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【案例】電子密碼鎖

  發(fā)布時(shí)間:2023-10-25  |    作者:管理員  |  瀏覽量:1664

【上板現(xiàn)象】

電子密碼鎖的在MP801的上板現(xiàn)象
https://www.bilibili.com/video/BV1Af4y117H4?p=43

電子密碼鎖的在點(diǎn)撥開(kāi)發(fā)板的上板現(xiàn)象

https://www.bilibili.com/video/BV1Af4y117H4?p=42

電子密碼鎖的在實(shí)驗(yàn)箱的上板現(xiàn)象

https://www.bilibili.com/video/BV1Af4y117H4?p=44

【設(shè)計(jì)教程

至簡(jiǎn)設(shè)計(jì)系列_電子密碼鎖


--作者:肖肖肖
--案例作者:WB_Yih


本文為明德?lián)P原創(chuàng)及錄用文章,轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處!

1.1 總體設(shè)計(jì)


1.1.1 概述

隨著生活質(zhì)量的不斷提高,加強(qiáng)家庭防盜安全變得非常重要,但傳統(tǒng)機(jī)械鎖的構(gòu)造過(guò)于簡(jiǎn)單,很容易被打開(kāi),從而降低了安全性。數(shù)字密碼鎖因?yàn)樗谋C苄院芨?,安全系?shù)也非常高,再加上其不需要攜帶避免了丟失的可能,省去了因鑰匙丟失而需要換鎖的麻煩,受到了越來(lái)越多的人的歡迎。隨看人們對(duì)高科技產(chǎn)品也越來(lái)越推崇,在當(dāng)今社會(huì)科技的高度集中和創(chuàng)新,人們對(duì)日常生活中保護(hù)自身及財(cái)產(chǎn)安全的物品非常追捧,對(duì)其安全性的要求也非常的高。為了達(dá)到人們對(duì)鎖具安全性的高要求,加強(qiáng)鎖具的安全保密性,用密碼鎖來(lái)取代傳統(tǒng)機(jī)械鎖的鎖具是必然趨勢(shì)。數(shù)字密碼鎖比傳統(tǒng)機(jī)械鎖具更加的安全。在本案例的設(shè)計(jì)過(guò)程中,應(yīng)用了至簡(jiǎn)設(shè)計(jì)法、狀態(tài)機(jī)模板應(yīng)用等,在經(jīng)過(guò)逐步改進(jìn)、調(diào)試等一系列工作之后,最終達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。


基于明德?lián)P至簡(jiǎn)設(shè)計(jì)法和明德?lián)P設(shè)計(jì)規(guī)范,設(shè)計(jì)一個(gè)基FPGA的密碼鎖、并將數(shù)值顯示在數(shù)碼管上,然后根據(jù)輸入的鍵值判斷密碼是否正確。


1.1.2設(shè)計(jì)目標(biāo)

實(shí)現(xiàn)電子密碼鎖的功能,具體功能要求如下:
1. 密碼4位,初始密碼2345。
2.密碼鎖狀態(tài):LOCKED和OPEN,初始狀態(tài)為L(zhǎng)OCKED。
(1)當(dāng)在LOCKED狀態(tài)時(shí),連續(xù)兩次輸入正確密碼,狀態(tài)變?yōu)镺PEN狀態(tài)。當(dāng)輸入錯(cuò)誤密碼時(shí)(包括第一次就輸入錯(cuò)誤;或者第一次輸入正確,第二次輸入錯(cuò)誤的情況),數(shù)碼管顯示ERROR  2秒后重新顯示原來(lái)的狀態(tài)(LOCKED)。
(2) 當(dāng)在OPEN狀態(tài)時(shí),一次輸入錯(cuò)誤密碼,狀態(tài)變?yōu)長(zhǎng)OCKED狀態(tài)。當(dāng)輸入正確密碼時(shí),數(shù)碼管無(wú)顯示,10秒后重新顯示原來(lái)的狀態(tài)(OPEN)。
(3) 不管在何狀態(tài),當(dāng)輸入4位密碼或者某幾位密碼,但未按下確認(rèn)鍵,并超過(guò)10S時(shí),返回原來(lái)的狀態(tài)。(即輸入密碼超時(shí),返回原狀態(tài))


對(duì)于點(diǎn)撥開(kāi)發(fā)板,使用矩陣按鍵輸入(本文以點(diǎn)撥603開(kāi)發(fā)板為例)。
對(duì)于Mp801開(kāi)發(fā)板,密碼顯示及確認(rèn):無(wú)論在OPEN,還是LOCKED狀態(tài)下,均可以通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)輸入密碼。當(dāng)有撥碼開(kāi)關(guān)撥動(dòng)時(shí),數(shù)碼管當(dāng)前顯示的OPENLOCKED消失,并顯示當(dāng)前輸入的密碼,暫未輸入的密碼位不顯示。4位密碼輸入完畢后,再撥動(dòng)撥碼開(kāi)關(guān)時(shí)視為無(wú)效輸入,當(dāng)前顯示的密碼不改變。4位密碼輸入完畢后,按下確認(rèn)鍵后,系統(tǒng)判斷密碼是否正確。


撥碼開(kāi)關(guān)及按鍵:初始狀態(tài)下,撥碼開(kāi)關(guān)全部往下?lián)堋.?dāng)撥碼開(kāi)關(guān)向上撥后,再向下?lián)埽ɑ氐匠跏紶顟B(tài)),表示一個(gè)數(shù)字的有效輸入。按鍵每按下一次(會(huì)自動(dòng)彈起),為一次有效輸入(復(fù)位/確認(rèn))。




1.1.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖一所示:


圖一

1.1.4模塊功能按鍵檢測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)功能

1.檢測(cè)按鍵的數(shù)值



控制模塊實(shí)現(xiàn)功能

1.對(duì)接收到的按鍵數(shù)值進(jìn)行判斷和控制對(duì)應(yīng)的密碼鎖狀態(tài),實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入密碼的正誤判斷和對(duì)密碼鎖的開(kāi)啟和閉合控制。


數(shù)碼管顯示模塊實(shí)現(xiàn)功能

1.顯示輸入的密碼數(shù)值;
2.顯示當(dāng)前密碼鎖的狀態(tài)(開(kāi)啟狀態(tài)或者閉鎖狀態(tài));
3.提示密碼輸入錯(cuò)誤的狀態(tài)。


1.1.5頂層信號(hào)

  
信號(hào)名
  
I/O
位寬
定義
clk
I
1
系統(tǒng)工作時(shí)鐘 50M
rst_n
I
1
系統(tǒng)復(fù)位信號(hào),低電平有效
key_col
I
4
矩陣鍵盤(pán)列信號(hào)
key_row
O
4
矩陣鍵盤(pán)行信號(hào)
seg_sel
O
6
6位數(shù)碼管位選信號(hào)
segment
O
8
8位數(shù)碼管段選信號(hào)



1.1.6參考代碼

下面是使用工程的頂層代碼:
  1. module top_mdyPwdlock_keyscan(

  2.     clk             ,   

  3.     rst_n           ,   


  4.     key_col         ,

  5.     key_row         ,


  6.     seg_sel         ,  

  7.     segment            

  8.    

  9.     );


  10.     input               clk                 ;

  11.     input               rst_n               ;

  12.     input [3:0]         key_col             ;


  13.     output[5:0]         seg_sel             ;

  14.     output[7:0]         segment             ;

  15.     output[3:0]         key_row             ;


  16.     wire  [5:0]         seg_sel             ;

  17.     wire  [7:0]         segment             ;

  18.     wire  [3:0]         key_row             ;


  19.     wire  [3:0]         key_out             ;

  20.     wire                key_vld             ;

  21.     wire  [6*5-1:0]     seg_dout            ;

  22.     wire  [5:0]         seg_dout_vld        ;


  23.    

  24.    

  25.     key_scan u_key_scan(

  26.         .clk                (clk           ),        

  27.         .rst_n              (rst_n         ),     

  28.         .key_col            (key_col       ),

  29.         .key_row            (key_row       ),

  30.         .key_out            (key_out       ),

  31.         .key_vld            (key_vld       )

  32.     );



  33.     control u_ctrl(

  34.         .clk                (clk            ),      

  35.         .rst_n              (rst_n          ),      

  36.                                       

  37.         .key_num            (key_out        ),      

  38.         .key_vld            (key_vld        ),      

  39.                                       

  40.         .seg_dout           (seg_dout       ),      

  41.         .seg_dout_vld       (seg_dout_vld   )        

  42.     );


  43.     seg_display u_segment(

  44.         .clk                (clk            ),      

  45.         .rst_n              (rst_n          ),      


  46.         .din                (seg_dout       ),      

  47.         .din_vld            (seg_dout_vld   ),      


  48.         .segment            (segment        ),      

  49.         .seg_sel            (seg_sel        )        

  50.     );


  51.     endmodule

復(fù)制代碼



1.2按鍵檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)1.2.1接口信號(hào)

  
信號(hào)名
  
I/O
位寬
定義
clk
I
1
系統(tǒng)工作時(shí)鐘 50M
rst_n
I
1
系統(tǒng)復(fù)位信號(hào),低電平有效
key_col
I
4
矩陣按鍵列信號(hào)
key_row
O
4
矩陣按鍵行信號(hào)
key_out
O
4
輸出的按鍵有效數(shù)值
key_vld
O
1
按鍵有效指示信號(hào)


1.2.2 設(shè)計(jì)思路

在前面的案例中已經(jīng)有矩陣按鍵檢測(cè)模塊的介紹,所以這里不在過(guò)多介紹,詳細(xì)介紹請(qǐng)看下方鏈接:
其中,按鍵的功能面板如下圖所示:



1.2.3參考代碼

  1. module  key_scan(

  2.                  clk    ,

  3.                  rst_n  ,

  4.                  key_col,

  5.                  key_row,

  6.                  key_out,

  7.                  key_vld   

  8.                );


  9.     parameter      KEY_W  =         4 ;

  10.     parameter      CHK_COL  =   0 ;

  11.     parameter      CHK_ROW  =   1 ;

  12.     parameter      DELAY    =   2 ;

  13.     parameter      WAIT_END =   3 ;

  14.     parameter      COL_CNT  =   16;

  15.     parameter      TIME_20MS=   1000000;


  16.     input               clk    ;

  17.     input               rst_n  ;

  18.     input  [3:0]        key_col;


  19.     output              key_vld;

  20.     output[3:0]         key_out;

  21.     output[KEY_W-1:0]   key_row;


  22.     reg   [3:0]         key_out;

  23.     reg   [KEY_W-1:0]   key_row;

  24.     reg                 key_vld;



  25.     reg [3:0]           key_col_ff0;

  26.     reg [3:0]           key_col_ff1;

  27.     reg [1:0]           key_col_get;

  28.     wire                shake_flag ;

  29.     reg                 shake_flag_ff0;

  30.     reg[3:0]            state_c;

  31.     reg [19:0]          shake_cnt;

  32.     reg[3:0]            state_n;

  33.     reg [1:0]           row_index;

  34.     reg[15:0]           row_cnt;

  35.     wire                chk_col2chk_row ;

  36.     wire                chk_row2delay   ;

  37.     wire                delay2wait_end  ;

  38.     wire                wait_end2chk_col;



  39. always  @(posedge clk or negedge rst_n)begin

  40.     if(rst_n==1'b0)begin

  41.         key_col_ff0 <= 4'b1111;

  42.         key_col_ff1 <= 4'b1111;

  43.     end

  44.     else begin

  45.         key_col_ff0 <= key_col    ;

  46.         key_col_ff1 <= key_col_ff0;

  47.     end

  48. end



  49. wire        add_shake_cnt ;

  50. always @(posedge clk or negedge rst_n) begin

  51.     if (rst_n==0) begin

  52.         shake_cnt <= 0;

  53.     end

  54.     else if(add_shake_cnt) begin

  55.         if(shake_flag)

  56.             shake_cnt <= 0;

  57.         else

  58.             shake_cnt <= shake_cnt+1 ;

  59.    end

  60. end

  61. assign add_shake_cnt = key_col_ff1!=4'hf;

  62. assign shake_flag = add_shake_cnt  && shake_cnt == TIME_20MS-1 ;


  63. always  @(posedge clk or negedge rst_n)begin

  64.     if(rst_n==1'b0)begin

  65.         state_c <= CHK_COL;

  66.     end

  67.     else begin

  68.         state_c <= state_n;

  69.     end

  70. end


  71. always  @(*)begin

  72.     case(state_c)

  73.         CHK_COL: begin

  74.                      if(shake_flag && shake_flag_ff0==1'b0)begin

  75.                          state_n = CHK_ROW;

  76.                      end

  77.                      else begin

  78.                          state_n = CHK_COL;

  79.                      end

  80.                  end

  81.         CHK_ROW: begin

  82.                      if(row_index==3 && row_cnt==0)begin

  83.                          state_n = DELAY;

  84.                      end

  85.                      else begin

  86.                          state_n = CHK_ROW;

  87.                      end

  88.                  end

  89.         DELAY :  begin

  90.                      if(row_cnt==0)begin

  91.                          state_n = WAIT_END;

  92.                      end

  93.                      else begin

  94.                          state_n = DELAY;

  95.                      end

  96.                  end

  97.         WAIT_END: begin

  98.                      if(key_col_ff1==4'hf)begin

  99.                          state_n = CHK_COL;

  100.                      end

  101.                      else begin

  102.                          state_n = WAIT_END;

  103.                      end

  104.                   end

  105.        default: state_n = CHK_COL;

  106.     endcase

  107. end


  108. assign chk_col2chk_row = shake_flag && shake_flag_ff0 ==1'b0;

  109. assign chk_row2delay   = row_index==3 && row_cnt==0;

  110. assign delay2wait_end  = row_cnt==0;

  111. assign wait_end2chk_col= key_col_ff1==4'hf;


  112. always  @(posedge clk or negedge rst_n)begin

  113.     if(rst_n==1'b0)begin

  114.         key_row <= 4'b0;

  115.     end

  116.     else if(state_c==CHK_ROW)begin

  117.         key_row <= ~(1'b1 << row_index);

  118.     end

  119.     else begin

  120.         key_row <= 4'b0;

  121.     end

  122. end


  123. always  @(posedge clk or negedge rst_n)begin

  124.     if(rst_n==1'b0)begin

  125.         row_index <= 0;

  126.     end

  127.     else if(state_c==CHK_ROW)begin

  128.        if(row_cnt==0)begin

  129.            if(row_index==3)

  130.                row_index <= 0;

  131.            else

  132.                row_index <= row_index + 1;

  133.        end

  134.     end

  135.     else begin

  136.         row_index <= 0;

  137.     end

  138. end



  139. wire        add_row_cnt ;

  140. wire        end_row_cnt ;

  141. always @(posedge clk or negedge rst_n) begin

  142.     if (rst_n==0) begin

  143.         row_cnt <= COL_CNT;

  144.     end

  145.     else if(add_row_cnt) begin

  146.         if(end_row_cnt)

  147.             row_cnt <= COL_CNT;

  148.         else

  149.             row_cnt <= row_cnt-1 ;

  150.    end

  151.    else begin

  152.        row_cnt <= COL_CNT;

  153.    end

  154. end

  155. assign add_row_cnt = state_c==CHK_ROW || state_c==DELAY;

  156. assign end_row_cnt = add_row_cnt  && row_cnt == 0 ;




  157. always  @(posedge clk or negedge rst_n)begin

  158.     if(rst_n==1'b0)begin

  159.         shake_flag_ff0 <= 1'b0;

  160.     end

  161.     else begin

  162.         shake_flag_ff0 <= shake_flag;

  163.     end

  164. end


  165. always  @(posedge clk or negedge rst_n)begin

  166.     if(rst_n==1'b0)begin

  167.         key_col_get <= 0;

  168.     end

  169.     else if(state_c==CHK_COL && shake_flag==1'b1 && shake_flag_ff0==1'b0) begin

  170.         if(key_col_ff1==4'b1110)

  171.             key_col_get <= 0;

  172.         else if(key_col_ff1==4'b1101)

  173.             key_col_get <= 1;

  174.         else if(key_col_ff1==4'b1011)

  175.             key_col_get <= 2;

  176.         else

  177.             key_col_get <= 3;

  178.     end

  179. end



  180. always  @(posedge clk or negedge rst_n)begin

  181.     if(rst_n==1'b0)begin

  182.         key_out <= 0;

  183.     end

  184.     else if(state_c==CHK_ROW && row_cnt==0)begin

  185.         key_out <= {row_index,key_col_get};

  186.     end

  187.     else begin

  188.         key_out <= 0;

  189.     end

  190. end


  191. always  @(posedge clk or negedge rst_n)begin

  192.     if(rst_n==1'b0)begin

  193.         key_vld <= 1'b0;

  194.     end

  195.     else if(state_c==CHK_ROW && row_cnt==0 && key_col_ff1[key_col_get]==1'b0)begin

  196.         key_vld <= 1'b1;

  197.     end

  198.     else begin

  199.         key_vld <= 1'b0;

  200.     end

  201. end


  202. endmodue

復(fù)制代碼







1.3控制模塊設(shè)計(jì)1.3.1接口信號(hào)

  
信號(hào)名
  
I/O
位寬
定義
clk
I
1
系統(tǒng)工作時(shí)鐘 50M
rst_n
I
1
系統(tǒng)復(fù)位信號(hào),低電平有效
key_num
I
4
輸入的按鍵號(hào)
key_vld
I
1
按鍵有效指示信號(hào)
seg_dout
O
30
30bit的數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù),每5bit為一個(gè)字符(對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)碼管),一共表示6個(gè)數(shù)碼管的顯示數(shù)據(jù)。
seg_dout_vld
O
6
數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)有效指示信號(hào),seg_dout_vld [0]為1時(shí),seg_dout[4:0]有效;seg_dout_vld [1]為1時(shí),seg_dout[9:5]有效,以此為推。



1.3.2設(shè)計(jì)思路

&#216;狀態(tài)機(jī)架構(gòu)
本模塊的主要功能是根據(jù)輸入的按鍵信息進(jìn)行不同狀態(tài)的判斷和切換當(dāng)前工作狀態(tài)。根據(jù)項(xiàng)目功能要求,一共有四種工作狀態(tài):密碼鎖開(kāi)啟狀態(tài)(open)、密碼鎖閉合狀態(tài)(clocked)、輸入密碼狀態(tài)(password)和提示輸入錯(cuò)誤狀態(tài)(error)。
以下為本模塊的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)圖:


復(fù)位后,狀態(tài)機(jī)進(jìn)入LOCKED的狀態(tài),即初始狀態(tài)為LOCKED
LOCKED狀態(tài)下:
A.有按鍵按下,跳到PASSWORD狀態(tài);
B.否則,保持LOCKED狀態(tài)不變;
OPEN狀態(tài)下:
A.有按鍵按下,跳到PASSWORD狀態(tài);
B.否則,保持OPEN狀態(tài)不變;
PASSWORD狀態(tài)下:
A.有密碼輸入但超過(guò)10秒沒(méi)有確認(rèn),跳到原來(lái)的LOCKED狀態(tài)或者OPEN狀態(tài);
B.密碼正確輸入并確認(rèn)兩次,跳到OPEN狀態(tài);
C.密碼錯(cuò)誤輸入并確認(rèn),跳到ERROR狀態(tài);
D.否則,保持PASSWORD狀態(tài)不變;
ERROR狀態(tài)下:
A.提示輸入錯(cuò)誤2秒,跳到LOCKED狀態(tài);
B.否則,保持ERROR狀態(tài)不變;
無(wú)論當(dāng)前處于什么狀態(tài),只要不滿(mǎn)足狀態(tài)間的跳轉(zhuǎn)條件就跳到LOCKED狀態(tài)。
&#216;計(jì)數(shù)器架構(gòu)
本模塊的某些狀態(tài)跳轉(zhuǎn)之間存在一定的時(shí)間間隔,根據(jù)項(xiàng)目功能要求,一共有兩種時(shí)間的間隔:10秒的等待輸入時(shí)間間隔和2秒的顯示提示時(shí)間間隔。
以下為計(jì)數(shù)器的架構(gòu)示意圖:




10秒計(jì)數(shù)器cnt_10s_nvld:用于計(jì)算10秒的時(shí)間。加一條件為state_c==PASSWORD,表示進(jìn)入密碼輸入狀態(tài)就開(kāi)始計(jì)數(shù)。結(jié)束條件為數(shù)500_000_000個(gè),系統(tǒng)時(shí)鐘為50M,一個(gè)時(shí)鐘周期為20ns,500_000_000個(gè)時(shí)鐘周期就是10秒。
2秒計(jì)數(shù)器cnt_2s:用于計(jì)算2秒的時(shí)間。加一條件為state_c==ERROR,表示進(jìn)入提示輸入錯(cuò)誤狀態(tài)就開(kāi)始計(jì)數(shù)。結(jié)束條件為數(shù)100_000_000個(gè),系統(tǒng)時(shí)鐘為50M,一個(gè)時(shí)鐘周期為20ns,100_000_000個(gè)時(shí)鐘周期就是2秒。





1.3.3參考代碼

  1. module control(

  2.     clk             ,

  3.     rst_n           ,


  4.     key_num         ,

  5.     key_vld         ,


  6.     seg_dout        ,

  7.     seg_dout_vld     

  8.    

  9.     );


  10.     parameter PASSWORD_INI     = 16'h2345    ;

  11.     parameter CHAR_O           = 5'h10       ;

  12.     parameter CHAR_P           = 5'h11       ;

  13.     parameter CHAR_E           = 5'h12       ;

  14.     parameter CHAR_N           = 5'h13       ;

  15.     parameter CHAR_L           = 5'h14       ;

  16.     parameter CHAR_C           = 5'h15       ;

  17.     parameter CHAR_K           = 5'h16       ;

  18.     parameter CHAR_D           = 5'h17       ;

  19.     parameter CHAR_R           = 5'h18       ;

  20.     parameter NONE_DIS         = 5'h1F       ;


  21.     parameter C_10S_WID        = 29          ;

  22.     parameter C_10S_NUM        = 500_000_000 ;

  23.     parameter C_2S_WID         = 27          ;

  24.     parameter C_2S_NUM         = 100_000_000 ;

  25.     parameter C_PWD_WID        = 3           ;


  26.     input               clk                 ;

  27.     input               rst_n               ;

  28.     input [3:0]         key_num             ;

  29.     input               key_vld             ;


  30.     output[6*5-1:0]     seg_dout            ;

  31.     output[5:0]         seg_dout_vld        ;


  32.     reg   [6*5-1:0]     seg_dout            ;

  33.     wire  [5:0]         seg_dout_vld        ;


  34.     reg   [1:0]         state_c             ;

  35.     reg   [1:0]         state_n             ;

  36.     reg                 lock_stata_flag     ;

  37.     reg                 password_correct_twice  ;

  38.    

  39.     reg   [C_2S_WID-1:0]    cnt_2s          ;

  40.     reg   [C_10S_WID-1:0]   cnt_10s_nvld    ;

  41.     reg   [C_PWD_WID-1:0]   cnt_password    ;


  42.     reg   [15:0]            password        ;


  43.    

  44.     parameter LOCKED    = 2'b00             ;

  45.     parameter OPEN      = 2'b01             ;

  46.     parameter PASSWORD  = 2'b10             ;

  47.     parameter ERROR     = 2'b11             ;


  48.     //current state

  49.     always@(posedge clk or negedge rst_n)begin

  50.         if(!rst_n)begin

  51.             state_c <= LOCKED;

  52.         end

  53.         else begin

  54.             state_c <= state_n;

  55.         end

  56.     end


  57.     //next state and the condition of state LOCKEDtransition

  58.     always@(*)begin

  59.         case(state_c)

  60.             LOCKED:begin

  61.                 if(locked2password_switch)begin

  62.                     state_n = PASSWORD;

  63.                 end

  64.                 else begin

  65.                     state_n = state_c;

  66.                 end

  67.             end

  68.             OPEN:begin

  69.                 if(open2password_switch)begin

  70.                     state_n = PASSWORD;

  71.                 end

  72.                 else begin

  73.                     state_n = state_c;

  74.                 end

  75.             end            

  76.             PASSWORD:begin

  77.                 if(password2locked_switch0)begin

  78.                     state_n = LOCKED;

  79.                 end

  80.                 else if(password2open_switch0 || password2open_switch1)begin

  81.                     state_n = OPEN;

  82.                 end

  83.                 else if(password2error_switch || password2locked_switch1)begin

  84.                     state_n = ERROR;

  85.                 end

  86.                 else begin

  87.                     state_n = state_c;

  88.                 end

  89.             end

  90.             ERROR:begin

  91.                 if(error2locked_switch0 )begin

  92.                     state_n = LOCKED;

  93.                 end

  94.                 else begin

  95.                     state_n = state_c;

  96.                 end

  97.             end

  98.             default:begin

  99.                 state_n = LOCKED;

  100.             end

  101.         endcase

  102.     end

  103.     assign locked2password_switch    = state_c==LOCKED   &&  lock_stata_flag && key_num<10 && key_vld;

  104.     assign open2password_switch      = state_c==OPEN     && !lock_stata_flag && key_num<10 && key_vld;

  105.     assign password2locked_switch0   = state_c==PASSWORD &&  lock_stata_flag && end_cnt_10s_nvld;

  106.     assign password2locked_switch1   = state_c==PASSWORD &&  lock_stata_flag && confirm && password!=PASSWORD_INI ;//TO ERROR

  107.     assign password2open_switch0     = state_c==PASSWORD &&  lock_stata_flag && confirm && password==PASSWORD_INI &&  password_correct_twice;

  108.     assign password2open_switch1     = state_c==PASSWORD && !lock_stata_flag && end_cnt_10s_nvld;

  109.     assign password2error_switch     = state_c==PASSWORD && !lock_stata_flag && confirm && password!=PASSWORD_INI;

  110.     assign error2locked_switch0      = state_c==ERROR    &&  end_cnt_2s;



  111.     //lock_stata_flag

  112.     always  @(posedge clk or negedge rst_n)begin

  113.         if(rst_n==1'b0)begin

  114.             lock_stata_flag <= 1;

  115.         end

  116.         else if(password2locked_switch0 || password2locked_switch1 || error2locked_switch0)begin

  117.             lock_stata_flag <= 1;

  118.         end

  119.         else if(password2open_switch0 || password2open_switch1 )begin

  120.             lock_stata_flag <= 0;

  121.         end

  122.     end


  123.     //cnt_10s_nvld

  124.     always  @(posedge clk or negedge rst_n)begin

  125.         if(rst_n==1'b0)begin

  126.             cnt_10s_nvld <= 0;

  127.         end

  128.         else if(end_cnt_10s_nvld)begin

  129.             cnt_10s_nvld <= 0;

  130.         end

  131.         else if(add_cnt_10s_nvld)begin

  132.             cnt_10s_nvld <= cnt_10s_nvld + 1;

  133.         end

  134.     end

  135.     assign add_cnt_10s_nvld = state_c==PASSWORD;

  136.     assign end_cnt_10s_nvld = add_cnt_10s_nvld && cnt_10s_nvld==C_10S_NUM-1;


  137.     //confirm

  138.     assign confirm = key_num==10 && key_vld;


  139.     //password_correct_twice   

  140.     always  @(posedge clk or negedge rst_n)begin

  141.         if(rst_n==1'b0)begin

  142.             password_correct_twice <= 0;

  143.         end

  144.         else if(state_c==PASSWORD && lock_stata_flag && confirm && password==PASSWORD_INI && !password_correct_twice)begin

  145.             password_correct_twice <= 1;

  146.         end

  147.         else if(password2locked_switch0 || password2locked_switch1 || password2open_switch0 || password2open_switch1 || password2error_switch)begin

  148.             password_correct_twice <= 0;

  149.         end

  150.     end


  151.     //cnt_2s

  152.     always  @(posedge clk or negedge rst_n)begin

  153.         if(rst_n==1'b0)begin

  154.             cnt_2s <= 0;

  155.         end

  156.         else if(end_cnt_2s )begin

  157.             cnt_2s <= 0;

  158.         end

  159.         else if(add_cnt_2s )begin

  160.             cnt_2s <= cnt_2s + 1;

  161.         end

  162.     end

  163.     assign add_cnt_2s = state_c==ERROR;

  164.     assign end_cnt_2s = add_cnt_2s && cnt_2s==C_2S_NUM-1;




  165.     //seg_dout

  166.     always  @(posedge clk or negedge rst_n)begin

  167.         if(rst_n==1'b0)begin

  168.             seg_dout <= 0;

  169.         end

  170.         else if(state_c==OPEN)begin

  171.             seg_dout <= {NONE_DIS,NONE_DIS,CHAR_O,CHAR_P,CHAR_E,CHAR_N};

  172.         end

  173.         else if(state_c==LOCKED)begin

  174.             seg_dout <= {CHAR_L,CHAR_O,CHAR_C,CHAR_K,CHAR_E,CHAR_D};

  175.         end

  176.         else if(state_c==ERROR)begin

  177.             seg_dout <= {NONE_DIS,CHAR_E,CHAR_R,CHAR_R,CHAR_O,CHAR_R};

  178.         end

  179.         else if(state_c==PASSWORD)begin

  180.             if(cnt_password==0)

  181.                 seg_dout <= {NONE_DIS,NONE_DIS,NONE_DIS,NONE_DIS,NONE_DIS,NONE_DIS};

  182.             else if(cnt_password==1)

  183.                 seg_dout <= {NONE_DIS,NONE_DIS,NONE_DIS,NONE_DIS,NONE_DIS,{1'b0,password[3:0]}};

  184.             else if(cnt_password==2)

  185.                 seg_dout <= {NONE_DIS,NONE_DIS,NONE_DIS,NONE_DIS,{1'b0,password[7:4]},{1'b0,password[3:0]}};

  186.             else if(cnt_password==3)

  187.                 seg_dout <= {NONE_DIS,NONE_DIS,NONE_DIS,{1'b0,password[11:8]},{1'b0,password[7:4]},{1'b0,password[3:0]}};

  188.             else if(cnt_password==4)

  189.                 seg_dout <= {NONE_DIS,NONE_DIS,{1'b0,password[15:12]},{1'b0,password[11:8]},{1'b0,password[7:4]},{1'b0,password[3:0]}};

  190.         end

  191.     end

  192.    

  193.     //seg_dout_vld

  194.     assign seg_dout_vld = 6'b11_1111;


  195.     //cnt_password

  196.     always  @(posedge clk or negedge rst_n)begin

  197.         if(rst_n==1'b0)begin

  198.             cnt_password <= 0;

  199.         end

  200.         else if(end_cnt_password)begin

  201.             cnt_password <= 0;

  202.         end

  203.         else if(add_cnt_password)begin

  204.             cnt_password <= cnt_password + 1;

  205.         end

  206.     end

  207.     assign add_cnt_password = state_c!=ERROR && key_num<10 && key_vld && cnt_password<4;

  208.     assign end_cnt_password = confirm || end_cnt_10s_nvld;


  209.     //password

  210.     always  @(posedge clk or negedge rst_n)begin

  211.         if(rst_n==1'b0)begin

  212.             password <= 16'h0000;

  213.         end

  214.         else if(add_cnt_password)begin

  215.             password <= {password[11:0],key_num};

  216.         end

  217.     end




  218.     endmodule

復(fù)制代碼



1.4數(shù)碼管顯示模塊設(shè)計(jì)1.4.1接口信號(hào)

  
信號(hào)名
  
I/O
位寬
定義
clk
I
1
系統(tǒng)工作時(shí)鐘 50M
rst_n
I
1
系統(tǒng)復(fù)位信號(hào),低電平有效
din
I
30
30位的輸入數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)。每5bit一個(gè)字符(對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)碼管),6個(gè)數(shù)碼管則一共30bit。
din_vld
I
6
輸入數(shù)據(jù)有效指示信號(hào),din_vld[0]為1時(shí),din[4:0]有效;din_vld[1]為1時(shí),din[9:5]有效,以此類(lèi)推。
segment
O
8
8位數(shù)碼管段選信號(hào)
seg_sel
O
6
6位數(shù)碼管位選信號(hào)



1.4.2設(shè)計(jì)思路

在前面的案例中已經(jīng)有數(shù)碼管顯示的介紹,所以這里不在過(guò)多介紹,詳細(xì)介紹請(qǐng)看下方鏈接:
http://fpgabbs.com/forum.php?mod=viewthread&tid=1085&fromuid=100105
其中,數(shù)碼管顯示的數(shù)值和英文字母對(duì)應(yīng)圖像如下圖所示:



file:///C:/Users/27657/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image010.gif

1.4.3參考代碼

  1. module seg_display(

  2.     clk     ,      

  3.     rst_n   ,      

  4.     din     ,      

  5.     din_vld ,      

  6.     segment ,      

  7.     seg_sel         

  8.     );


  9.     parameter SEGMENT_NUM   = 6             ;   

  10.     parameter W_DATA        = 5             ;   


  11.     parameter SEGMENT_WID   = 8             ;   

  12.     parameter TIME_300US    = 15_000         ;  


  13.     parameter SEG_DATA_0    = 7'b100_0000   ;  

  14.     parameter SEG_DATA_1    = 7'b111_1001   ;

  15.     parameter SEG_DATA_2    = 7'b010_0100   ;

  16.     parameter SEG_DATA_3    = 7'b011_0000   ;

  17.     parameter SEG_DATA_4    = 7'b001_1001   ;

  18.     parameter SEG_DATA_5    = 7'b001_0010   ;

  19.     parameter SEG_DATA_6    = 7'b000_0010   ;

  20.     parameter SEG_DATA_7    = 7'b111_1000   ;

  21.     parameter SEG_DATA_8    = 7'b000_0000   ;

  22.     parameter SEG_DATA_9    = 7'b001_0000   ;  


  23.     parameter SEG_CHAR_O    = 7'b010_0011   ;  

  24.     parameter SEG_CHAR_P    = 7'b000_1100   ;  

  25.     parameter SEG_CHAR_E    = 7'b000_0110   ;  

  26.     parameter SEG_CHAR_N    = 7'b010_1011   ;  

  27.     parameter SEG_CHAR_L    = 7'b100_0111   ;  

  28.     parameter SEG_CHAR_C    = 7'b100_0110   ;  

  29.     parameter SEG_CHAR_K    = 7'b000_0101   ;  

  30.     parameter SEG_CHAR_D    = 7'b010_0001   ;  

  31.     parameter SEG_CHAR_R    = 7'b010_1111   ;  

  32.     parameter SEG_NONE_DIS  = 7'b111_1111   ;  


  33.     input                           clk         ;

  34.     input                           rst_n       ;

  35.     input [SEGMENT_NUM*W_DATA-1:0]  din         ;

  36.     input [SEGMENT_NUM-1:0]         din_vld     ;


  37.     output[SEGMENT_WID-1:0]         segment     ;

  38.     output[SEGMENT_NUM-1:0]         seg_sel     ;


  39.     reg   [SEGMENT_WID-1:0]         segment     ;

  40.     reg   [SEGMENT_NUM-1:0]         seg_sel     ;


  41.     reg   [W_DATA-1:0]              segment_pre ;

  42.     reg   [SEGMENT_NUM*W_DATA-1:0]  din_get     ;

  43.     reg   [14:0]                    cnt_300us   ;

  44.     reg   [2:0]                     cnt_sel     ;

  45.     wire                            dot         ;



  46.    

  47. wire        add_cnt_300us ;

  48. wire        end_cnt_300us ;

  49. always @(posedge clk or negedge rst_n) begin

  50.     if (rst_n==0) begin

  51.         cnt_300us <= 0;

  52.     end

  53.     else if(add_cnt_300us) begin

  54.         if(end_cnt_300us)

  55.             cnt_300us <= 0;

  56.         else

  57.             cnt_300us <= cnt_300us+1 ;

  58.    end

  59. end

  60. assign add_cnt_300us =1;

  61. assign end_cnt_300us = add_cnt_300us  && cnt_300us == TIME_300US-1 ;


  62.    



  63. wire        add_cnt_sel ;

  64. wire        end_cnt_sel ;

  65. always @(posedge clk or negedge rst_n) begin

  66.     if (rst_n==0) begin

  67.         cnt_sel <= 0;

  68.     end

  69.     else if(add_cnt_sel) begin

  70.         if(end_cnt_sel)

  71.             cnt_sel <= 0;

  72.         else

  73.             cnt_sel <= cnt_sel+1 ;

  74.    end

  75. end

  76. assign add_cnt_sel = end_cnt_300us;

  77. assign end_cnt_sel = add_cnt_sel  && cnt_sel == SEGMENT_NUM-1 ;



  78. reg     [SEGMENT_NUM-1:0]   din_vvld;

  79. always  @(posedge clk or negedge rst_n)begin

  80.     if(rst_n==1'b0)begin

  81.         din_vvld <= 0 ;

  82.     end

  83.     else begin

  84.         din_vvld <= din_vld ;

  85.     end

  86. end



  87. reg [ 2:0]  cnt     ;

  88. wire        add_cnt ;

  89. wire        end_cnt ;

  90. always @(posedge clk or negedge rst_n) begin

  91.     if (rst_n==0) begin

  92.         cnt <= 0;

  93.     end

  94.     else if(add_cnt) begin

  95.         if(end_cnt)

  96.             cnt <= 0;

  97.         else

  98.             cnt <= cnt+1 ;

  99.    end

  100. end

  101. assign add_cnt = 1;

  102. assign end_cnt = add_cnt  && cnt == SEGMENT_NUM-1 ;


  103. always  @(posedge clk or negedge rst_n)begin

  104.     if(rst_n==1'b0)begin

  105.         din_get <= 0;

  106.     end

  107.     else if(din_vvld[cnt])begin

  108.         din_GET@[W_DATA*(cnt+1)-1 -:W_DATA] <= din[W_DATA*(cnt+1)-1 -:W_DATA];

  109.     end

  110. end



  111.     always  @(*)begin

  112.         segment_pre = din_GET@[W_DATA*(cnt_sel+1)-1 -:W_DATA];

  113.     end



  114.     always  @(posedge clk or negedge rst_n)begin

  115.         if(rst_n==1'b0)begin

  116.             segment <= {dot,SEG_NONE_DIS};

  117.         end

  118.         else if(add_cnt_300us  && cnt_300us ==10-1)begin

  119.             case(segment_pre)

  120.                 5'h00: segment <= {dot,SEG_DATA_0};

  121.                 5'h01: segment <= {dot,SEG_DATA_1};

  122.                 5'h02: segment <= {dot,SEG_DATA_2};

  123.                 5'h03: segment <= {dot,SEG_DATA_3};

  124.                 5'h04: segment <= {dot,SEG_DATA_4};

  125.                 5'h05: segment <= {dot,SEG_DATA_5};

  126.                 5'h06: segment <= {dot,SEG_DATA_6};

  127.                 5'h07: segment <= {dot,SEG_DATA_7};

  128.                 5'h08: segment <= {dot,SEG_DATA_8};

  129.                 5'h09: segment <= {dot,SEG_DATA_9};

  130.                 5'h10: segment <= {dot,SEG_CHAR_O};

  131.                 5'h11: segment <= {dot,SEG_CHAR_P};

  132.                 5'h12: segment <= {dot,SEG_CHAR_E};

  133.                 5'h13: segment <= {dot,SEG_CHAR_N};

  134.                 5'h14: segment <= {dot,SEG_CHAR_L};

  135.                 5'h15: segment <= {dot,SEG_CHAR_C};

  136.                 5'h16: segment <= {dot,SEG_CHAR_K};

  137.                 5'h17: segment <= {dot,SEG_CHAR_D};

  138.                 5'h18: segment <= {dot,SEG_CHAR_R};

  139.                 5'h1F: segment <= {dot,SEG_NONE_DIS};

  140.                 default:segment <= {dot,SEG_NONE_DIS};

  141.             endcase

  142.         end

  143.     end

  144.     assign dot = 1'b1;


  145.     always@(posedge clk or negedge rst_n)begin

  146.         if(rst_n==1'b0)begin

  147.             seg_sel <= {SEGMENT_NUM{1'b0}};

  148.         end

  149.         else begin

  150.             seg_sel <= ~(1'b1<<cnt_sel);

  151.         end

  152.     end



  153.     endmodule


復(fù)制代碼




1.5 效果和總結(jié)

下圖是該工程在db603開(kāi)發(fā)板上的現(xiàn)象——密碼鎖初始狀態(tài)和閉合狀態(tài)


下圖是該工程在db603開(kāi)發(fā)板上的現(xiàn)象——提示輸入錯(cuò)誤狀態(tài)


下圖是該工程在db603開(kāi)發(fā)板上的現(xiàn)象——密碼鎖開(kāi)啟狀態(tài)


下圖是該工程在db603開(kāi)發(fā)板上的現(xiàn)象——輸入密碼狀態(tài)


下圖是該工程在mp801開(kāi)發(fā)板上的現(xiàn)象——密碼鎖初始狀態(tài)和閉合狀態(tài)


下圖是該工程在mp801開(kāi)發(fā)板上的現(xiàn)象——提示輸入錯(cuò)誤狀態(tài)



下圖是該工程在mp801開(kāi)發(fā)板上的現(xiàn)象——密碼鎖開(kāi)啟狀態(tài)
569d3e2389b88140b44ed5053bd673b5_093021I55-11.jpg
圖是該工程在mp801開(kāi)發(fā)板上的現(xiàn)象——輸入密碼狀態(tài)
569d3e2389b88140b44ed5053bd673b5_093021I55-11.jpg

下圖是該工程在ms980開(kāi)發(fā)板上的現(xiàn)象——提示輸入錯(cuò)誤狀態(tài)



下圖是該工程在ms980開(kāi)發(fā)板上的現(xiàn)象——密碼鎖開(kāi)啟狀態(tài)


下圖是該工程在ms980開(kāi)發(fā)板上的現(xiàn)象——輸入密碼狀態(tài)








由于該項(xiàng)目的上板現(xiàn)象是在數(shù)碼管上顯示輸入的密碼,并且判斷密碼是否正確:正確則在數(shù)碼管上顯示OPEN,錯(cuò)誤則在數(shù)碼管上顯示ERROR并提示輸入錯(cuò)誤2秒,然后數(shù)碼管顯示LOCKED。想觀看完整現(xiàn)象的朋友可以看一下上板演示的視頻。
感興趣的朋友也可以訪問(wèn)明德?lián)P論壇(http://www.fpgabbs.cn/)進(jìn)行FPGA相關(guān)工程設(shè)計(jì)學(xué)習(xí),也可以看一下我們往期的文章:


1.6 公司簡(jiǎn)介

明德?lián)P是一家專(zhuān)注于FPGA領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)性公司,公司主要業(yè)務(wù)包括開(kāi)發(fā)板、教育培訓(xùn)、項(xiàng)目承接、人才服務(wù)等多個(gè)方向。點(diǎn)撥開(kāi)發(fā)板——學(xué)習(xí)FPGA的入門(mén)之選。
MP801開(kāi)發(fā)板——千兆網(wǎng)、ADDA、大容量SDRAM等,學(xué)習(xí)和項(xiàng)目需求一步到位。網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)班——不管時(shí)間和空間,明德?lián)P隨時(shí)在你身邊,助你快速學(xué)習(xí)FPGA。周末培訓(xùn)班——明天的你會(huì)感激現(xiàn)在的努力進(jìn)取,升職加薪明德?lián)P來(lái)助你。就業(yè)培訓(xùn)班——七大企業(yè)級(jí)項(xiàng)目實(shí)訓(xùn),獲得豐富的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn),高薪就業(yè)。專(zhuān)題課程——高手修煉課:提升設(shè)計(jì)能力;實(shí)用調(diào)試技巧課:提升定位和解決問(wèn)題能力;FIFO架構(gòu)設(shè)計(jì)課:助你快速成為架構(gòu)設(shè)計(jì)師;時(shí)序約束、數(shù)字信號(hào)處理、PCIE、綜合項(xiàng)目實(shí)踐課等你來(lái)選。項(xiàng)目承接——承接企業(yè)FPGA研發(fā)項(xiàng)目。人才服務(wù)——提供人才推薦、人才代培、人才派遣等服務(wù)。


設(shè)計(jì)教程下載】

 至簡(jiǎn)設(shè)計(jì)系列_電子密碼鎖.pdf (3.41 MB, 下載次數(shù): 1111)

設(shè)計(jì)視頻教程】

https://www.bilibili.com/video/BV1Af4y117H4?p=41

【工程源碼】
 mdyPwdlock.zip (66.36 KB, 下載次數(shù): 1130)

【答疑】
【問(wèn)題1】 
 
答:在頂層里,可以看到紅框里的信號(hào)的是相連的,

那么去control模塊看,這里的CHAR_O的參數(shù)的數(shù)值是隨便定的,只要可以與其它區(qū)分
 
再到seg_display模塊看,當(dāng)?shù)玫綌?shù)值為5'h10時(shí)則表示要顯示的是“O”,那么對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管段選信號(hào)segment的數(shù)值就取:信號(hào)dot的值和參數(shù)SIG_CHAR_O的值拼接得到的數(shù)據(jù)。



溫馨提示:明德?lián)P2023推出了全新課程——邏輯設(shè)計(jì)基本功修煉課,降低學(xué)習(xí)FPGA門(mén)檻的同時(shí),增加了學(xué)習(xí)的趣味性,并組織了考試贏積分活動(dòng)

http://m.cqqtmy.cn/ffkc/415.html

(點(diǎn)擊→了解課程詳情?)感興趣請(qǐng)聯(lián)系易老師:13112063618(微信同步)




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