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【案例】電子密碼鎖

發布時間：2023-10-25 | 作者：管理員 | 瀏覽量：1427

【上板現象】

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

電子密碼鎖的在點撥開發板的上板現象

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

電子密碼鎖的在實驗箱的上板現象

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

【設計教程

至簡設計系列_電子密碼鎖

--作者：肖肖肖

--案例作者：WB_Yih

本文為明德揚原創及錄用文章，轉載請注明出處！

1.1 總體設計

1.1.1 概述

隨著生活質量的不斷提高，加強家庭防盜安全變得非常重要，但傳統機械鎖的構造過于簡單，很容易被打開，從而降低了安全性。數字密碼鎖因為它的保密性很高，安全系數也非常高，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，受到了越來越多的人的歡迎。隨看人們對高科技產品也越來越推崇，在當今社會科技的高度集中和創新，人們對日常生活中保護自身及財產安全的物品非常追捧，對其安全性的要求也非常的高。為了達到人們對鎖具安全性的高要求，加強鎖具的安全保密性，用密碼鎖來取代傳統機械鎖的鎖具是必然趨勢。數字密碼鎖比傳統機械鎖具更加的安全。在本案例的設計過程中，應用了至簡設計法、狀態機模板應用等，在經過逐步改進、調試等一系列工作之后，最終達到了設計目標。

基于明德揚至簡設計法和明德揚設計規范，設計一個基于FPGA的密碼鎖、并將數值顯示在數碼管上，然后根據輸入的鍵值判斷密碼是否正確。

1.1.2設計目標

實現電子密碼鎖的功能，具體功能要求如下：

1. 密碼4位，初始密碼2345。

2.密碼鎖狀態：LOCKED和OPEN，初始狀態為LOCKED。

(1）當在LOCKED狀態時，連續兩次輸入正確密碼，狀態變為OPEN狀態。當輸入錯誤密碼時（包括第一次就輸入錯誤；或者第一次輸入正確，第二次輸入錯誤的情況），數碼管顯示ERROR 2秒后重新顯示原來的狀態（LOCKED）。

(2) 當在OPEN狀態時，一次輸入錯誤密碼，狀態變為LOCKED狀態。當輸入正確密碼時，數碼管無顯示，10秒后重新顯示原來的狀態（OPEN）。

(3) 不管在何狀態，當輸入4位密碼或者某幾位密碼，但未按下確認鍵，并超過10S時，返回原來的狀態。（即輸入密碼超時，返回原狀態）

對于點撥開發板，使用矩陣按鍵輸入（本文以點撥603開發板為例）。

對于Mp801開發板，密碼顯示及確認：無論在OPEN，還是LOCKED狀態下，均可以通過撥碼開關輸入密碼。當有撥碼開關撥動時，數碼管當前顯示的OPEN或LOCKED消失，并顯示當前輸入的密碼，暫未輸入的密碼位不顯示。4位密碼輸入完畢后，再撥動撥碼開關時視為無效輸入，當前顯示的密碼不改變。4位密碼輸入完畢后，按下確認鍵后，系統判斷密碼是否正確。

撥碼開關及按鍵：初始狀態下，撥碼開關全部往下撥。當撥碼開關向上撥后，再向下撥（回到初始狀態），表示一個數字的有效輸入。按鍵每按下一次（會自動彈起），為一次有效輸入（復位/確認）。

1.1.3系統結構框圖

系統結構框圖如下圖一所示：

圖一

1.1.4模塊功能按鍵檢測模塊實現功能

1.檢測按鍵的數值

控制模塊實現功能

1.對接收到的按鍵數值進行判斷和控制對應的密碼鎖狀態，實現對輸入密碼的正誤判斷和對密碼鎖的開啟和閉合控制。

數碼管顯示模塊實現功能

1.顯示輸入的密碼數值；

2.顯示當前密碼鎖的狀態（開啟狀態或者閉鎖狀態）；

3.提示密碼輸入錯誤的狀態。

1.1.5頂層信號

信號名	I/O	位寬	定義
clk	I	1	系統工作時鐘 50M
rst_n	I	1	系統復位信號，低電平有效
key_col	I	4	矩陣鍵盤列信號
key_row	O	4	矩陣鍵盤行信號
seg_sel	O	6	6位數碼管位選信號
segment	O	8	8位數碼管段選信號

1.1.6參考代碼

下面是使用工程的頂層代碼：

module top_mdyPwdlock_keyscan(
clk ,
rst_n ,
key_col ,
key_row ,
seg_sel ,
segment
);
input clk ;
input rst_n ;
input [3:0] key_col ;
output[5:0] seg_sel ;
output[7:0] segment ;
output[3:0] key_row ;
wire [5:0] seg_sel ;
wire [7:0] segment ;
wire [3:0] key_row ;
wire [3:0] key_out ;
wire key_vld ;
wire [6*5-1:0] seg_dout ;
wire [5:0] seg_dout_vld ;
key_scan u_key_scan(
.clk (clk ),
.rst_n (rst_n ),
.key_col (key_col ),
.key_row (key_row ),
.key_out (key_out ),
.key_vld (key_vld )
);
control u_ctrl(
.clk (clk ),
.rst_n (rst_n ),
.key_num (key_out ),
.key_vld (key_vld ),
.seg_dout (seg_dout ),
.seg_dout_vld (seg_dout_vld )
);
seg_display u_segment(
.clk (clk ),
.rst_n (rst_n ),
.din (seg_dout ),
.din_vld (seg_dout_vld ),
.segment (segment ),
.seg_sel (seg_sel )
);
endmodule

復制代碼

1.2按鍵檢測模塊設計1.2.1接口信號

信號名	I/O	位寬	定義
clk	I	1	系統工作時鐘 50M
rst_n	I	1	系統復位信號，低電平有效
key_col	I	4	矩陣按鍵列信號
key_row	O	4	矩陣按鍵行信號
key_out	O	4	輸出的按鍵有效數值
key_vld	O	1	按鍵有效指示信號

1.2.2 設計思路

在前面的案例中已經有矩陣按鍵檢測模塊的介紹，所以這里不在過多介紹，詳細介紹請看下方鏈接：

http://www.fpgabbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=310&highlight=%BE%D8%D5%F3

其中，按鍵的功能面板如下圖所示：

1.2.3參考代碼

module key_scan(
clk ,
rst_n ,
key_col,
key_row,
key_out,
key_vld
);
parameter KEY_W = 4 ;
parameter CHK_COL = 0 ;
parameter CHK_ROW = 1 ;
parameter DELAY = 2 ;
parameter WAIT_END = 3 ;
parameter COL_CNT = 16;
parameter TIME_20MS= 1000000;
input clk ;
input rst_n ;
input [3:0] key_col;
output key_vld;
output[3:0] key_out;
output[KEY_W-1:0] key_row;
reg [3:0] key_out;
reg [KEY_W-1:0] key_row;
reg key_vld;
reg [3:0] key_col_ff0;
reg [3:0] key_col_ff1;
reg [1:0] key_col_get;
wire shake_flag ;
reg shake_flag_ff0;
reg[3:0] state_c;
reg [19:0] shake_cnt;
reg[3:0] state_n;
reg [1:0] row_index;
reg[15:0] row_cnt;
wire chk_col2chk_row ;
wire chk_row2delay ;
wire delay2wait_end ;
wire wait_end2chk_col;
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
key_col_ff0 <= 4'b1111;
key_col_ff1 <= 4'b1111;
end
else begin
key_col_ff0 <= key_col ;
key_col_ff1 <= key_col_ff0;
end
end
wire add_shake_cnt ;
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if (rst_n==0) begin
shake_cnt <= 0;
end
else if(add_shake_cnt) begin
if(shake_flag)
shake_cnt <= 0;
else
shake_cnt <= shake_cnt+1 ;
end
end
assign add_shake_cnt = key_col_ff1!=4'hf;
assign shake_flag = add_shake_cnt && shake_cnt == TIME_20MS-1 ;
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
state_c <= CHK_COL;
end
else begin
state_c <= state_n;
end
end
always @(*)begin
case(state_c)
CHK_COL: begin
if(shake_flag && shake_flag_ff0==1'b0)begin
state_n = CHK_ROW;
end
else begin
state_n = CHK_COL;
end
end
CHK_ROW: begin
if(row_index==3 && row_cnt==0)begin
state_n = DELAY;
end
else begin
state_n = CHK_ROW;
end
end
DELAY : begin
if(row_cnt==0)begin
state_n = WAIT_END;
end
else begin
state_n = DELAY;
end
end
WAIT_END: begin
if(key_col_ff1==4'hf)begin
state_n = CHK_COL;
end
else begin
state_n = WAIT_END;
end
end
default: state_n = CHK_COL;
endcase
end
assign chk_col2chk_row = shake_flag && shake_flag_ff0 ==1'b0;
assign chk_row2delay = row_index==3 && row_cnt==0;
assign delay2wait_end = row_cnt==0;
assign wait_end2chk_col= key_col_ff1==4'hf;
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
key_row <= 4'b0;
end
else if(state_c==CHK_ROW)begin
key_row <= ~(1'b1 << row_index);
end
else begin
key_row <= 4'b0;
end
end
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
row_index <= 0;
end
else if(state_c==CHK_ROW)begin
if(row_cnt==0)begin
if(row_index==3)
row_index <= 0;
else
row_index <= row_index + 1;
end
end
else begin
row_index <= 0;
end
end
wire add_row_cnt ;
wire end_row_cnt ;
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if (rst_n==0) begin
row_cnt <= COL_CNT;
end
else if(add_row_cnt) begin
if(end_row_cnt)
row_cnt <= COL_CNT;
else
row_cnt <= row_cnt-1 ;
end
else begin
row_cnt <= COL_CNT;
end
end
assign add_row_cnt = state_c==CHK_ROW || state_c==DELAY;
assign end_row_cnt = add_row_cnt && row_cnt == 0 ;
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
shake_flag_ff0 <= 1'b0;
end
else begin
shake_flag_ff0 <= shake_flag;
end
end
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
key_col_get <= 0;
end
else if(state_c==CHK_COL && shake_flag==1'b1 && shake_flag_ff0==1'b0) begin
if(key_col_ff1==4'b1110)
key_col_get <= 0;
else if(key_col_ff1==4'b1101)
key_col_get <= 1;
else if(key_col_ff1==4'b1011)
key_col_get <= 2;
else
key_col_get <= 3;
end
end
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
key_out <= 0;
end
else if(state_c==CHK_ROW && row_cnt==0)begin
key_out <= {row_index,key_col_get};
end
else begin
key_out <= 0;
end
end
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
key_vld <= 1'b0;
end
else if(state_c==CHK_ROW && row_cnt==0 && key_col_ff1[key_col_get]==1'b0)begin
key_vld <= 1'b1;
end
else begin
key_vld <= 1'b0;
end
end
endmodue

復制代碼

1.3控制模塊設計1.3.1接口信號

信號名	I/O	位寬	定義
clk	I	1	系統工作時鐘 50M
rst_n	I	1	系統復位信號，低電平有效
key_num	I	4	輸入的按鍵號
key_vld	I	1	按鍵有效指示信號
seg_dout	O	30	30bit的數碼管顯示數據，每5bit為一個字符（對應一個數碼管），一共表示6個數碼管的顯示數據。
seg_dout_vld	O	6	數碼管顯示數據有效指示信號，seg_dout_vld [0]為1時，seg_dout[4:0]有效；seg_dout_vld [1]為1時，seg_dout[9:5]有效，以此為推。

1.3.2設計思路

Ø狀態機架構

本模塊的主要功能是根據輸入的按鍵信息進行不同狀態的判斷和切換當前工作狀態。根據項目功能要求，一共有四種工作狀態：密碼鎖開啟狀態（open）、密碼鎖閉合狀態（clocked）、輸入密碼狀態（password）和提示輸入錯誤狀態（error）。

以下為本模塊的狀態跳轉圖：

復位后，狀態機進入LOCKED的狀態，即初始狀態為LOCKED；

在LOCKED狀態下：

A.有按鍵按下，跳到PASSWORD狀態；

B．否則，保持LOCKED狀態不變；

在OPEN狀態下：

A．有按鍵按下，跳到PASSWORD狀態；

B．否則，保持OPEN狀態不變；

在PASSWORD狀態下：

A．有密碼輸入但超過10秒沒有確認，跳到原來的LOCKED狀態或者OPEN狀態；

B．密碼正確輸入并確認兩次，跳到OPEN狀態；

C．密碼錯誤輸入并確認，跳到ERROR狀態；

D．否則，保持PASSWORD狀態不變；

在ERROR狀態下：

A．提示輸入錯誤2秒，跳到LOCKED狀態；

B．否則，保持ERROR狀態不變；

無論當前處于什么狀態，只要不滿足狀態間的跳轉條件就跳到LOCKED狀態。

Ø計數器架構

本模塊的某些狀態跳轉之間存在一定的時間間隔，根據項目功能要求，一共有兩種時間的間隔：10秒的等待輸入時間間隔和2秒的顯示提示時間間隔。

以下為計數器的架構示意圖：

10秒計數器cnt_10s_nvld：用于計算10秒的時間。加一條件為state_c==PASSWORD，表示進入密碼輸入狀態就開始計數。結束條件為數500_000_000個，系統時鐘為50M，一個時鐘周期為20ns，500_000_000個時鐘周期就是10秒。

2秒計數器cnt_2s：用于計算2秒的時間。加一條件為state_c==ERROR，表示進入提示輸入錯誤狀態就開始計數。結束條件為數100_000_000個，系統時鐘為50M，一個時鐘周期為20ns，100_000_000個時鐘周期就是2秒。

1.3.3參考代碼

module control(
clk ,
rst_n ,
key_num ,
key_vld ,
seg_dout ,
seg_dout_vld
);
parameter PASSWORD_INI = 16'h2345 ;
parameter CHAR_O = 5'h10 ;
parameter CHAR_P = 5'h11 ;
parameter CHAR_E = 5'h12 ;
parameter CHAR_N = 5'h13 ;
parameter CHAR_L = 5'h14 ;
parameter CHAR_C = 5'h15 ;
parameter CHAR_K = 5'h16 ;
parameter CHAR_D = 5'h17 ;
parameter CHAR_R = 5'h18 ;
parameter NONE_DIS = 5'h1F ;
parameter C_10S_WID = 29 ;
parameter C_10S_NUM = 500_000_000 ;
parameter C_2S_WID = 27 ;
parameter C_2S_NUM = 100_000_000 ;
parameter C_PWD_WID = 3 ;
input clk ;
input rst_n ;
input [3:0] key_num ;
input key_vld ;
output[6*5-1:0] seg_dout ;
output[5:0] seg_dout_vld ;
reg [6*5-1:0] seg_dout ;
wire [5:0] seg_dout_vld ;
reg [1:0] state_c ;
reg [1:0] state_n ;
reg lock_stata_flag ;
reg password_correct_twice ;
reg [C_2S_WID-1:0] cnt_2s ;
reg [C_10S_WID-1:0] cnt_10s_nvld ;
reg [C_PWD_WID-1:0] cnt_password ;
reg [15:0] password ;
parameter LOCKED = 2'b00 ;
parameter OPEN = 2'b01 ;
parameter PASSWORD = 2'b10 ;
parameter ERROR = 2'b11 ;
//current state
always@(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(!rst_n)begin
state_c <= LOCKED;
end
else begin
state_c <= state_n;
end
end
//next state and the condition of state LOCKEDtransition
always@(*)begin
case(state_c)
LOCKED:begin
if(locked2password_switch)begin
state_n = PASSWORD;
end
else begin
state_n = state_c;
end
end
OPEN:begin
if(open2password_switch)begin
state_n = PASSWORD;
end
else begin
state_n = state_c;
end
end
PASSWORD:begin
if(password2locked_switch0)begin
state_n = LOCKED;
end
else if(password2open_switch0 || password2open_switch1)begin
state_n = OPEN;
end
else if(password2error_switch || password2locked_switch1)begin
state_n = ERROR;
end
else begin
state_n = state_c;
end
end
ERROR:begin
if(error2locked_switch0 )begin
state_n = LOCKED;
end
else begin
state_n = state_c;
end
end
default:begin
state_n = LOCKED;
end
endcase
end
assign locked2password_switch = state_c==LOCKED && lock_stata_flag && key_num<10 && key_vld;
assign open2password_switch = state_c==OPEN && !lock_stata_flag && key_num<10 && key_vld;
assign password2locked_switch0 = state_c==PASSWORD && lock_stata_flag && end_cnt_10s_nvld;
assign password2locked_switch1 = state_c==PASSWORD && lock_stata_flag && confirm && password!=PASSWORD_INI ;//TO ERROR
assign password2open_switch0 = state_c==PASSWORD && lock_stata_flag && confirm && password==PASSWORD_INI && password_correct_twice;
assign password2open_switch1 = state_c==PASSWORD && !lock_stata_flag && end_cnt_10s_nvld;
assign password2error_switch = state_c==PASSWORD && !lock_stata_flag && confirm && password!=PASSWORD_INI;
assign error2locked_switch0 = state_c==ERROR && end_cnt_2s;
//lock_stata_flag
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
lock_stata_flag <= 1;
end
else if(password2locked_switch0 || password2locked_switch1 || error2locked_switch0)begin
lock_stata_flag <= 1;
end
else if(password2open_switch0 || password2open_switch1 )begin
lock_stata_flag <= 0;
end
end
//cnt_10s_nvld
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
cnt_10s_nvld <= 0;
end
else if(end_cnt_10s_nvld)begin
cnt_10s_nvld <= 0;
end
else if(add_cnt_10s_nvld)begin
cnt_10s_nvld <= cnt_10s_nvld + 1;
end
end
assign add_cnt_10s_nvld = state_c==PASSWORD;
assign end_cnt_10s_nvld = add_cnt_10s_nvld && cnt_10s_nvld==C_10S_NUM-1;
//confirm
assign confirm = key_num==10 && key_vld;
//password_correct_twice
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
password_correct_twice <= 0;
end
else if(state_c==PASSWORD && lock_stata_flag && confirm && password==PASSWORD_INI && !password_correct_twice)begin
password_correct_twice <= 1;
end
else if(password2locked_switch0 || password2locked_switch1 || password2open_switch0 || password2open_switch1 || password2error_switch)begin
password_correct_twice <= 0;
end
end
//cnt_2s
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
cnt_2s <= 0;
end
else if(end_cnt_2s )begin
cnt_2s <= 0;
end
else if(add_cnt_2s )begin
cnt_2s <= cnt_2s + 1;
end
end
assign add_cnt_2s = state_c==ERROR;
assign end_cnt_2s = add_cnt_2s && cnt_2s==C_2S_NUM-1;
//seg_dout
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
seg_dout <= 0;
end
else if(state_c==OPEN)begin
seg_dout <= {NONE_DIS,NONE_DIS,CHAR_O,CHAR_P,CHAR_E,CHAR_N};
end
else if(state_c==LOCKED)begin
seg_dout <= {CHAR_L,CHAR_O,CHAR_C,CHAR_K,CHAR_E,CHAR_D};
end
else if(state_c==ERROR)begin
seg_dout <= {NONE_DIS,CHAR_E,CHAR_R,CHAR_R,CHAR_O,CHAR_R};
end
else if(state_c==PASSWORD)begin
if(cnt_password==0)
seg_dout <= {NONE_DIS,NONE_DIS,NONE_DIS,NONE_DIS,NONE_DIS,NONE_DIS};
else if(cnt_password==1)
seg_dout <= {NONE_DIS,NONE_DIS,NONE_DIS,NONE_DIS,NONE_DIS,{1'b0,password[3:0]}};
else if(cnt_password==2)
seg_dout <= {NONE_DIS,NONE_DIS,NONE_DIS,NONE_DIS,{1'b0,password[7:4]},{1'b0,password[3:0]}};
else if(cnt_password==3)
seg_dout <= {NONE_DIS,NONE_DIS,NONE_DIS,{1'b0,password[11:8]},{1'b0,password[7:4]},{1'b0,password[3:0]}};
else if(cnt_password==4)
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]}};
end
end
//seg_dout_vld
assign seg_dout_vld = 6'b11_1111;
//cnt_password
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
cnt_password <= 0;
end
else if(end_cnt_password)begin
cnt_password <= 0;
end
else if(add_cnt_password)begin
cnt_password <= cnt_password + 1;
end
end
assign add_cnt_password = state_c!=ERROR && key_num<10 && key_vld && cnt_password<4;
assign end_cnt_password = confirm || end_cnt_10s_nvld;
//password
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
password <= 16'h0000;
end
else if(add_cnt_password)begin
password <= {password[11:0],key_num};
end
end
endmodule

復制代碼

1.4數碼管顯示模塊設計1.4.1接口信號

信號名	I/O	位寬	定義
clk	I	1	系統工作時鐘 50M
rst_n	I	1	系統復位信號，低電平有效
din	I	30	30位的輸入數碼管顯示數據。每5bit一個字符（對應一個數碼管），6個數碼管則一共30bit。
din_vld	I	6	輸入數據有效指示信號，din_vld[0]為1時，din[4:0]有效；din_vld[1]為1時，din[9:5]有效，以此類推。
segment	O	8	8位數碼管段選信號
seg_sel	O	6	6位數碼管位選信號

1.4.2設計思路

在前面的案例中已經有數碼管顯示的介紹，所以這里不在過多介紹，詳細介紹請看下方鏈接：

http://fpgabbs.com/forum.php?mod=viewthread&tid=1085&fromuid=100105

其中，數碼管顯示的數值和英文字母對應圖像如下圖所示：

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

1.4.3參考代碼

module seg_display(
clk ,
rst_n ,
din ,
din_vld ,
segment ,
seg_sel
);
parameter SEGMENT_NUM = 6 ;
parameter W_DATA = 5 ;
parameter SEGMENT_WID = 8 ;
parameter TIME_300US = 15_000 ;
parameter SEG_DATA_0 = 7'b100_0000 ;
parameter SEG_DATA_1 = 7'b111_1001 ;
parameter SEG_DATA_2 = 7'b010_0100 ;
parameter SEG_DATA_3 = 7'b011_0000 ;
parameter SEG_DATA_4 = 7'b001_1001 ;
parameter SEG_DATA_5 = 7'b001_0010 ;
parameter SEG_DATA_6 = 7'b000_0010 ;
parameter SEG_DATA_7 = 7'b111_1000 ;
parameter SEG_DATA_8 = 7'b000_0000 ;
parameter SEG_DATA_9 = 7'b001_0000 ;
parameter SEG_CHAR_O = 7'b010_0011 ;
parameter SEG_CHAR_P = 7'b000_1100 ;
parameter SEG_CHAR_E = 7'b000_0110 ;
parameter SEG_CHAR_N = 7'b010_1011 ;
parameter SEG_CHAR_L = 7'b100_0111 ;
parameter SEG_CHAR_C = 7'b100_0110 ;
parameter SEG_CHAR_K = 7'b000_0101 ;
parameter SEG_CHAR_D = 7'b010_0001 ;
parameter SEG_CHAR_R = 7'b010_1111 ;
parameter SEG_NONE_DIS = 7'b111_1111 ;
input clk ;
input rst_n ;
input [SEGMENT_NUM*W_DATA-1:0] din ;
input [SEGMENT_NUM-1:0] din_vld ;
output[SEGMENT_WID-1:0] segment ;
output[SEGMENT_NUM-1:0] seg_sel ;
reg [SEGMENT_WID-1:0] segment ;
reg [SEGMENT_NUM-1:0] seg_sel ;
reg [W_DATA-1:0] segment_pre ;
reg [SEGMENT_NUM*W_DATA-1:0] din_get ;
reg [14:0] cnt_300us ;
reg [2:0] cnt_sel ;
wire dot ;
wire add_cnt_300us ;
wire end_cnt_300us ;
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if (rst_n==0) begin
cnt_300us <= 0;
end
else if(add_cnt_300us) begin
if(end_cnt_300us)
cnt_300us <= 0;
else
cnt_300us <= cnt_300us+1 ;
end
end
assign add_cnt_300us =1;
assign end_cnt_300us = add_cnt_300us && cnt_300us == TIME_300US-1 ;
wire add_cnt_sel ;
wire end_cnt_sel ;
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if (rst_n==0) begin
cnt_sel <= 0;
end
else if(add_cnt_sel) begin
if(end_cnt_sel)
cnt_sel <= 0;
else
cnt_sel <= cnt_sel+1 ;
end
end
assign add_cnt_sel = end_cnt_300us;
assign end_cnt_sel = add_cnt_sel && cnt_sel == SEGMENT_NUM-1 ;
reg [SEGMENT_NUM-1:0] din_vvld;
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
din_vvld <= 0 ;
end
else begin
din_vvld <= din_vld ;
end
end
reg [ 2:0] cnt ;
wire add_cnt ;
wire end_cnt ;
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if (rst_n==0) begin
cnt <= 0;
end
else if(add_cnt) begin
if(end_cnt)
cnt <= 0;
else
cnt <= cnt+1 ;
end
end
assign add_cnt = 1;
assign end_cnt = add_cnt && cnt == SEGMENT_NUM-1 ;
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
din_get <= 0;
end
else if(din_vvld[cnt])begin
din_GET@[W_DATA*(cnt+1)-1 -:W_DATA] <= din[W_DATA*(cnt+1)-1 -:W_DATA];
end
end
always @(*)begin
segment_pre = din_GET@[W_DATA*(cnt_sel+1)-1 -:W_DATA];
end
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
segment <= {dot,SEG_NONE_DIS};
end
else if(add_cnt_300us && cnt_300us ==10-1)begin
case(segment_pre)
5'h00: segment <= {dot,SEG_DATA_0};
5'h01: segment <= {dot,SEG_DATA_1};
5'h02: segment <= {dot,SEG_DATA_2};
5'h03: segment <= {dot,SEG_DATA_3};
5'h04: segment <= {dot,SEG_DATA_4};
5'h05: segment <= {dot,SEG_DATA_5};
5'h06: segment <= {dot,SEG_DATA_6};
5'h07: segment <= {dot,SEG_DATA_7};
5'h08: segment <= {dot,SEG_DATA_8};
5'h09: segment <= {dot,SEG_DATA_9};
5'h10: segment <= {dot,SEG_CHAR_O};
5'h11: segment <= {dot,SEG_CHAR_P};
5'h12: segment <= {dot,SEG_CHAR_E};
5'h13: segment <= {dot,SEG_CHAR_N};
5'h14: segment <= {dot,SEG_CHAR_L};
5'h15: segment <= {dot,SEG_CHAR_C};
5'h16: segment <= {dot,SEG_CHAR_K};
5'h17: segment <= {dot,SEG_CHAR_D};
5'h18: segment <= {dot,SEG_CHAR_R};
5'h1F: segment <= {dot,SEG_NONE_DIS};
default:segment <= {dot,SEG_NONE_DIS};
endcase
end
end
assign dot = 1'b1;
always@(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
seg_sel <= {SEGMENT_NUM{1'b0}};
end
else begin
seg_sel <= ~(1'b1<<cnt_sel);
end
end
endmodule

復制代碼

1.5 效果和總結

下圖是該工程在db603開發板上的現象——密碼鎖初始狀態和閉合狀態

下圖是該工程在db603開發板上的現象——提示輸入錯誤狀態

下圖是該工程在db603開發板上的現象——密碼鎖開啟狀態

下圖是該工程在db603開發板上的現象——輸入密碼狀態

下圖是該工程在mp801開發板上的現象——密碼鎖初始狀態和閉合狀態

下圖是該工程在mp801開發板上的現象——提示輸入錯誤狀態

下圖是該工程在mp801開發板上的現象——密碼鎖開啟狀態

下圖是該工程在mp801開發板上的現象——輸入密碼狀態

下圖是該工程在ms980開發板上的現象——提示輸入錯誤狀態

下圖是該工程在ms980開發板上的現象——密碼鎖開啟狀態

下圖是該工程在ms980開發板上的現象——輸入密碼狀態

由于該項目的上板現象是在數碼管上顯示輸入的密碼，并且判斷密碼是否正確：正確則在數碼管上顯示OPEN，錯誤則在數碼管上顯示ERROR并提示輸入錯誤2秒，然后數碼管顯示LOCKED。想觀看完整現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明德揚論壇（http://www.fpgabbs.cn/）進行FPGA相關工程設計學習，也可以看一下我們往期的文章：

1.6 公司簡介

明德揚是一家專注于FPGA領域的專業性公司，公司主要業務包括開發板、教育培訓、項目承接、人才服務等多個方向。點撥開發板——學習FPGA的入門之選。
MP801開發板——千兆網、ADDA、大容量SDRAM等，學習和項目需求一步到位。網絡培訓班——不管時間和空間，明德揚隨時在你身邊，助你快速學習FPGA。周末培訓班——明天的你會感激現在的努力進取，升職加薪明德揚來助你。就業培訓班——七大企業級項目實訓，獲得豐富的項目經驗，高薪就業。專題課程——高手修煉課：提升設計能力；實用調試技巧課：提升定位和解決問題能力；FIFO架構設計課：助你快速成為架構設計師；時序約束、數字信號處理、PCIE、綜合項目實踐課等你來選。項目承接——承接企業FPGA研發項目。人才服務——提供人才推薦、人才代培、人才派遣等服務。

設計教程下載】

至簡設計系列_電子密碼鎖.pdf (3.41 MB, 下載次數: 1111)

設計視頻教程】

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

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

【答疑】
【問題1】
答：在頂層里，可以看到紅框里的信號的是相連的，

那么去control模塊看，這里的CHAR_O的參數的數值是隨便定的，只要可以與其它區分

再到seg_display模塊看，當得到數值為5'h10時則表示要顯示的是“O”，那么對應的數碼管段選信號segment的數值就取：信號dot的值和參數SIG_CHAR_O的值拼接得到的數據。