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1、SOPC/EDA综合课程设计：电子密码锁江西理工大学应用科学学院SOPC/EDA综合课程设计报告设计题目： 电子密码锁的设计设 计 者： *学 号： 14号班 级： 电气082指导老师： *完成时间： 2011年1月14日设计报告综合测试总评格式（10）内容(40)图表（10）答辩（20）平时（20）1目录第一章 电子密码锁设计要求及内容11.1 关于电子密码锁11.2 系统设计要求及内容1第二章 系统设计方案22.1. 密码锁的组成部分22.2矩阵式键盘的工作原理32.3密码锁输入电路各主要功能模块的设计42.3.1 时序产生电路42.3.2 键盘扫描电路42.3.3 弹跳消除电路42.3.
2、4 键盘译码电路52.3.5 按键存储电路62.3.6 密码锁输入电路模块框图62.4、密码锁控制电路的设计72.4.1数字按键输入的响应控制72.4.2功能按键输入的响应控制72.4.3. 密码控制模块图72.5、密码锁显示电路的设计8第三章 密码锁的整体组装设计9第四章 各个模块VHDL源程序及其仿真波形图104.1键盘输入去抖电路的VHDL源程序(附仿真图)104.2密码锁输入电路的VHDL源程序（附仿真图）124.3密码锁控制电路的VHDL源程序（附仿真图）164.4密码锁显示电路七段译码器设计源程序（仿真图）19结束语21参考文献22第一章 电子密码锁设计要求及内容1.1 关于电子密
3、码锁随着电子技术的发展，具有防盗报警等功能的电子密码锁代替密码量少、安全性差的机械式密码锁已是必然趋势。电子密码锁与普通机械锁相比，具有许多独特的优点：保密性好，防盗性强，可以不用钥匙，记住密码即可开锁等。目前使用的电子密码锁大部分是基于单片机技术，以单片机为主要器件，其编码器与解码器的生成为软件方式。在实际应用中，由于程序容易跑飞，系统的可靠性能较差。电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务的电子产品。它的种类很多，有简易的电路产品，也有基于芯片的性价比较高的产品。现在应用较广的电子密码锁是以芯片为核心，通过编程来实现的。其性能和安全性已
4、大大超过了机械锁，其特点如下：1保密性好,编码量多,远远大于弹子锁。随机开锁成功率几乎为零。2密码可变。 用户可以经常更改密码，防止密码被盗，同时也可以避免因人员的更替而使锁的密级下降。3误码输入保护。当输入密码多次错误时，报警系统自动启动。4. 电子密码锁操作简单易行，一学即会。1.2 系统设计要求及内容利用基于所学EDA以及QuartusII7.2软件相关知识设计一个具有较高安全性和较低成本的通用电子密码锁，其具体功能要求如下： (1)数码输入：每按下一个数字键，就输入一个数值，并在显示器上的最右方显示出该数值，同时将先前输入的数据依序左移一个数字位置。 (2)数码清除：按下此键可清除前面
5、所有的输入值，清除成为“0000”。 (3)密码更改：按下此键时会将目前的数字设定成新的密码。 (4)激活电锁：按下此键可将密码锁上锁。 (5)解除电锁：按下此键会检查输入的密码是否正确，密码正确即开锁。其中所有功能自行设计。第二章 系统设计方案 2.1. 密码锁的组成部分作为通用电子密码锁，主要由三个部分组成：数字密码输入电路、密码锁控制电路和密码锁显示电路。 根据以上选定的输入设备和显示器件，并考虑到实现各项数字密码锁功能的具体要求，整个电子密码锁系统的总体组成框图如图2.1所示。 (1)密码锁输入电路包括时序产生电路、键盘扫描电路、键盘弹跳消除电路、键盘译码电路等几个小的功能电路。 (2
6、)密码锁控制电路包括按键数据的缓冲存储电路，密码的清除、变更、存储、激活电锁电路(寄存器清除信号发生电路)，密码核对(数值比较电路)，解锁电路(开/关门锁电路)等几个小的功能电路。(3)七段数码管显示电路主要将待显示数据的BCD码转换成数码器的七段显示驱动编码。 图2.1 数字电子密码锁系统总体框图图2.2是电子密码锁的输入电路框图，由键盘扫描电路、弹跳消除电路、键盘译码电路、按键数据缓存器，加上外接的一个34矩阵式键盘组成。 图2.2电子密码锁的输入电路框图2.2矩阵式键盘的工作原理矩阵式键盘是一种常见的输入装置，在日常的生活中，矩阵式键盘在计算机、电话、手机、微波炉等各式电子产品上已经被广
7、泛应用。图2.3是一个34矩阵式键盘的面板配置图，其中数字09作为密码数字输入按键，*作为“上锁”功能按键，#作为“解锁/清除”功能按键。 图2.3.34矩阵式键盘的面板配表2.1. 行扫描信号、列按键输入信号与按键位置的关系KY3KY0111011101110110111011101101110111011011101110111KX2KX0011101110011101110011101110011101110按键号123456789*0#2.3密码锁输入电路各主要功能模块的设计 2.3.1 时序产生电路本时序产生电路中使用了三种不同频率的工作脉冲波形：系统时钟脉冲(它是系统内部所有时钟脉
8、冲的源头，且其频率最高)、弹跳消除取样信号、键盘扫描信号。2.3.2 键盘扫描电路扫描电路的作用是用来提供键盘扫描信号(表4.1中的KY3KY0)的，扫描信号变化的顺序依次为11101101101101111110.依序地周而复始。2.3.3 弹跳消除电路由于本设计中采用的矩阵式键盘是机械开关结构，因此在开关切换的瞬间会在接触点出现信号来回弹跳的现象，对于电子密码锁这种灵敏度较高的电路这种弹跳将很可能会造成误动作输入，从而影响到密码锁操作的正确性。从图1.4中可以观察出弹跳现象产生的原因，虽然只是按下按键一次然后放掉，然而实际产生的按键信号却不止跳动一次，经过取样信号的检查后，将会造成误判断，
9、以为键盘按了两次。如果调整抽样频率(如图1.5所示)，可以发现弹跳现象获得了改善。 图2.4弹跳现象产生错误的抽样结果 图2.5 调整抽样频率后得到的抽样结果弹跳消除电路的实现原理如图1.6所示，先将键盘的输入信号D_IN做为电路的输入信号，CLK是电路的时钟脉冲信号，也就是取样信号，D_IN经过两级D触发器延时后再使用RS触发器处理。 图2.6 弹跳消除电路的内部实现原理图 此处RS触发器的前端连接和非门的处理原则是： (1)因为一般人的按键速度至多是10次/秒，亦即一次按键时间是100ms，所以按下的时间可估算为50ms。以取样信号CLK的周期为8ms计，则可以取样到6次。 (2)对于不稳
10、定的噪声，在4ms以下则至多抽样一次。 (3)在触发器之前，接上AND-NOT之后，SR的组态如表1.2所示。 表2.2RS触发器真值表SRD-OUT00不变101010 2.3.4 键盘译码电路上述键盘中的按键可分为数字按键和文字按键，每一个按键可能负责不同的功能，例如清除数码、退位、激活电锁、开锁等，详细功能参见表1.3。 表2.3 键盘参数表扫描位置KY3KY0键盘输出KX2KX0对应键盘按键键盘译码输出实现按键功能11100111F=0001数码输入1012F=0010数码输入1103F=0011数码输入11010114F=0100数码输入1015F=0101数码输入1106F=011
11、0数码输入10110117F=0111数码输入1018F=1000数码输入1109F=1001数码输入0111011*T=0100激活电锁1010F=0000数码输入110#T=0001退格、解锁2.3.5 按键存储电路 因为每次扫描会产生新的按键数据，可能会覆盖前面的数据，所以需要一个按键存储电路，将整个键盘扫描完毕后的结果记录下来。按键存储电路可以使用移位寄存器构成。2.3.6 密码锁输入电路模块框图 输入电路引脚图如下图所示，图中CLK_1K为系统原始时钟脉冲(1 kHz)KEY_IN为键盘按键输入，CLK_SCAN为键盘扫描序列输出，DATA_N：数字输出功能，DATA_F：功能输出，
12、FLAG_N为数字输出标志，FLAG_F为功能输出（上锁及开锁）标志，CLK_CTR是控制电路工作时钟信号，CLK_DEBOUNCE是去抖电路工作时钟信号，大约125 Hz 。 图2.7. 密码输入模块框图2.4、密码锁控制电路的设计密码锁的控制电路是整个电路的控制中心，主要完成对数字按键输入和功能按键输入的响应控制。2.4.1数字按键输入的响应控制1）如果按下数字键，第一个数字会从显示器的最右端开始显示，此后每新按一个数字时，显示器上的数字必须左移一格，以便将新的数字显示出来。 2）假如要更改输入的数字，可以按倒退按键来清除前一个输入的数字，或者按清除键清除所有输入的数字，再重新输入四位数。 3)由于这里设计的是一个四位的电子密码锁，所以当输入的数字键超过四个时，电路不予理会，而且不再显示第四个以后的数字。2.4.2功能按键输入的响应控制控制功能如下：1)清除键：清除所有的输入数字，即做归零动作。 2)激活电锁键：按下此键时可将密码锁的门上锁。(上锁前必须预先设定一个四位的数字密码。 3)解除电锁键：按下此键会检查输入的密码是否正确，若密码正确无误则开门。 上锁工作模式：（输入密码），密码核对，改变密码，存储密码以及激活密码锁。开锁工作模
