转——【小梅哥FPGA进阶教程】第十二章 数字密码锁设计

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十二、数字密码锁设计

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本文由山东大学研友袁卓贡献，特此感谢

实验目的
实现数字密码锁设计，要求矩阵按键输出且数码管显示输入密码，密码输入正确与否均会有相应标志信号产生。
实验平台
& o; a( V! @+ e芯航线FPGA核心板、数码管_VGA_PS2模块、矩阵按键模块

" O" z1 Q+ G2 Y  L# L实验原理
2 l) X6 E9 U& W7 X! P随着生活质量的提高，当代人们也认识到了安全的重要性，已经不再满足于老式的机械钥匙。近年来越来越多的技术开始在安全领域应用，例如普通的按键输入、指纹输入或者虹膜输入等。
" P8 T  c+ b. B% j3 ~0 e$ S8 o- H0 f本节设计一款按键输入式密码锁，用矩阵键盘输入密码，输入完成后进行密码比对，如密码输入正确则输出开门信号以及灯光指示，如密码输入错误则蜂鸣器进行报警以及灯光指示。
. y$ ^6 }# [/ ?6 R% W综合以上要求可以看出此处系统框图如图1所示。
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图1 系统框图

其中各模块功能描述如表1所示。

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表1 各模块功能描述

矩阵按键模块

6 A) a: q0 T, `

现在分开介绍，矩阵按键输入控制模块的框图及其接口列表如下所示，详细内容可以参考芯航线关于矩阵按键的教程，此处不再详述。

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图2 矩阵按键模块框图

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表2 矩阵按键模块接口列表

密码比较模块：

现介绍密码检测模块，其主要功能即比较输入与预设的密码是否一致，

2 U8 P2 @: z  L, C

图2 密码检测模块框图

5 `0 y* @  S+ Y$ w: x9 V6 g

表2 密码检测模块列表

这里先将密码设置为4位十进制数1234，如下所示

0 |+ ?% G/ G/ b. j0 F: W7 D4 H1 c

& u  F6 _  F0 c通过计数矩阵按键按下标志信号，依次将数据暂存到寄存器mima_r中。

( X6 [; p( J8 s5 C

( o! q: S' M% P& W- {' ^* A
* m1 ?  a7 }0 u- _  k$ g! M这里通过一个独立按键来控制比较信号，用到了按键消抖模块，详细内容可以参考芯航线有关章节。
5 S3 w$ G$ H, k1 }

当开始比较后，根据实际情况判断后输出正确与否。

+ ?. y" K2 m, Z控制模块：
现在介绍模块的控制单元。本模块主要功能是根据密码检测模块的输出确定，开关门信号以及声光信号。其模块接口列表及功能描述如下所示。
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6 K. w; {! W  `/ S- B( Q6 F

. n+ t! s( J4 h: ?" I! m; J

图3 控制模块框图

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0 e: d1 W* a* r  M6 L' f' E: q

表3 控制模块接口列表

在这里使用三段式状态机进行描述。

) Y1 V' Q% Q- h  I* D0 U! z$ r

' T) o; N% e- I3 z' M& }第一个always块：
2 [1 {* r2 p5 q0 F/ S- y0 P6 e" r

第二个always块：
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3 Y$ T* @3 _9 E

第三个always块：

( p, W! P- j; J- d$ b

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$ q+ [5 g( d) S2 v( G# ?

$ K' X- w( y" D1 Z
1 ?6 a: G4 Q& E2 e- x: ?7 a% W) q数码管显示模块：
Hex8为数码管显示模块，其框图以及其接口列表如下所示，具体功能介绍可参见芯航线相关内容。
2 o  d1 f2 t% t5 `

) t8 r5 B9 z9 B/ H, b  E% u

图4 数码管显示模块框图

表4 数码管显示模块接口列表

顶层设计：

最后在顶层例化各模块即可，分配引脚后全编译无误后即可下载到芯航线

开发板

中观测到对应现象。

* f) v7 q& V4 N- r7 M

  ~( a9 ^; `; ^" k1 v& ]" B

图5 顶层文件RTL Viewer

如有更多问题，欢迎加入芯航线 FPGA 技术支持群交流学习：472607506

小梅哥

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