河南科技大学课程设计说明书课程名称EDA课程设计题目电子密码锁设计学院电子信息工程学院班级电信科074班学生姓名马保林指导教师宋萧日期2010年9月22日课程设计任务书课程设计名称EDA课程设计学生姓名马保林专业班级电信科074班设计题目电子密码锁设计一、课程设计目的1、综合运用EDA技术，独立完成一个课题的设计，考察运用所学知识，解决实际问题的能力；2、结合理论知识，考察阅读参考资料、文献、手册的能力；3、进一步熟悉EDA技术的开发流程，掌握文件编辑、编译、仿真、下载验证等环节的实现方法和应用技巧；4、锻炼撰写研究报告、研究论文的能力；5、通过本实践环节，培养科学和严谨的工作作风。
二、设计内容、技术条件和要求1、设计一个密码锁的控制电路，当输入正确代码时，输出开锁信号以推动执行机构工作，用红灯亮、绿灯熄灭表示关锁，用绿灯亮、红灯熄灭表示开锁；2、在锁的控制电路中储存一个可以修改的4位二进制代码，当开锁按钮开关的输入代码等于储存代码时，开锁；3、从第一个按钮触动后的30秒内若未将锁打开，则电路长报警30S，若输入密码错误1或2次，则每次短报警5S，若输错三次密码则长报警。
三、时间进度安排1周：(1) 完成设计准备，确定实施方案；(2) 完成电路文件的输入和编译；(4) 完成功能仿真。
2周：(1) 完成文件至器件的下载，并进行硬件验证；(2) 撰写设计说明书。
四、主要参考文献(1)谭会生、瞿遂春，《EDA技术综合应用实例与分析》，西安电子科技大学出版社，2004(2)高有堂，《EDA技术及应用实践》，清华大学出版社，2006(3)亿特科技，CPLD/FPGA应用系统设计与产品开发》，人民邮电出版社，2005(4)曹昕燕、周凤臣等，《EDA技术实验与课程设计》，清华大学出版社，2006指导教师签字：2010年9月5日一、设计思路该电子密码锁的设计主要有两个模块组成：1）按键输入译码部分yima_count5_shift 和2）控制电路contra结构图如下：图1其中key_in[0..4]是五个密码输入按键，在控制端s的控制下可以输入0~9十个数字。
Change用于修改密码，在电锁打开状态下，按下change可以对密码锁的密码进行修改；在电锁未打开，输入密码时候按一下change键可以对已输入的密码清零，重新输入密码。
当输完密码后按下ok键，密码输入到电锁内部。
稍后，会将已输入的密码进行清零。
Ff是报警信号，当按下第一个密码输入按键后，五秒内电锁未打开，则输出256hz 报警信号驱动蜂鸣器报警，并且红灯闪烁，均持续20s；若五秒内密码输入正确，电锁打开，则输出128hz的提示信号，告诉用户电锁已打开，并且绿灯亮红灯灭。
提示信号持续20s，电锁打开时间为60s，超过60s后，电锁自动上锁，红灯亮，绿灯灭。
输入密码和修改密码时，输入的数字都会在数码管上显示，当输入完毕按下ok确认后，数码管清零，不再显示。
二、各部分的详细说明以及功能介绍1、按键输入译码部分yima_count5_shift主要功能是，识别密码按键的输入，并将输入码译为对应的BCD码，同时进行移位操作，内部置有串行输入并行输出移位寄存器，每输入一位密码，就将其译为BCD 并在数码管上输出，同时输出给控制部分contra。
再次按下密码输入按键后，数码左移，直到四位密码全部输入。
有计数器控制，只能允许输入四位密码，超过密码长度的输入，既不显示也不移位。
该部分的电路主要有yima，count5和shift三部分以及逻辑门组成，结构图如下：图21）5进制计数器count5主要功能是记录按键的次数，用于控制密码个数的输入。
计数器开始值为0，驱动信号cp为key_in[0..4]五个按键信号相或得到，五个按键中任意一个按下，cp就为'1'否则为'0'。
当rst清零信号为'1'时计数器清零，否则，计数器在cp的上升沿，计数。
当计数器的值不为0时，c_out置为'1'，其余为'0'；当计数器记到4时，不再增加，且oc置为'0'，其余oc为'1'。
部分程序如下：count5.vhdarchitecture one of count5 issignal cnt:natural range 0 to 5:=0;beginprocess(cp,rst)beginif rst='1' then cnt<=0;elsif cp'event and cp='1' thenif cnt=4 then cnt<=4;else cnt<=cnt+1;end if;end if;end process;process(cnt,rst)beginif rst='1' then oc<='1';c_out<='0';elseif cnt=4 then oc<='0';else oc<='1';end if;if cnt=0 then c_out<='0'; else c_out<='1';end if;end if;end process;end;2）译码器yima译码器的主要功能是，将key_in[0..4]和s六个按键的输入识别并转换为对应的数字的BCD码。
Key_in[0..4]五个按键每一按键输入代表两个数字，译码结果由s选择，按键s按下后为'1'，不按下时为'0'。
当s='0'时，按键输入的数字由key_in(0)到key_in(4)分别代表0到4（BCD码为0000,0001,0010,0011,0100）；当s='1'时，代表5到9（BCD码为0101,0110,0111,1000,1001）。
部分程序如下yima.vhdarchitecture yima of yima issignal tmp :std_logic_vector(3 downto 0);beginprocess(s,key_in)begincase key_in iswhen "10000" => --输出 5 或0if s='1' then tmp<="0101";elsif s='0'then tmp<="0000";end if;when "01000" => --输出 6 或1if s='1' then tmp<="0110";elsif s='0'then tmp<="0001";end if;when "00100" => --输出7 或2if s='1' then tmp<="0111";elsif s='0'then tmp<="0010";end if;when "00010" => --输出8 或3if s='1' then tmp<="1000";elsif s='0'then tmp<="0011";end if;when "00001" => --输出9 或4if s='1' then tmp<="1001";elsif s='0'then tmp<="0100";end if;when others=>null;end case;end process;dout<= tmp;end;3）移位寄存器shift移位寄存器shift的驱动信号cp和计数器相似依然由key_in[0..4]产生，但却受计数器输出端的oc控制通断。
当oc为'1'时，cp 是由key_in[0..4]产生的脉冲，当oc为'0'时，cp被拉低。
当rst='1'时，移位寄存器被置为"1111111111111111"，否则就在cp的下降沿进行移位，每次移动4位，同时将结果输出，并在数码管上显示。
程序如下：shift.vhdarchitecture rtl of shift issignal dout_m :std_logic_vector(15 downto 0);beginprocess (cp,din,rst)beginif rst='1' then dout_m<=(others=>'1');elsif (falling_edge(cp)) thendout_m(3 downto 0)<=din;dout_m(7 downto 4)<=dout_m(3 downto 0);dout_m(11 downto 8)<=dout_m(7 downto 4);dout_m(15 downto 12)<=dout_m(11 downto 8);end if;end process;dout<=dout_m;end rtl;以上三个部分综合仿真的结果如下：图32、主要控制部分电路主要控制部分是有众多小电路组成的，包括时钟分频电路，数据锁存电路，D触发器，60进制计数器，25进制计数器，数据比较电路，分用器，复用器，电平保持电路以及少量逻辑门电路组成。
电路组成结构图如图15该电路主要实现对电子密码锁的全面控制。
1）时钟分频电路将输入的256Hz时钟经处理后输出为1Hz，4Hz，128Hz，256Hz四种时钟信号，用于驱动不同的器件。
1Hz主要用于驱动计数器工作，4Hz用于输出驱动密码输入错误的时候的红灯闪烁，128Hz和256Hz用于输出驱动蜂鸣器发声，当密码锁在5秒钟内输入正确打开时，输出为256Hz的脉冲；输入密码错误或者没打开则输出128Hz脉冲。
图4程序如下：free.vhdentity free isport(clk:in std_logic;cp1,cp4,cp128,cp256:out std_logic);end;architecture one of free issignal cnt:std_logic_vector(7 downto 0);beginprocess(clk)beginif clk'event and clk='1' thencnt<=cnt+'1';end if;end process;cp1<=cnt(7);cp4<=cnt(5);--cp3<=cnt(2);cp128<=cnt(0);cp256<=clk;end;2）25进制计数器25进制计数器只要功能是对输入密码的时间以及报警时间计时。