【AC620试用贴】+数字密码锁

  在上一个试用贴中，测试了附赠的AC620中的矩阵按键，本试用贴以此为基础实现一款数字密码锁。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。源代码在附件中给出

                              图1 系统框图

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。


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，

这里先将密码设置为4位十进制数1234，如下所示

parameter PASSWORD = 16'b0001_0010_0011_0100;

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。

always@(posedge Clk or negedge Rst_n) begin         if(!Rst_n)             key_cnt <= 2'b0;         else if(key_flag) begin             if(key_cnt == 2'd3)                key_cnt <= 2'b0;             else                key_cnt <= key_cnt + 1'b1;         end         else             key_cnt <= key_cnt;         end            always@(posedge Clk or negedge Rst_n) begin         if(!Rst_n)             mima_r <= 16'b0;         else if(key_flag)             case(key_cnt)                2'd0: mima_r[15:12] <= key_value[3:0];                2'd1: mima_r[11:8]  <= key_value[3:0];                2'd2: mima_r[7:4]    <= key_value[3:0];                2'd3:    mima_r[3:0]    <= key_value[3:0];                     default: mima_r <= 0;                endcase         else             mima_r <= mima_r;            end

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。

wire key_startbj_flag;wire key_startbj_state;            key_filter key_filter_start(             .Clk(Clk),             .Rst_n(Rst_n),             .key_in(start_bj),             .key_flag(key_startbj_flag),             .key_state(key_startbj_state)             );

当开始比较后，根据实际情况判断后输出正确与否。

always@(posedge Clk or negedge Rst_n)begin             if(!Rst_n) begin                error <= 1'b0;                right   <= 1'b0;             end             else if(key_startbj_flag && !key_startbj_state)begin                  if(mima_r == PASSWORD) begin                    right <= 1'b1;                    error <= 1'b0;                end                else begin                      right   <= 1'b0;                    error <= 1'b1;                end             end             else begin                error <= 1'b0;                right   <= 1'b0;             end         end

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。



在这里使用三段式状态机进行描述。

parameter    IDLE  = 3'b001,                        PASS  = 3'b010,                        ALARM = 3'b100;

第一个always块：

always@(posedge Clk or negedge Rst_n) begin             if(!Rst_n)                current_state <= IDLE;             else                current_state <= next_state;         end

第二个always块：

always@(current_state or error or right or cnt_2s) begin             case(current_state)                            IDLE: begin                    if(right)                        next_state = PASS;                    else if(error)                        next_state = ALARM;                    else                        next_state = IDLE;                      end                            PASS: begin                                if(cnt_2s) //door_close                        next_state = IDLE;                    else                        next_state = PASS;                      end                ALARM: begin                    if(cnt_2s)                          next_state = IDLE;                    else                        next_state = ALARM;                end                            default: next_state = IDLE;                         endcase         end

第三个always块：

always@(posedge Clk or negedge Rst_n) begin             if(!Rst_n) begin                door_open_r  <= 1'b0;   led_alarm_r  <= 1'b0;                led_right_r  <= 1'b0;   beep_En <= 1'b0;                         end             else begin                case(next_state)                    IDLE: begin                        door_open_r  <= 1'b0; led_alarm_r  <= 1'b0;                        led_right_r  <= 1'b0; beep_En <= 1'b0;                                        end                    PASS: begin                        if(cnt_2s)begin                            door_open_r  <= 1'b0; led_alarm_r  <= 1'b0;                            beep_En <= 1'b0;      led_right_r  <= 1'b0;                        end                        else begin                                       door_open_r = 1'b1;led_right_r = 1'b1;                        end                    end                    ALARM: begin                        if(cnt_2s) begin                            led_alarm_r = 1'b0; beep_En = 1'b0;                        end                        else begin                            led_alarm_r = 1'b1;   beep_En = 1'b1;                        end                    end                    default:     begin                                   door_open_r  <= door_open_r;                     led_alarm_r  <= led_alarm_r;                        beep_En <= beep_En;                        led_right_r  <= led_right_r;                    end                endcase             end         end

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。


74HC595串行移位寄存器驱动模块：
74HC595串行移位寄存器驱动模块主要实现将数码管的段选和位选数据转换为串行数据并移入74HC595芯片中，然后由74HC595转化为并行数据，用以驱动7端8位数码管。该部分内容在《FPGA自学笔记——设计与验证》一书第3章3.9小节有介绍，本文不再赘述。
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AC620开发板中，按照文中所述的功能按键依次输入，即可观测到对应现象，如本文开篇所示图。下图为本工程经过Quartus II软件综合后得到的顶层RTL视图。