VHDL实现：4位电子密码锁设计与分析

该文档是大连理工大学本科实验报告，涉及基于VHDL的4位电子密码锁设计。实验目标是设计一个能接受4位8421BCD码的密码锁，具有错误输入提示、三次输入机会、报警功能以及密码重置功能。密码输入通过DE2开发板上的switch实现，显示部分采用7段数码管。系统由输入译码、显示、控制、比较和重置以及LED显示等模块组成。 1. 设计要求: - 密码锁为4位，超过4位时只取前4位有效数字。 - 错误输入时，系统提供三次重试机会，三次都错则触发报警。 - 输入正确后，用户可重新设置密码。 - 每次输入一个数字，会在7段数码管上显示并左移。 - 可通过取消键清除当前输入，重新开始输入密码。 2. 设计分析与系统方案: - 使用DE2开发板的switch作为输入，通过译码模块转换成8421BCD码以驱动7段数码管。 - 通过模4计数器限制输入密码的长度，模3计数器跟踪输入次数。 - 密码比较模块比较输入密码与预设密码，匹配则解锁，不匹配则锁定。 - LED显示模块提供视觉反馈，正确密码显示绿色，错误显示红色。 3. 硬件电路设计: - 显示模块: 采用共阳极型四段数码管，用于显示输入密码和状态。 - 输入译码模块: 利用switch[9]至switch[0]模拟数字键，通过译码器转换成BCD码。 - 控制模块: 实现输入控制，包括输入计数和错误计数。 - 比较和重置模块: 对比输入密码与预设密码，匹配时允许重置密码。 - LED显示模块: 输出高电平控制LEDG(绿灯)或LEDR(红灯)，表示密码状态。 4. VHDL编程实现: - 在VHDL中，需要定义各个模块的接口，如输入信号 clkClk_in、Out_q、Psw 和输出信号等。 - 设计和编写密码输入模块、译码模块、计数器模块、比较模块和LED控制模块的VHDL代码。 - 通过综合和仿真工具验证各个模块的功能，确保设计正确无误。 5. 实验步骤与注意事项: - 实验前理解8421BCD码原理和7段数码管显示逻辑。 - 编写并测试VHDL代码，确保每个模块功能独立且正确。 - 集成所有模块，进行系统级仿真，检查整个密码锁系统的完整性和功能。 - 实际硬件验证，调试可能存在的硬件连接或逻辑问题。 6. 总结: 这个实验项目旨在提升学生的数字电路设计能力和VHDL编程技巧，通过实际操作加深对数字逻辑系统设计的理解，为将来更复杂的系统设计打下基础。