密碼鎖，主要由三個(gè)部分組成：數(shù)字密碼輸入電路、密碼鎖控制電路和密碼鎖顯示電路。 作為電子密碼鎖的輸入電路，可供選擇的方案有數(shù)字機(jī)械式鍵盤(pán)和觸摸式數(shù)字鍵盤(pán)等多種。 根據(jù)以上選定的輸入設(shè)備和顯示器件，并考慮到實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)數(shù)字密碼鎖功能的具體要求，整個(gè)電子密碼鎖系統(tǒng)的總體組成框圖如圖1.1所示。 (1) 密碼鎖輸入電路包括時(shí)序產(chǎn)生電路、鍵盤(pán)掃描電路、鍵盤(pán)彈跳消除電路、鍵盤(pán)譯碼電路等幾個(gè)小的功能電路。 (2) 密碼鎖控制電路包括按鍵數(shù)據(jù)的緩沖存儲(chǔ)電路，密碼的清除、變更、存儲(chǔ)、激活電鎖電路(寄存器清除信號(hào)發(fā)生電路)，密碼核對(duì)(數(shù)值比較電路)，解鎖電路(開(kāi)/關(guān)門(mén)鎖電路)等幾個(gè)小的功能電路。 (3) 七段數(shù)碼管顯示電路主要將待顯示數(shù)據(jù)的BCD碼轉(zhuǎn)換成數(shù)碼器的七段顯示驅(qū)動(dòng)編碼。 （4）總體設(shè)計(jì)如（圖1.1）所示。鍵盤(pán)掃描電路時(shí)序產(chǎn)生電路時(shí)鐘發(fā)生器鍵盤(pán)彈跳消除電路鍵盤(pán)譯碼電路寄存器清除信號(hào)發(fā)生器電路開(kāi)/關(guān)門(mén)鎖電路數(shù)值比較器按鍵數(shù)據(jù)緩存器BCD七段譯碼電路密碼鎖輸入模塊顯示模塊密碼鎖控制模塊圖1.1（電子密碼鎖總體方框圖）（5）系統(tǒng)組成根據(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)方案。頂層設(shè)計(jì)采用原理圖設(shè)計(jì)方案，系統(tǒng)的整體組裝設(shè)計(jì)有密碼輸入模塊、密碼控制模塊、密碼顯示模塊三部分組成。第二章：總體程序設(shè)計(jì) 2.1整體組裝設(shè)計(jì)原理圖 系統(tǒng)的整體組裝設(shè)計(jì)有密碼輸入模塊、密碼控制模塊、密碼顯示模塊三部分組成，故如（圖2.1）所示。圖2.1（電子密碼鎖整體組裝原理圖）2.2 頂層模塊程序調(diào)用2.2.1程序部分LIBRARY ieee;USE ieee.std_logic_1164.all; LIBRARY work;ENTITY string IS PORT( CLK : IN STD_LOGIC;KEY : IN STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);MIMAIN : OUT STD_LOGIC;SETIN : OUT STD_LOGIC;OLD : OUT STD_LOGIC;ENLOCK : OUT STD_LOGIC;CRS : OUT STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);SEG_SM1 : OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);SEG_SM2 : OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);SEG_SM3 : OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);SEG_SM4 : OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);SEL : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);END string;ARCHITECTURE bdf_type OF string IS COMPONENT ymPORT(DATA_BCD : IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); DOUT7 : OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);END COMPONENT;COMPONENT srPORT(CLK_1K : IN STD_LOGIC; KEY_IN : IN STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0); DATA_M : OUT STD_LOGIC; DATA_B : OUT STD_LOGIC; CQD : OUT STD_LOGIC; CSR : OUT STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0); DATA_F : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); DATA_N : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); KSEL : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);END COMPONENT;COMPONENT ctrlPORT(DATA_M : IN STD_LOGIC; DATA_B : IN STD_LOGIC; CQD : IN STD_LOGIC; DATA_F : IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); DATA_N : IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); MIMAIN : OUT STD_LOGIC; SETIN : OUT STD_LOGIC; OLD : OUT STD_LOGIC; ENLOCK : OUT STD_LOGIC; DATA_BCD : OUT STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0);END COMPONENT;SIGNALDATA_BCD : STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0);SIGNALSYNTHESIZED_WIRE_0 : STD_LOGIC;SIGNALSYNTHESIZED_WIRE_1 : STD_LOGIC;SIGNALSYNTHESIZED_WIRE_2 : STD_LOGIC;SIGNALSYNTHESIZED_WIRE_3 : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);SIGNALSYNTHESIZED_WIRE_4 : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGIN b2v_inst1 : ymPORT MAP(DATA_BCD = DATA_BCD(3 DOWNTO 0), DOUT7 = SEG_SM1);b2v_inst2 : srPORT MAP(CLK_1K = CLK, KEY_IN = KEY, DATA_M = SYNTHESIZED_WIRE_0, DATA_B = SYNTHESIZED_WIRE_1, CQD = SYNTHESIZED_WIRE_2, CSR = CRS, DATA_F = SYNTHESIZED_WIRE_3, DATA_N = SYNTHESIZED_WIRE_4, KSEL = SEL);b2v_inst3 : ctrlPORT MAP(DATA_M = SYNTHESIZED_WIRE_0, DATA_B = SYNTHESIZED_WIRE_1, CQD = SYNTHESIZED_WIRE_2, DATA_F = SYNTHESIZED_WIRE_3, DATA_N = SYNTHESIZED_WIRE_4, MIMAIN = MIMAIN, SETIN = SETIN, OLD = OLD, ENLOCK = ENLOCK, DATA_BCD = DATA_BCD);b2v_inst4 : ymPORT MAP(DATA_BCD = DATA_BCD(15 DOWNTO 12), DOUT7 = SEG_SM4);b2v_inst5 : ymPORT MAP(DATA_BCD = DATA_BCD(11 DOWNTO 8), DOUT7 = SEG_SM3);b2v_inst6 : ymPORT MAP(DATA_BCD = DATA_BCD(7 DOWNTO 4), DOUT7 = SEG_SM2);END bdf_type;2.2.2 整體原理文件圖2.2頂層模塊原理圖2.2.3 頂層模塊仿真圖2.3頂層文件仿真第三章：?jiǎn)卧K程序設(shè)計(jì) 本章節(jié)介紹的是單獨(dú)模塊的程序、原理圖、仿真以及功能說(shuō)明，共有三個(gè)模塊，分別是電子密碼鎖輸入模塊、電子密碼鎖控制模塊以及顯示模塊。3.1 輸入模塊1.時(shí)序產(chǎn)生電路 本時(shí)序產(chǎn)生電路中使用了三種不同頻率的工作脈沖波形：系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖(它是系統(tǒng)內(nèi)部所有時(shí)鐘脈沖的源頭，且其頻率最高)、彈跳消除取樣信號(hào)、鍵盤(pán)掃描信號(hào)。2.鍵盤(pán)掃描電路掃描電路的作用是用來(lái)提供鍵盤(pán)掃描信號(hào)(表4.1中的KY3KY0)的，掃描信號(hào)變化的順序依次為11101101101101111110.依序地周而復(fù)始。 3.彈跳消除電路由于本設(shè)計(jì)中采用的矩陣式鍵盤(pán)是機(jī)械開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，因此在開(kāi)關(guān)切換的瞬間會(huì)在接觸點(diǎn)出現(xiàn)信號(hào)來(lái)回彈跳的現(xiàn)象，對(duì)于電子密碼鎖這種靈敏度較高的電路這種彈跳將很可能會(huì)造成誤動(dòng)作輸入，從而影響到密碼鎖操作的正確性。3.1.2輸入模塊元件 有上面的程序通過(guò)quartus II 9.0，我們可以得到下面這個(gè)封裝元件。原理圖元件如圖2.1所示，它是一個(gè)矩陣式鍵盤(pán)，矩陣式鍵盤(pán)是一種常見(jiàn)的輸入裝置，在日常的生活中，矩陣式鍵盤(pán)在計(jì)算機(jī)、電話、手機(jī)、微波爐等各式電子產(chǎn)品上已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。圖4.3是一個(gè)34矩陣式鍵盤(pán)的面板配置圖，其中數(shù)字09作為密碼數(shù)字輸入按鍵，*作為“上鎖”功能按鍵，#作為“解鎖/清除”功能按鍵。圖3.1（電子密碼鎖鍵盤(pán)輸入） 3.1.3輸入模塊仿真圖3.2（鍵盤(pán)輸入仿真）3.2 電子密碼鎖系統(tǒng)控制模塊密碼鎖的控制電路是整個(gè)電路的控制中心，主要完成對(duì)數(shù)字按鍵輸入和功能按鍵輸入的響應(yīng)控制。1數(shù)字按鍵輸入的響應(yīng)控制(1) 如果按下數(shù)字鍵，第一個(gè)數(shù)字會(huì)從顯示器的最右端開(kāi)始顯示，此后每新按一個(gè)數(shù)字時(shí)，顯示器上的數(shù)字必須左移一格，以便將新的數(shù)字顯示出來(lái)。(2) 假如要更改輸入的數(shù)字，可以按倒退按鍵來(lái)清除前一個(gè)輸入的數(shù)字，或者按清除鍵清除所有輸入的數(shù)字，再重新輸入四位數(shù)。(3) 由于這里設(shè)計(jì)的是一個(gè)四位的電子密碼鎖，所以當(dāng)輸入的數(shù)字鍵超過(guò)四個(gè)時(shí)，電路不予理會(huì)，而且不再顯示第四個(gè)以后的數(shù)字。2功能按鍵輸入的響應(yīng)控制 (1) 清除鍵：清除所有的輸入數(shù)字，即做歸零動(dòng)作。(2) 激活電鎖鍵：按下此鍵時(shí)可將密碼鎖的門(mén)上鎖。(上鎖前必須預(yù)先設(shè)定一個(gè)四位的數(shù)字密碼。)(3) 解除電鎖鍵：按下此鍵會(huì)檢查輸入的密碼是否正確，若密碼正確無(wú)誤則開(kāi)門(mén)。 3.2.2控制模塊元件 控制原理封裝元件如（圖3.3）所示。圖3.3（電子密碼鎖控制） 3.2.3控制模塊仿真圖3.4（控制模塊仿真）3.3 電子密碼鎖系統(tǒng)顯示模塊 密碼顯示電路主要將顯示數(shù)據(jù)的BCD碼轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的編碼。如，若選用七段數(shù)碼管顯示電路，主要將待顯示數(shù)據(jù)的BCD碼轉(zhuǎn)換成數(shù)碼器的七段顯示驅(qū)動(dòng)編碼。 密碼鎖顯示電路的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，這里直接采用四個(gè)4-7譯碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)。 密碼鎖的整體組裝設(shè)計(jì)，將前面各個(gè)設(shè)計(jì)好的功能模塊進(jìn)行整合，可得到一個(gè)完整的電子密碼鎖系統(tǒng)所示，如（圖3.5）所示。圖3.5（組裝） 注釋：圖3.7是有輸入、控制和顯示模塊組成 ，其中顯示模塊有四個(gè)相同的模塊并行串接而成，分別于數(shù)碼管相接，輸入模塊有CLK和KEY信號(hào)輸入控制。3.2.2顯示模塊元件圖3.6（電子密碼鎖顯示模塊） 上圖是顯示模塊的封裝元件，有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端組成，輸入端有四個(gè)信號(hào)控制，輸出端是分別連接七段數(shù)碼顯示管的a、b、c、d、e、f、g和h七個(gè)端口，高電平有效。3.2.3顯示模塊仿真圖3.7（電子密碼鎖顯示模塊仿真）圖3.8（電子密碼鎖顯示模塊仿真）續(xù) 由上圖可以知道，當(dāng)輸入是“0000”時(shí)，則輸出“1111111”，即在0ps時(shí)狀態(tài)下的輸出情況，當(dāng)輸入是“1111”時(shí)，則全部輸出“0000000”，當(dāng)輸入“0011”時(shí)，則輸出的是“1001111”，依次可以推知。第五章：收獲與體驗(yàn)這次EDA課程設(shè)計(jì)歷時(shí)兩個(gè)星期，在整整兩個(gè)星期的日子里，可以說(shuō)是苦多于甜，但是可以學(xué)的到很多很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，進(jìn)一步加深了對(duì)EDA的了解，讓我對(duì)它有了更加濃厚的興趣。特別是當(dāng)每一個(gè)子模塊編寫(xiě)調(diào)試成功時(shí)，心里特別的開(kāi)心。但是在編寫(xiě)頂層文件的程序時(shí)，遇到了不少問(wèn)題，特別是各元件之間的連接，以及信號(hào)的定義，總是有錯(cuò)誤，在細(xì)心的檢查下，終于找出了錯(cuò)誤和警告，排除困難后，程序編譯就通過(guò)了，心里終于舒了一口氣。在波形仿真時(shí)，也遇到了一點(diǎn)困難,想要的結(jié)果不能在波形上得到正確的顯示:在設(shè)定輸入的時(shí)鐘信號(hào)后，數(shù)字秒表開(kāi)始計(jì)數(shù)，但是始終看不到秒和小時(shí)的循環(huán)計(jì)數(shù)。后來(lái)，在數(shù)十次的調(diào)試之后，才發(fā)現(xiàn)是因?yàn)檩斎氲臅r(shí)鐘信號(hào)對(duì)于器件的延遲時(shí)間來(lái)說(shuō)太短了。經(jīng)過(guò)屢次調(diào)試，終于找到了比較合適的輸入數(shù)值：時(shí)鐘周期設(shè)置在15秒左右比較合適。另外，Endtime的值需要設(shè)置的長(zhǎng)一點(diǎn)：10us左右，這樣就可以觀察到完整的仿真結(jié)果。其次，在連接各個(gè)模塊的時(shí)候一定要注意各個(gè)輸入、輸出引腳的線寬，因?yàn)槊總€(gè)線寬是不一樣的，只要讓各個(gè)線寬互相匹配，才能得出正確的結(jié)果，否則，出現(xiàn)任何一點(diǎn)小的誤差就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)文件系統(tǒng)的編