北邮数字电路综合实验报告.doc

数字电路综合实验报告
简易智能密码锁

一、实验课题及任务要求
设计并实现一个数字密码锁，密码锁有四位数字密码和一个确认开锁按键，密码输入正 确，密码锁打开，密码输入错误进行警示。
基本要求：
1、密码设置：通过键盘进行4 位数字密码设定输入,在数码管上显示所输入数字。 通过密码设置确定键（BTN 键）进行锁定。
2、开锁：在闭锁状态下，可以输入密码开锁，且每输入一位密码，在数码管上显示“-”，提示已输入密码的位数。输入四位核对密码后，按“开锁”键，若密码正确则系统开锁，若密码错误系统仍然处于闭锁状态，并用蜂鸣器或led 闪烁报警。
3、在开锁状态下，可以通过密码复位键（BTN 键）来清除密码，恢复初始密码“0000”。闭锁状态下不能清除密码。
4、用点阵显示开锁和闭锁状态。
提高要求：
1、输入密码数字由右向左依次显示，即：每输入一数字显示在最右边的数码管上,同时 将先前输入的所有数字向左移动一位。
2、密码锁的密码位数（4~6 位）可调。
3、自拟其它功能。
二、系统设计




程序主要分为6个模块：键盘模块，数码管模块，点阵模块，报警模块，防抖模块，控制模块。以下进行详细介绍。
键盘模块
本模块主要完成是4×4键盘扫描，然后获取其键值，并对其进行编码，从而进行按键的识别，并将相应的按键值进行显示。
键盘扫描的实现过程如下：对于4×4键盘，通常连接为4行、4列，因此要识别按键，只需要知道是哪一行和哪一列即可，为了完成这一识别过程，我们的思想是，首先固定输出高电平，在读入输出的行值时，通常高电平会被低电平拉低，当当前位置为高电平“1”时，没有按键按下，否则，如果读入的4行有一位为低电平，那么对应的该行肯定有一个按键按下，这样便可以获取到按键的行值。同理，获取列值也是如此，先输出4列为高电平，然后在输出4行为低电平，再读入列值，如果其中有哪一位为低电平，那么肯定对应的那一列有按键按下。由此可确定按键位置。
X
7
8
按键储存
键盘译码
消抖
9
X
4
5
6
X
1
2
3
X
X
0
键盘扫描
x
（X为无效按键）

本实验采用六位七段共阴极数码管，通过选通6个位选管脚，向相应的IO口送低电平来点亮其中任何一位数码管，因为现在采用四位密码锁，所以只是用了其中四个，最高位两位数码管位选全部置1.
如下附上7段共阴极数码管真值表

点阵模块，共由8*8*2个发光二极管组成，行低电平有效，列高电平有效。要求在开锁模式和闭锁模式显示不同的图案，则先将要显示的每幅图像画8*8个小方格的矩形框中，再在有图案下落处的小方格里填上“1”，无图案处填上“0”，这样就形成了与图案所对应的二进制数据在该矩形框上的分布。当闭锁时以红色点阵显示，此时绿色点阵全部置0，反之亦然。

当报警程序被调用，蜂鸣器输出高电平进行报警，表示输入密码错误
5．防抖
按键输入只有为15ms以上的高电平时才会读出按键值从而消除电路中的抖动。

lockmode='1表示关锁，此时点阵显示落锁，按任何键都不会显示密码，清零或者开锁，在此时输入密码kwei从0开始不断加1，输入的密码位数在数码管上依次左移，当输入密码m与寄存器中预设密码mm相同时，按下确认键btn2切换为开锁状态，lockmode=0，此时按下btn1表示清零，恢复为初始密码0000，按set键寄存器密码，按下btnloc切换为关锁状态。
三、仿真波形分析
在QUARTUS2中应用系统自带的功能进行波形仿真，这里采用了分模块仿真。
主程序仿真
在主要功能程序方面波形如下，在初始化模式按下set键系统进入修改密码状态，setmode波形显示高电平。为仿真方便，仅使kbin（即行输入信号）在1011和1111两个状态下相互转换，在不同的kbout（即列扫描输出信号）下分别对应4、5、6、7四个数字，故密码寄存器m[x]为输入的修改后的密码。
按下btn2（确认键）确认密码后，setmode变为低电平，即修改密码状态结束。
按下btn1时清零，密码寄存器取值还原为0000，至此均为开锁状态下的操作，lockmode一直为低电平。
按下闭锁键btnloc后，lockmode从0跳变到1，由此进入闭锁模式。
按键消抖模块仿真
当按下键时得到的高电