Quartus电子密码锁要点

1、EDA勺相关介绍EDA勺特点：EDAfc术对电子系统设计方法的影响：传统的电路设计的方法是自低 向上（Buttumup）,即设计师根据设计要求首先选用合适的元器件，然后完成各 个单元电路的设计、搭试、性能指标的测试，最后形成系统。而基于ED微术的设计方法是自顶向下（Top to Down ,即首先从系统设计入手，在顶端进行功能 方框图的划分和结构设计。然后利用EDAC件进行设计的验证、仿真以及PC布局 布线等工作12。硬件描述语言：硬件描述语言（HDL是一种用于进行电子系统硬件设计的 计算机高级语言，它采用软件的设计方法来描述电子系统的逻辑功能、电路结构 和连接形式。EDA勺另一个特点体现在大规模可编程逻辑器件 PLD （Programmable Logic Devices）是一种由用户编程以实现某种逻辑功能的新型逻辑器件。PLD最早出现在20世纪70年代初，其后经历了 PROMPLA PAL GAL等几个发展阶段。80 年代中期，美国Xilin 公司首先推出了现场可编程门陈列（FPGA器彳90年 代初，美国Lattice公司又推出了在系统可编程大规模集成电路（ispLSI ）。现 通

2、常将高集成度的可编程逻辑器件谶纬复杂可编程逻辑器件（CPLDoVHDLLM件描述语言VHDL （ Very high speed integrated circuit Hardware Description Language）硬件描述语言从高于逻辑级的抽象层次上描述硬件的功能、信号连接关系及定时关系。VHDL勺设计流程如下图。图1 VHDL设计流程VHDL语言是对逻辑电路进行描述的高级语言，它与其他高级语言相比既有 相同之处，也有其自身特点：1 .VHDL是工业标准的文本格式语言VHDL已成为一种工业标准。设计者、EDAX具的供应商以及芯片生产厂家， 都要遵循这一标准。该语言是一种文本格式的语言，ASIC的设计者在设计电路时，就像编写其他高级语言一样，用文字来表达所要设计的电路，这样能比较直 观地表达设计者的设计思想，并且易于修改。2 .VHDL能同时支持仿真和综合VHD印言是一种能够支持系统仿真的语言。事实上，ASIC成功的关键在于生产前的设计，而保证设计正确性的主要手段就是系统仿真。目前在大部分的EDA工具中，都有支持VHDLS言仿真的工具。这样，设计者在ASIC生产前就能够知

3、道设计的正确与、系统的的性能如何等关键问题。VHDL不仅仅是一种仿真语言，它的所有语句有相当一部分是不支持综合的，也 就是说ED*具无法根据所描述的VHD印言产生出电路；但其中的可综合语句 足以描述一个大而完整的系统。目前所有的高层次综合工具所支持的综合语句， 都是IEEE标准的一个子集。 因此，VHDL语言可以有两种完全不同的描述，一种是基于仿真的描述，它可以 使用VHDL言定义的各种语句，这类程序主要适用于编写测试基准程序和各种 仿真模型的工程师使用， 另外一种就是用于生成具体电路的可综合描述。 它只能 使用VHDL中的可综合子集。它主要适用于从事电路设计的工程师使用。3 .VHDL是一种并发执行的语言我们知道，几乎所有的高级语言的执行都是顺序的， 而VHDI言在仿真过程 中的执行是并行的。这种特性是符合实际逻辑电路的工作过程的。4 .VHDL支持结构化设计和top-down设计方法VHDL言是一种结构化的语言，它提供的语句可以完成多层次结构结构的描述， 所以VHDL言可以支持结构化的设计。结构化设计就是将一个系统划分为多个 模块，而每个模块又可以继续划分为更多的子模块。这样就可以

4、采用 top-down 的设计方法， 就是从系统整体要求出发， 自上而下的逐步将系统内容细化， 最后 完成系统的整体设计。5 .VHDL的描述与工艺无关 设计者在利用VHDLffl述时并不需要关心电路最终将在哪种工艺上实现，EDA工具可以将VHDL代码映射到不同的工艺床上，提高了设计的可重用性。6 . 支持多风格的描述方法VHD4仅支持行为级的描述，而且支持数据流及结构描述。前言电子密码锁的使用体现了人们消费水平、保安意识和科技水平的提高 , 而且 避免了携带甚至丢失钥匙的麻烦。 目前设计密码锁的方法很多 , 例如用传统的 PCB 板设计、用PLCS计或者用单片机设计等等。而用 VHDH以更加快速、灵活地设 计出符合各种要求的密码锁，优于其他设计方法。VHD是一种符合IEEEB准的硬 件描述语言 , 其最大的特点是借鉴高级程序设计语言的功能特性, 对电路的行为与结构进行高度抽象化、规范化的形式描述, 并对设计的不同层次、不同领域的模拟验证与综合优化等处理, 使设计过程廷到高度自动化。目录1. 概述电子密码锁在生活中十分常见， 在这我将设计一个具有较低成本的电子密码锁， 本文讲述了我整个

5、设计过程及收获。 讲述了电子密码锁的的工作原理以及各个模块的功能， 并讲述了所有部分的设计思路， 对各部分电路方案的选择、 元器件的筛选、以及对它们的调试、对波形图的分析，到最后的总体图的分析。2. 设计要求本设计名称为电子密码锁， 用四个模块， 分别为输入模块、 控制模块、 扫描器模块、显示模块，来控制密码的输入、验证与显示。设计所要实现的功能为：1 数码输入：手动用 3 个拨码开关与3 个按键设计三位密码的输入，并在显示器显示出该数值。2 数码验证：开锁时输入密码后,拨动RT 键使其为高电平，而 CHANGE 为低电平检测，密码正确时开锁，输出 LOCKOPEN 灯灭， LOCKCLOSE 灯亮，表示开锁成功。3 错误显示：当密码输入错误时， LOCKOPEN 灯亮， LOCKCLOSE 灯灭，表 示开锁失败。4 更改密码：当改变密码时，按下CHANGE 键使其为高电平，而 RT 为低电平时，可改变密码。5密码清除：按下RESTP青除前面的输入值，清除为886。3. 总体框图1）设计方案：电子密码锁，主要由三部分组成：密码输入电路、密码锁控制电路和密码锁显示电路。作为电子密码锁的输

6、入电路，可选用的方案有拨码与按键来控制输入和触摸式键盘输入等多种。 拨码与按键和触摸式4*4 键盘相比简单方便而且成本低， 构成的电路简单，本设计中采用拨码与按键来作为该设计的输入设备。数字电子密码锁的显示信息电路可米用LEDC码显示管和液晶屏显示两种。液晶显 示具有高速显示、 可靠性高、 易于扩展和升级的特点， 但是普通的液晶存在亮度低、 对 复杂环境适应能力差的特点，但是在本设计中任然使用LEDgC码管。根据以上选定的输入设备与与显示器件， 并考虑到现实各项密码锁功能的具体要求，与系统的设计要求， 系统设计采用自顶向下的设计方案。 整个密码锁系统的总体总体框图如图 3.1 所示。输入模块拨码与按键 单脉冲控制 k输入译码控制模块显示模块图3.1电子密码锁系统总体框图4.电子密码锁的波形仿真4.1 电子密码锁的设计流程使用Quartus II进行电子密码锁设计的流程为1 .编写VHDLS序（使用Text Editor） （见附录）；2 .编译 VHDLS序（使用 Compiler）；3 .仿真验证 VHDLI序（使用 Waveform Editor , Simulator）；4 .进

7、行芯片的时序分析（使用Timing Analyzer）；5 .安排芯片管脚位置（使用Floorplan Editor）；6 .下载程序至芯片（使用Programmer） o5.功能模块5.1 输入模块1）功能介绍输入时有三个拨码键控制输入，每个拨码各控制一位密码，对于其中一个拨 码键每拨一次码按一次按键，表示输入一位，当输入四位时输出一位数，用“888” 作为初始密码。2）输入模块与仿真图形单脉冲控制如图5.1如下图pulsinst5上图为单脉冲控制输入， 当M给一上升沿信号将在 PUL输出一位与之对应的高或低电平。四位申行输入并行输出寄存器如下图5.1.2shifter-din qout0.4一 resetCLKinstl18 M330.0 ns Ia Ons 650.0 HT 弧味 liiCUBQ | aaaaaiiaiiiiiiiiii aaiiiiiiiiiiiiaaaiiJ3ijiH0 nt 8 Offlffl图 5.1.2上图为4为串行输入并行输出寄存器，它由4个D触发组成，当reset为高电平时，每给一脉冲输入数据将向右移一位二值代码，它能同时复位3）程序的输入在文本区内

8、输入程序，程序如下：单脉冲信号控制puls.vhdLIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY puls ISPORT (PUL,M:IN STD_LOGIC;Q:OUT STD_LOGIC);END puls;ARCHITECTURE BEHA VE OF puls ISSIGNAL TEMP:STD_LOGIC;BEGINPROCESS(M)BEGINIF MEVENT AND M=1 THENIF PUL=1 THENTEMP=1;ELSE TEMP=0;END IF;END IF;END PROCESS;Q0);ELSEif clkevent and clk=1 thenq(3)：=q(2);q(2):=q(1);q(1):=q(0);q(0):=din;END IF;END IF;qout=q;END PROCESS;END architecture act;5.2 控制模块1)功能介绍开锁时输入密码后，拨动RT键使其为高电平，而CHANGE为低电平检测， 密码正确时开锁，输出 LOCKOPEN灯灭，LOCKCLOSE灯亮，表示开锁成功。 当密码输入错误时，LOCKOPEN灯亮，LOCKCLOSE灯灭，表示开锁失败。当改 变密码时，按下CHANGE键使其为高电平，而RT为低电平时，可改变密码。按 下REST可清除前面的输入值，清除为“888”2)控制模块与仿真图形输入译码器图5.2.1,如下图:r keyI5 elkq3.O- dataSJLO q1 3.0instAn .4IIWShu2 nu 120.HJ BIJ I 肌520 玷 iHTnV 0弧。皿图 5.2.2上图为译码器将09。

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