【案例】电子密码锁设计(XILINX ISE版)

  发布时间:2023-10-19  |    作者:管理员  |  浏览量:282
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一、总体设计


1.概述


本文基于明德扬至简设计法和明德扬设计规范,设计了一个基于FPGA的数字密码锁,实现了在拨码开关条件下,按键设置密码、按键输入解锁密码,密码正确时正确指示灯亮、密码错误时或者默认状态错误指示灯亮,密码正确时一位数码管显示1,其他情况显示0。本案例的扩展和应用在现实生活中具有重大意义。在本案例的设计过程中,应用了至简设计法、计数器模板应用等,在经过逐步改进、调试等一系列工作之后,最终达到了设计目标。

 

2. 设计目标

 

1)实现8位数字密码锁功能

2)按键1、2设置密码,按键1有效时设置一位密码0,按键2有效时设置一位密码1,按下8次后密码设置完成

3)按键3、4输入密码,按键3有效时输入一位密码0,按键2有效时输入一位密码1,按下8次后密码输入完成

4)比较设置的密码和输入的密码是否相同,正确时正确指示灯亮,数码管显示1,否则错误指示灯亮,数码管显示0;

 

3. 模块功能

 

1) 密码模块实现功能:

 

 SW1有效时按键1、2设置密码,按键1有效时设置一位密码0,按键2有效时设置一位密码1,按下8次后密码设置完成

 SW2有效时按键3、4输入密码,按键3有效时输入一位密码0,按键2有效时输入一位密码1,按下8次后密码输入完成

 

2) 数码管显示模块实现功能

 

密码正确时数码管显示1,否则显示0

 

3) led模块实现功能:

 

密码正确时led_y指示灯亮,否则led_n指示灯亮;

 

4) 按键模块实现功能

将外来异步信号打两拍处理,将异步信号同步化;

实现20ms按键消抖功能,并输出有效按键信号;

 

4. 信号定义

 

1)顶层模块Lock_Top.v

 

信号

定义

clk

系统时钟

rst_n

低电平复位信号

key_in

按键输入

sw

拨码开关

led_y

正确指示灯

led_n

错误指示灯

seg_sel

数码管位选信号

segment

数码管显示信号



 

2)密码模块password.v

 

信号

定义

clk

系统时钟

rst_n

低电平复位信号

key_vld

按键有效

SW

拨码开关

password_set

设置的密码

password_shift

输入的密码

 

3)数码管显示模块sel_disp.v

 

信号

定义

clk

系统时钟

rst_n

低电平复位信号

password_set

设置的密码

password_shift

输入的密码

seg_sel

数码管位选信号

segment

数码管显示信号



 

4)led模块led_flag.v

 

信号

定义

clk

系统时钟

rst_n

低电平复位信号

led_y

正确指示灯

led_n

错误指示灯

 

5)按键模块key_module.v

 

信号

定义

clk

系统时钟

rst_n

低电平复位信号

key_in

按键输入

key_vld

有效按键

 

5.密码模块核心代码



     SW1有效时按键1、2设置密码,按键1有效时设置一位密码0,按键2有效时设置一位密码1,按下8次后密码设置完成


     SW2有效时按键3、4输入密码,按键3有效时输入一位密码0,按键2有效时输入一位密码1,按下8次后密码输入完成


6.数码管显示


参数化设置显示0~F对应的8位数



对比设置的密码和输入的密码是否一致,密码正确时数码管显示1,否则显示0


7.led指示灯模块


    密码正确时led_y指示灯亮,否则led_n指示灯亮;


8.按键消抖代码


利用明德扬的按键消抖模块,每20ms扫描一次按键输入key_in,可以达到消抖的目的,再用寄存器缓存一下,按键为低电平有效,所以检测当检测到按键有下降沿变化时,代表该按键被按下,按键有效,输出1;

9、Modelsim仿真验证


编写测试文件,添加激励,这里避免长时间仿真,需将消抖时间缩小



按键2按下时设置了一位密码1,再按键时设置了两位密码1;

 

image.png 

 

按键4按下时输入了一位密码1,再按键时输入了两位密码1;

 

image.png 

 

设置的密码和输入的密码是否相同,正确时正确指示灯亮,数码管显示1,否则错误指示灯亮,数码管显示0;从仿真图可以看出符合功能要求。

在这个设计案例中,至简设计法和明德扬至简法发挥了至关重要的作用,使我能够快速准确完成设计。

 

本设计可以加以拓展:

 

1) 可以结合开发板外设和实际情况,改变设置和输入密码的方式、位数,以及密码正确与否的反应,如蜂鸣器报警等等。

对于初学者而言,流水灯太简单,复杂项目又太难,不如尝试一下这些相对简单而又酷炫的案例,并一步步拓展成大项目。赶紧动手尝试吧。

 

 

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