圖1.1  4x4矩陣鍵盤電路

                                     圖1.2按鍵排列

（2）4x4矩陣鍵盤檢測(cè)程序：如下是用Verilog編寫(xiě)的4x4矩陣鍵盤鍵值掃描判斷程序，鍵盤掃描程序由1個(gè)always模塊構(gòu)成，在always模塊中先進(jìn)行模4計(jì)數(shù)，在計(jì)數(shù)器的每個(gè)狀態(tài)從FPGA內(nèi)部送出一列掃描數(shù)據(jù)給鍵盤，然后讀入經(jīng)過(guò)去抖處理的4行數(shù)據(jù)，根據(jù)行，列數(shù)據(jù)，確定按下的是哪個(gè)鍵。

//按鍵模塊

module scankey(clk,a,b,keyvalue);

input clk;                 //鍵盤掃描時(shí)鐘信號(hào)

input [3:0]b;

output reg[3:0]a;                                          //輸出掃描信號(hào)給鍵盤

output reg [3:0]keyvalue;

reg [1:0]q;

reg [3:0] qdb;//消抖后的b

reg [3:0]rxbuf;

always @( posedge clk) begin //按鍵消抖

rxbuf[0] <= b[0];

qdb[0] <= ~(rxbuf[0] & (~b[0]));

end

always @( posedge clk) begin //按鍵消抖

rxbuf[1] <= b[1];

qdb[1] <= ~(rxbuf[1] & (~b[1]));

end

always @( posedge clk) begin //按鍵消抖

rxbuf[2] <= b[2];

qdb[2] <= ~(rxbuf[2] & (~b[2]));

end

always @( posedge clk) begin //按鍵消抖

rxbuf[3] <= b[3];

qdb[3] <= ~(rxbuf[3] & (~b[3]));

end

always@(posedge clk)

begin q<=q+1;

case(q)                                                                      //給a口送出掃描數(shù)據(jù)

0:a<=4'b1110;

1:a<=4'b1101;

2:a<=4'b1011;

3:a<=4'b0111;

endcase

case({a,qdb})                                                                      //判斷鍵值

8'b1110_0111:keyvalue<=4'b0000;              //key0

8'b1110_1011:keyvalue<=4'b0001;              //key1

8'b1110_1101:keyvalue<=4'b0010;

8'b1110_1110:keyvalue<=4'b0011;

8'b1101_0111:keyvalue<=4'b0100;

8'b1101_1011:keyvalue<=4'b0101;

8'b1101_1101:keyvalue<=4'b0110;

8'b1101_1110:keyvalue<=4'b0111;

8'b1011_0111:keyvalue<=4'b1000;

8'b1011_1011:keyvalue<=4'b1001;              //key9

8'b1011_1101:keyvalue<=4'b1010;              //keyA

8'b1011_1110:keyvalue<=4'b1011;

8'b0111_0111:keyvalue<=4'b1100;

8'b0111_1011:keyvalue<=4'b1101;

8'b0111_1101:keyvalue<=4'b1110;              //keyE

8'b0111_1110:keyvalue<=4'b1111;              //keyF

default:keyvalue=8'b1111_1111;

endcase

end

Endmodule

• 密碼顯示電路采用8個(gè)七段數(shù)碼管顯示密碼輸入狀態(tài)，綠色發(fā)光二極管指示鎖的開(kāi)閉狀態(tài)，黃色發(fā)光二極管指示密碼修改成功與否，紅色發(fā)光二極管指示警報(bào)狀態(tài)。
• 密碼鎖控制電路采用EP4CE10F17C8芯片控制。
  

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1.3所示。

（1）密碼鎖輸入電路包括時(shí)序產(chǎn)生電路，鍵盤掃描電路，鍵盤彈跳消除電路，鍵盤譯碼電路等幾個(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)，密碼核對(duì)（數(shù)值比較電路），解鎖電路（開(kāi)/關(guān)門鎖電路）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。

   密碼控制電路

     七段數(shù)碼管

圖1.3數(shù)字電子密碼鎖系統(tǒng)總體框圖

總體設(shè)計(jì)方案：

采用主，從兩個(gè)狀態(tài)機(jī)來(lái)完成8位電子密碼鎖設(shè)計(jì)。

主狀態(tài)機(jī)用來(lái)完成waits（等待）狀態(tài)，pass（開(kāi)鎖）狀態(tài)，changing（改密）狀態(tài)，alarm（警報(bào)）狀態(tài)之間的切換。主狀態(tài)機(jī)狀態(tài)圖如圖2.1所示

（詳見(jiàn)51hei附件）

圖2.1主狀態(tài)機(jī)

主狀態(tài)機(jī)簡(jiǎn)要說(shuō)明：復(fù)位鍵（Resetb）為0，進(jìn)入等待（waits）狀態(tài)；主現(xiàn)狀態(tài)為等待狀態(tài)且correct為1，主狀態(tài)進(jìn)入開(kāi)鎖（pass）狀態(tài)；在開(kāi)鎖狀態(tài)延時(shí)10s后，主狀態(tài)回到等待狀態(tài)；主現(xiàn)態(tài)為開(kāi)鎖狀態(tài)且mimagaile為1，主狀態(tài)進(jìn)入改密（changing）狀態(tài)；在改密狀態(tài)延時(shí)10s后，主狀態(tài)回到等待狀態(tài)；主現(xiàn)態(tài)為等待狀態(tài)且密碼連續(xù)輸入錯(cuò)誤3次，主狀態(tài)進(jìn)入警報(bào)（alarm）狀態(tài)；在警報(bào)狀態(tài)延時(shí)1分鐘后，主狀態(tài)回到等待狀態(tài)。

從狀態(tài)機(jī)用于輸入8位密碼，程序如下：

always@(posedge clk or negedge resetb)

begin

      if(!resetb)

                            sub_state<=first;//從狀態(tài)為first

                            else

                            sub_state<=next_sub_state;//從狀態(tài)為下一個(gè)從狀態(tài)

end

                            always@(cmd or cmd_t or sub_state)

begin

      if(cmd_t==0)//檢測(cè)有按鍵按下

                            case(cmd)

                            cancel:begin //密碼輸入錯(cuò)誤時(shí)，重復(fù)上一個(gè)狀態(tài)

                                                        if(sub_state==first)

                                                        next_sub_state=first;

                                                        else

                                                        case(sub_state)

                                                        second:next_sub_state=first;

                                                        third: next_sub_state=second;

                                                        fourth:next_sub_state=third;

                                                        fifth:next_sub_state=fourth;

                                                        sixth:next_sub_state=fifth;

                                                        seventh:next_sub_state=sixth;

                                                        eighth:next_sub_state=seventh;

                                                        finish:next_sub_state=eighth;

                                                        endcase

end

//4個(gè)密碼輸完時(shí)，進(jìn)行確認(rèn)

enter:next_sub_state=first;

setmima:next_sub_state=first;

sure:next_sub_state=first;

//default為輸入了某位密碼，輸入完自動(dòng)將狀態(tài)轉(zhuǎn)入下一位

default:

                                          case(sub_state)

                                                                                    first:begin next_sub_state=second;dig=8'b00000001;end

                                                                                    second:begin next_sub_state=third;dig=8'b00000011;end

                                                                                    third:begin next_sub_state=fourth;dig=8'b00000111;end

                                                                                    fourth:begin next_sub_state=fifth;dig=8'b00001111;end

                                                                                    fifth:begin next_sub_state=sixth;dig=8'b00011111;end

                                                                                    sixth:begin next_sub_state=seventh;dig=8'b00111111;end

                                                                                    seventh:begin next_sub_state=eighth;dig=8'b01111111;end

                                                                                    eighth:begin next_sub_state=finish;dig=8'b11111111;end      //當(dāng)輸入完8位密碼后狀態(tài)保持不變，等待輸入enter命令

                                                                                    finish:begin next_sub_state=finish;dig=8'b11111111;end

                                          endcase

endcase

else

next_sub_state=sub_state;

end

從狀態(tài)機(jī)簡(jiǎn)要說(shuō)明：按下清除鍵后從狀態(tài)機(jī)狀態(tài)回到前一個(gè)狀態(tài)，按下數(shù)字鍵后從狀態(tài)機(jī)為下一個(gè)狀態(tài)（即輸入下一位密碼）

四.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

功能驗(yàn)證:

• cmd為輸入命令用來(lái)代替按鍵驗(yàn)證功能，cmd=0000表示按鍵0，cmd=0001表示按鍵1，cmd=0010表示按鍵2，cmd=0011表示按鍵3，cmd=0100表示按鍵4，cmd=0101表示按鍵5，cmd=0110表示按鍵6，cmd=0111表示按鍵7，cmd=1000表示按鍵8，cmd=1001表示按鍵9，cmd=1010表示確認(rèn)鍵，cmd=1011表示清除鍵，cmd=1101表示改密鍵。
• dig用來(lái)控制8個(gè)共陽(yáng)數(shù)碼管的公共端（即可以控制8個(gè)數(shù)碼管‘——’的亮滅來(lái)顯示密碼輸入到第幾位）。
• passed輸出高電平表示開(kāi)鎖狀態(tài)。
• resetmimaok輸出高電平表示修改密碼成功。
• alarmed輸出高電平表示警報(bào)狀態(tài)。
  

圖3.1總體功能仿真結(jié)果（包含開(kāi)鎖，改密，清除，警報(bào)，顯示密碼輸入到第幾位）

下面將總圖按功能分解分析：

初始密碼為11111111，如圖3.2中40ns開(kāi)始輸入密碼為11011111按下確認(rèn)鍵（1010）后密碼錯(cuò)誤passed保持低電平（電子鎖未打開(kāi)），接著輸入正確密碼（11111111）按下確認(rèn)鍵（1010）后密碼正確passed輸出高電平（電子鎖打開(kāi)）。

圖3.3修改密碼功能

如圖3.3在passed為高（即開(kāi)鎖狀態(tài)）輸入8位數(shù)字后按下改密鍵（1101）密碼被修改為11101111成功，resetmimaok輸出高電平。接著輸入初始密碼11111111按下確認(rèn)鍵（1010）passed保持低電平（電子鎖未打開(kāi)）之后再隨便輸入一個(gè)錯(cuò)誤密碼，如圖3.3輸入01111110按下確認(rèn)鍵（1010）passed保持低電平（電子鎖未打開(kāi)），最后輸入修改后的密碼11101111按下確認(rèn)鍵（1010）passed輸出高電平（電子鎖打開(kāi)）。

圖3.4輸入大于8個(gè)數(shù)字時(shí)，前8位有效

如圖3.4中800ns處輸入密碼111011111按下確認(rèn)鍵（1010）后passed輸出高電平（電子鎖打開(kāi)）說(shuō)明第九位數(shù)字1無(wú)效。

圖3.5三次連續(xù)輸錯(cuò)密碼后警報(bào)

如圖3.5在950ns處開(kāi)始連續(xù)輸入錯(cuò)誤三次密碼后，alarmed輸出高電平表示發(fā)出警報(bào)。

圖3.6清除功能

如圖3.6在1.31us處輸入密碼1110113后按下清除鍵（1011）接著輸入11后，按下確認(rèn)鍵（1010）passed輸出高電平（電子鎖打開(kāi)）。

五.存在的問(wèn)題及改進(jìn)分析

• 存在的問(wèn)題:硬件電路該怎么做？如何把此設(shè)計(jì)做成實(shí)物？
• 改進(jìn)分析：數(shù)碼管顯示模塊可以改為輸入數(shù)字后顯示輸入的數(shù)字一秒鐘后變?yōu)椤?’；可以增加一個(gè)管理員密碼，管理員密碼優(yōu)先級(jí)高于普通密碼，警報(bào)的解除只能靠輸入管理員密碼，輸入管理員密碼可以開(kāi)鎖和更改普通密碼。
  

六.實(shí)驗(yàn)心得及意見(jiàn)

通過(guò)這次設(shè)計(jì)，使我對(duì)EDA產(chǎn)生了濃厚的興趣。特別是當(dāng)實(shí)現(xiàn)每個(gè)小功能成功時(shí)，心里特別開(kāi)心。這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到的問(wèn)題，反映出來(lái)我的許多不足之處，我以后要努力克服缺點(diǎn)。雖然此設(shè)計(jì)在Quartus II 軟件上功能能夠大體上得到驗(yàn)證，但是離做出實(shí)物還差很遠(yuǎn)。一直沒(méi)有玩過(guò)實(shí)物開(kāi)發(fā)板，根本就不知道進(jìn)行硬件的連接，就連一個(gè)簡(jiǎn)單的程序都下載進(jìn)開(kāi)發(fā)板進(jìn)行驗(yàn)證。總的來(lái)說(shuō)，這次設(shè)計(jì)的密碼鎖還是比較成功的，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問(wèn)題，最后在同學(xué)和老師的辛勤的指導(dǎo)下外加上自己的努力，終于都得到了解決，因此很有成就感，終于覺(jué)得平時(shí)所學(xué)的知識(shí)有了實(shí)用的價(jià)值，達(dá)到了理論與實(shí)際相結(jié)合的目的。

最后說(shuō)一說(shuō)我對(duì)本課程一些意見(jiàn)，該課程從開(kāi)始做實(shí)驗(yàn)到最后的課程設(shè)計(jì)都一直是在電腦上進(jìn)行仿真，沒(méi)有在板子上跑過(guò)程序，我覺(jué)得老師應(yīng)該在開(kāi)發(fā)板給我們演示簡(jiǎn)單的程序，這樣能夠帶動(dòng)我們大多數(shù)人的興趣，也能夠便于我們更快上手做一些簡(jiǎn)單的實(shí)物，提高大家學(xué)習(xí)的積極性。

EDA電子密碼鎖課程設(shè)計(jì)報(bào)告.docx (673.02 KB, 下載次數(shù): 189)

2017-6-28 15:55 上傳

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