VHDL四位密码锁课程设计EDA.docx
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VHDL四位密码锁课程设计EDA
电子与信息工程学院
EDA课程设计报告
（2011—2012学年第一学期）
课程名称：
EDA课程设计与实现
班级：
电子0903
学号：
姓名：
****************
2011年09月
一、目的
1.掌握VHDL语言的使用，学会用VHDL语言来编程解决实际问题；
2.学会使用EDA开发软件设计小型综合电路，掌握仿真的技巧；
3.学会应用开发系统实现硬件电路，检验电路的功能。
二、内容和要求
用VHDL语言设计一个密码锁，用波形仿真验证其功能后，实现到GW48实验系统。
功能描述：
用于模仿密码锁的工作过程。
完成密码锁的核心控制功能。
功能要求：
设计一个密码锁，平时处于等待状态。
管理员可以设置或更改密码。
如果不预置密码，密码缺省为“1234”。
用户如果需要开锁，按相应的按键进入输入密码状态，输入4位密码，按下确定键后，若密码正确，锁打开；若密码错误，将提示密码错误，要求重新输入，三次输入都错误，将发出报警信号。
报警后，只有管理员作相应的处理才能停止报警。
用户输入密码时，若输入错误，在按下确定键之前，可以通过按取消键重新输入。
正确开锁后，用户处理完毕后，按下确定键，系统回到等待状态。
系统操作过程中，只要密码锁没有打开，如果60秒没有对系统操作，系统回到等待状态。
要求密码在输入过程中被依次显示，即先输入的为密码的第一位，总是显示在最左边。
用两个发光二极管模拟显示，其中一个显示当前的工作模式，灭表示用户模式，亮表示管理员模式；另外一个指示锁的状态，灭表示锁处于锁定，亮表示锁被开启。
注意：
用两个按键实现密码输入，Key1选择输入的是第几位密码，KEY2输入密码数字。
功能描述：
初始状态：
初次使用密码锁时，要先用Reset键初始化。
初始状态下，用户密码为“1234”，管理员密码为“0000”。
用户开锁：
默认情况下，密码锁处于用户使用状态。
如果当前为管理员状态，则按下user键回到用户状态。
用户开锁时，输入四位数用户密码，可以从out_code6的输出状态确定密码输入状态。
如输入错误则按下clear清除前一位输入。
输入完毕后按enter，如果密码正确，则开锁，否则重新输入密码。
开锁后再次按下enter键则关锁，回到等待状态。
三次密码输入错误，警报器alarming为1。
要管理员输入管理员密码解除警报。
此时哪怕用户再输对密码也没用。
管理员解除警报：
当用户三次密码输入错误的时候，alarming为1，此时，只要管理员密码输入正确后，按下clear键，alarming为0，报警取消。
管理员修改密码：
在非警报和为开锁状态下，任何时候按admin键进入管理员状态。
按chgcode选择修改密码，先选择修改的是用户密码还是管理员密码。
修改用户密码则按user键，修改管理员密码则按admin键。
然后分别输入旧密码，新密码，新密码要输入两次。
旧密码与所要修改的密码对应。
如旧密码输入错误，则无法修改；当验证不成功即两次新密码不相同时，修改密码失败。
返回等待状态。
成功后也返回等待状态。
定时返回：
用户在未开锁状态下，60s没有按键输入，则返回等待状态，但不包括alarming状态。
只要是alarming，则只有管理输入管理员密码才能解锁并按下clear消除警报。
设计思路：
设计密码锁时，采用自顶向下的设计方法。
将整个系统分成几个子模块：
输入输出模块，控制模块，按键设置模块和60s计时器模块。
控制模块是整个程序的主要部分，采用状态循环的办法，以用户每按下一次按键为计量单位，划分状态，以实现各种功能。
60s计时器模块是完成60s没有按键则返回等待状态这一功能的主要模块。
这个模块的核心思想是一个变量numtime计数。
变量numtime的初始值为0，在无报警为开锁的情况下，时钟每秒发出一个上升沿信号，计数一次，如有按键则numtime清零，否则计数到60即“111100”则返回信号back变为1，返回等待状态。
按键设置模块是将各种功能按键用高低电平赋值，便于调用。
实验设计程序如下：
libraryIEEE;
useIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
useIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
useIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
----Uncommentthefollowinglibrarydeclarationifinstantiating
----anyXilinxprimitivesinthiscode.
--libraryUNISIM;
--useUNISIM.VComponents.all;
entitylockis
PORT（
clk,user,admin,clear,enter,chgcode,res,numenter,number:
INSTD_LOGIC;
openlock:
bufferstd_logic;
alarming,model:
OUTSTD_LOGIC;
shuma2,shuma1,shuma0:
outstd_logic_vector（6downto0）
）;
endlock;
architectureBehavioraloflockis
TYPESTATESIS（sw,s1,s2,s3,s4,s5,s6,s7）;
SIGNALstate:
STATES;
SIGNALone_key,code0,code1,code2:
STD_LOGIC_VECTOR（3DOWNTO0）;
SIGNALuser_code,admin_code:
STD_LOGIC_VECTOR（11DOWNTO0）;
SIGNALtemp_code,old_code:
STD_LOGIC_VECTOR（11DOWNTO0）;
SIGNALkey:
std_logic_vector（3downto0）;
signalalarm,ifnum,s_model,chg_c,c_ua:
std_logic;
signalk:
std_logic_vector（3downto0）;
begin
temp_code<=code2&code1&code0;
model<=s_model;
alarming<=alarm;
main:
PROCESS（res,admin,user,clear,chgcode,number,numenter,enter）
variablen,m:
std_logic_vector（1downto0）:
="00";
variablenew1_code,new2_code:
std_logic_vector（11downto0）;
BEGIN
if（res='1'）then
state<=s1;--出厂状态
user_code<="001000010001";--211
admin_code<="001000010000";--210
n:
="00";
s_model<='0';
c_ua<='0';
chg_c<='0';
K<="0000";
openlock<='0';
alarm<='0';
shuma2<="0000000";
shuma1<="0000000";
shuma0<="0000000";
ifnum<='0';
else
if（number='1'）then
k<=k+1;
Elsifnumenter='1'then
ifnum<='1';
Endif;
casestateis
whens1=>
if（admin='1'andchg_c='0'）then
s_model<='1';
state<=s1;
elsif（user='1'andchg_c='0'andalarm='0'）then
s_model<='0';
state<=s1;
elsif（ifnum='1'andalarm='0'andchg_c='0'）then
code2<=k;
ifnum<='0';
CASEkIS
WHEN"0000"=>shuma2<="0111111";
WHEN"0001"=>shuma2<="0000110";
WHEN"0010"=>shuma2<="1011011";
WHEN"0011"=>shuma2<="1001111";
WHEN"0100"=>shuma2<="1100110";
WHEN"0101"=>shuma2<="1101101";
WHEN"0110"=>shuma2<="1111101";
WHEN"0111"=>shuma2<="0000111";
WHEN"1000"=>shuma2<="1111111";
WHEN"1001"=>shuma2<="1101111";
WHENOTHERS=>shuma2<="0000000";
ENDCASE;
k<="0000";
state<=s2;
elsif（ifnum='1'andc_ua='0'andchg_c='1'）then
old_code<=user_code;
code2<=k;
ifnum<='0';
CASEkIS
WHEN"0000"=>shuma2<="0111111";
WHEN"0001"=>shuma2<="0000110";
WHEN"0010"=>shuma2<="1011011";
WHEN"0011"=>shuma2<="1001111";
WHEN"0100"=>shuma2<="1100110";
WHEN"0101"=>shuma2<="1101101";
WHEN"0110"=>shuma2<="1111101";
WHEN"0111"=>shuma2<="0000111";
WHEN"1000"=>shuma2<="1111111";
WHEN"1001"=>shuma2<="1101111";
WHENOTHERS=>shuma2<="0000000";
ENDCASE;
k<="0000";
state<=s2;
elsif（ifnum='1'andalarm='1'ands_model='1'andchg_c='0'）then
code2<=k;
ifnum<='0';
CASEkIS
WHEN"0000"=>shuma2<="0111111";
WHEN"0001"=>shuma2<="0000110";
WHEN"0010"=>shuma2<="1011011";
WHEN"0011"=>shuma2<="1001111";
WHEN"0100"=>shuma2<="1100110";
WHEN"0101"=>shuma2<="1101101";
WHEN"0110"=>shuma2<="1111101";
WHEN"0111"=>shuma2<="0000111";
WHEN"1000"=>shuma2<="1111111";
WHEN"1001"=>shuma2<="1101111";
WHENOTHERS=>shuma2<="0000000";
ENDCASE;
k<="0000";
state<=s2;
elsif（ifnum='1'andc_ua='1'andchg_c='1'）then
old_code<=admin_code;
code2<=k;
ifnum<='0';
CASEkIS
WHEN"0000"=>shuma2<="0111111";
WHEN"0001"=>shuma2<="0000110";
WHEN"0010"=>shuma2<="1011011";
WHEN"0011"=>shuma2<="1001111";
WHEN"0100"=>shuma2<="1100110";
WHEN"0101"=>shuma2<="1101101";
WHEN"0110"=>shuma2<="1111101";
WHEN"0111"=>shuma2<="0000111";
WHEN"1000"=>shuma2<="1111111";
WHEN"1001"=>shuma2<="1101111";
WHENOTHERS=>shuma2<="0000000";
ENDCASE;
k<="0000";
state<=s2;
elsif（clear='1'）then--clear
state<=s1;
endif;
whens2=>
if（user='1'andchg_c='0'）then--user
s_model<='0';
state<=s1;
elsif（admin='1'andchg_c='0'）then--admin
s_model<='1';
state<=s1;
elsif（ifnum='1'）then
code1<=k;
ifnum<='0';
CASEkIS
WHEN"0000"=>shuma1<="0111111";
WHEN"0001"=>shuma1<="0000110";
WHEN"0010"=>shuma1<="1011011";
WHEN"0011"=>shuma1<="1001111";
WHEN"0100"=>shuma1<="1100110";
WHEN"0101"=>shuma1<="1101101";
WHEN"0110"=>shuma1<="1111101";
WHEN"0111"=>shuma1<="0000111";
WHEN"1000"=>shuma1<="1111111";
WHEN"1001"=>shuma1<="1101111";
WHENOTHERS=>shuma1<="0000000";
ENDCASE;
k<="0000";
state<=s3;
elsif（clear='1'）then--clear
state<=s1;
endif;
whens3=>
if（user='1'andchg_c='0'）then
s_model<='0';
state<=s1;
elsif（admin='1'andchg_c='0'）then
s_model<='1';
state<=s1;
elsif（ifnum='1'）then
code0<=k;
ifnum<='0';
CASEkIS
WHEN"0000"=>shuma0<="0111111";
WHEN"0001"=>shuma0<="0000110";
WHEN"0010"=>shuma0<="1011011";
WHEN"0011"=>shuma0<="1001111";
WHEN"0100"=>shuma0<="1100110";
WHEN"0101"=>shuma0<="1101101";
WHEN"0110"=>shuma0<="1111101";
WHEN"0111"=>shuma0<="0000111";
WHEN"1000"=>shuma0<="1111111";
WHEN"1001"=>shuma0<="1101111";
WHENOTHERS=>shuma0<="0000000";
ENDCASE;
k<="0000";
state<=s4;
elsif（clear='1'）then
state<=s2;
endif;
whens4=>
if（enter='1'andchg_c='0'）then--enter
state<=s5;
elsif（enter='1'andchg_c='1'andm="00"）then--enter
if（old_code=temp_code）then
m:
="01";
state<=s1;
elsestate<=sw;
endif;
elsif（enter='1'andchg_c='1'andm="01"）then--enter
new1_code:
=temp_code;
m:
="10";
state<=s1;
elsif（enter='1'andchg_c='1'andm="10"）then--enter
new2_code:
=temp_code;
if（new1_code=new2_codeandc_ua='0'）then
user_code<=new2_code;
state<=sw;
elsif（new1_code=new2_codeandc_ua='1'）then
admin_code<=new2_code;
state<=sw;
elsif（new1_code/=new2_code）then
state<=sw;
endif;
elsif（clear='1'）then
state<=s3;
endif;
whens5=>
if（s_model='0'andtemp_code=user_code）then
openlock<='1';
state<=s6;
elsif（s_model='0'andtemp_code/=user_code）then
n:
=n+1;
ifn="11"then
alarm<='1';
state<=s1;
else
state<=s1;
endif;
elsif（s_model='1'andtemp_code=admin_code）then
state<=s6;
elsif（s_model='1'andtemp_code/=admin_code）then
state<=sw;
endif;
whens6=>
if（enter='1'）then--enter
state<=sw;
elsif（clear='1'andalarm='1'）then--clear
alarm<='0';
state<=sw;
elsif（chgcode='1'）then
chg_c<='1';
state<=s7;
endif;
whens7=>
m:
="00";
if（user='1'）then
c_ua<='0';
old_code<=user_code;
state<=s1;
elsif（admin='1'）then
c_ua<='1';
old_code<=admin_code;
state<=s1;
endif;
whensw=>
alarm<='0';
s_model<='0';
c_ua<='0';
m:
="00";
n:
="00";
openlock<='0';
chg_c<='0';
shuma2<="0000000";
shuma1<="0000000";
shuma0<="0000000";
state<=s1;
endcase;
ENDif;
ENDPROCESSmain;
endBehavioral;
创建测试平台仿真结果：
一：
输入密码，期间有清除，并且密码输入正确。
仿真波形图如下：
二：
在管理员状态下输入密码，之后切换到用户状态，输入三次，最后输入密码正确，开锁。
仿真波形图如下：
三：
输入密码错误三次，拉起警报。
管理员状态下，管理员输入正确密码解除警报。
仿真波形图如下：
四：
输入密码一次，密码错误，切换到管理员状态。
仿真波形图如下：
实验小结
这次的实习，让我学到了掌握了很多EDA的知识，这两周的实习我通过复习跟大量的查询，终于完成了这次课程的设计，让我对以前所学专业知识不足的地方有了进一步的掌握改正，让我对这门专业有了更深的理解。
这次的EDA实习任务是编写密码锁的程序并且下载在硬件实现密码锁功能，这次实习任务是我大学以来做过的最难的。
在编写密码锁程序时，有很多的难点。
一：
密码锁的功能复杂，编写程序容易混乱;二：
硬件要去实验程序中只可以设置八个按键；三：
题目要求用两个按键实现密码输入，一个按键控制选择输入的是第几位密码，另一位按键控制输入密码。
经过与同学以及老师的讨论，采取以下方法解决问题。
一：
将整个系统分成输入输出模块，控制模块，按键设置模块和60s计时器模块来解决功能复杂导致的程序逻辑关系不清的问题；二：
将确认键和enter键合并，切换键与user键合并解决按键不足的问题：
三：
采用计数法实现
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