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1、南京工业大学电子与信息工程学院电子与信息工程学院EDA 课程设计报告（ 2011 2012 学年 第 二 学期）班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 2011 年 9 月课课 程程 设设 计计 报报 告告- 1 -一：实验目的：一：实验目的：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；3.3.学会应用开发系统实现硬件电路，检验电路的功能。二：实验要求：二：实验要求：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。三：功能描述：功能描述：用于模仿密码锁的工作过程。
2、完成密码锁的核心控制功能。四：功能要求：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“11111” 。用户如果需要开锁，按相应的按键进入输入密码状态，输入 5 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
3、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。课课 程程 设设 计计 报报 告告- 2 -五：功能描述：五：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“11111” ，管理员密码为“00000” 。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_code5 的输出状态确定密码输入状态。如输
4、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
5、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。课课 程程 设设 计计 报报 告告- 3 -六：设计思路：六：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
6、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。课课 程程 设设 计计 报报 告告- 4 -七：实验过程：七：
7、实验过程：1：源程序：输入输出模块：输入输出模块： ENTITY E_lock ISPORT(clk,user,admin,clear,enter,chgcode,res:IN STD_LOGIC;num:IN STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);openlock:buffer std_logic;alarming,o_ua,o_chgcode,chgcode_ua:OUT STD_LOGIC;out_code6:out std_logic_vector(4 downto 0);END E_lock; ARCHITECTURE behave OF E_lock IS TY
8、PE STATES IS (ss,sw,s0,s1,s2,s3,s4,s5,s6,s7,s8); SIGNAL state:STATES; SIGNAL one_key,code0,code1,code2,code3,code4:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); SIGNAL user_code,admin_code:STD_LOGIC_VECTOR(19 DOWNTO 0); SIGNAL temp_code,old_code:STD_LOGIC_VECTOR(19 DOWNTO 0); SIGNAL new_ctime:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOW
9、NTO 0); SIGNAL key:std_logic_vector(6 downto 0); SIGNAL alarm,inkey,ifnum,s_ua,chg_c,c_ua,back:std_logic; SIGNAL out_code:std_logic_vector(4 downto 0); SIGNAL numtime:std_logic_vector(5 downto 0); 状态控制模块：状态控制模块：BEGINtemp_codestate -S0 等待输入第 1 个密码时if back=1 thenstateif back=1 thenstateif back=1 thens
10、tateif back=1 thenstateif back=1 thenstateif back=1 thenstateif (s_ua=0 and temp_code=user_code) thenopenlockif back=1 thenstatem:=“00“;if back=1 thenstatealarmone_keyone_keyone_keyone_keyone_keyone_keyone_keyone_key=“1111“;END CASE;end if; END PROCESS INPUT; 60s60s 计时模块：计时模块：PROCESS(inkey,res,clk,a
11、larm,openlock) variable numtime:std_logic_vector(5 downto 0):=“000000“; BEGIN if(res=1) thennumtime:=“000000“;back=0; elsif (openlock=1 or inkey=1)or alarm=1) thenback=0;numtime:=“000000“; elsif (clkevent and clk=1)and inkey=0 and alarm=0 and openlock=0)thennumtime:=numtime+1;if numtime=“111100“ the
12、nback=1;numtime:=“000000“;课课 程程 设设 计计 报报 告告- 11 -end if; end if; end process ; END behave; 八：实验结果八：实验结果1 1：用户输入密码正确，锁打开用户输入密码正确，锁打开。TBTB 文件文件： clk=not clk after 5 ns;tb : PROCESSBEGIN res=1 after 6 ns, 0 after 9 ns; user=1 after 10 ns, 0 after 20 ns ; num(0)=0; num(1)=1 after 30 ns, 0 after 40 ns,1
13、after 50 ns, 0 after 60 ns,1 after 70 ns, 0 after 80 ns,1 after 90 ns, 0 after 100 ns,1 after 110 ns, 0 after 120 ns; enter=1 after 120 ns, 0 after 130 ns,1 after 140 ns,0 after 150 ns; wait; END PROCESS; 仿真图：仿真图：课课 程程 设设 计计 报报 告告- 12 -2：用户输入密码错误，按用户输入密码错误，按 clearclear 键可以取消上一个密码输入，再输入正键可以取消上一个密码输入，
14、再输入正确密码。确密码。TB：clk=not clk after 5 ns;tb : PROCESSBEGINres=1 after 6 ns, 0 after 9 ns; user=1 after 10 ns, 0 after 20 ns ; num(0)=0,1 after 110 ns, 0 after 120 ns; num(1)=1 after 30 ns, 0 after 40 ns,1 after 50 ns, 0 after 60 ns,1 after 70 ns, 0 after 80 ns,1 after 90 ns, 0 after 100 ns,1 after 150
15、ns, 0 after 160 ns; clear=0,1 after 130 ns, 0 after 140 ns; enter=1 after 170 ns, 0 after 180 ns,1 after 190 ns,0 after 200 ns; wait; END PROCESS; 仿真图：课课 程程 设设 计计 报报 告告- 13 -3 3：当用户三次密码输入错误的时候，当用户三次密码输入错误的时候，alaralarmingming 为为 1 1，此时，只，此时，只要管理员要管理员密码输入正确密码输入正确后后，按下，按下 clearclear 键键，alarmalarminging 为为 0 0，报警取消。，报警取消。TBTB：clk=not clk after 5 ns;tb : PROCESSBEGINres=1 after 6 ns, 0 after 9 ns;user=1 after 10 ns, 0 after 20 ns ;num(0)=0,1 after 110 ns, 0 after 120 ns,1 after 230 ns, 0 after 240 ns,1 after 35
