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

7 g/ p( k; J" ~2 d1 X7 Y

本文由山东大学研友袁卓贡献，特此感谢

实验目的
3 P4 a- `# d% I6 k* a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
! T5 f. ~5 R& x' b- b1 x芯航线FPGA核心板、数码管_VGA_PS2模块、矩阵按键模块
5 n6 v: N+ _; W- v0 d% x% p

实验原理
  v: D  b2 _2 G( @/ Y" F3 H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。
# ]) Z8 J  H, Y* n* v. {/ T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。
综合以上要求可以看出此处系统框图如图1所示。

图1 系统框图

其中各模块功能描述如表1所示。

' ]6 f( ~2 p& j

2 e0 x# d6 Q( r  Q) E

表1 各模块功能描述

矩阵按键模块

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。

9 T' o6 H! j9 E

8 B& k8 m9 @. {7 A+ q! K. [

9 F7 O- [) K' A' w

图2 矩阵按键模块框图

* c, ~2 [' K' k0 S# a

表2 矩阵按键模块接口列表

密码比较模块：

* P( Q) o# H6 ?) ~& Q! N; V) M' Y7 v

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，

* Q* c0 U  F( w4 W

图2 密码检测模块框图

( F6 p4 y8 n$ u4 [9 @$ `

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

/ ~) k8 m4 e3 j" K8 n$ m

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。
) x9 \4 l8 J+ r7 |7 c! @

& w3 b; [! _; B% `6 S- B- ?+ n
# A6 o5 D% G' M' X

8 C& ~2 e5 `4 X' X* r" b# R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。

当开始比较后，根据实际情况判断后输出正确与否。
" X. N2 @# U% w) ]4 s$ I6 Y. W

3 W" `6 P6 h1 Y# z9 r% H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。
5 u9 a( ]" K* U5 |$ I
' w2 l+ s  m0 [8 ^2 }5 S

1 d5 u: L: _1 g* A. V4 U/ C: h' a

图3 控制模块框图

6 \/ O: Q$ x0 T
/ c0 q. M6 Z5 w8 z

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。

3 `: L% n& h; M) z$ X/ b

/ q- x! j4 B7 _. U4 K2 Y. s- N第一个always块：
- [9 S1 H3 ?8 B# n9 |. a( |

/ D. N7 {7 t! V9 P' W3 A' P- H第二个always块：

& |" c4 a6 O4 q& ]
  ^  R/ K, T' `1 B7 D/ `) b
第三个always块：
9 y. W2 _% c, e* H: g+ V# s

2 e, ?7 X: r- U" Z& l2 q

8 i1 t: L7 O$ a& p  g
数码管显示模块：
4 f1 X1 f8 _% j% PHex8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。
1 `& L5 g1 E3 g8 Q5 l3 G5 U" s

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。

! j- K' ~& ^2 Q$ ?! p6 I. p

3 b# \; w' ?) r2 r/ I

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

芯航线电子工作室

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