verilog实验之密码箱实验报告.doc

Verilog实现密码箱
1.功能概述
小脚丫开发板的有4位拨码开关，可以表示数字0-9，有两个七段数码管，所以密码设为两位（00—99），初始密码00，利用四位拨码开关(sw)输入密码,，按下个位确认按键(low)，在数码管上显示个位数字；再次输入密码，按下十位确认按键(high)，在数码管上显示十位数字。按下确认按键(enter)，比较密码正误，若正确，实现开锁功能，用led8灯亮表示；错误，实现报错功能，用led1灯亮表示；连续错三次，实现警报功能，用8个灯全亮表示，此时只有重置（rst）才能重新输入密码。初始密码为21。为保证安全性，只有在开锁状态下，才可修改密码，修改拨码开关数值按下个位确认按键(low)，设置新密码个位，再次修改拨码开关数值，按下个位确认按键(high)，设置新密码十位（实际上两个位密码修改与输入顺序不影响）。再按下重置键(rst)，即可重新输入密码。同时在使用按键时，注意到了消抖。
2.效果展示

密码错误

密码正确

修改后密码正确

视频展示（双击播放）

3.代码分析
一、密码显示在数码管上
always@(*)
//数码管显示控制模块
begin
case(code_low)
4'd0:seg_led1=9'b000111111;//数码管1显示0
4'd1:seg_led1=9'b000000110;//1
4'd2:seg_led1=9'b001011011;//2
4'd3:seg_led1=9'b001001111;//3
4'd4:seg_led1=9'b001100110;//4
4'd5:seg_led1=9'b001101101;//5
4'd6:seg_led1=9'b001111101;//6
4'd7:seg_led1=9'b000000111;//7
4'd8:seg_led1=9'b001111111;//8
4'd9:seg_led1=9'b001101111;//9
default:seg_led1=9'b100111111;//0
endcase
case(code_high)
4'd0:seg_led2=9'b000111111;//数码管2显示0
4'd1:seg_led2=9'b000000110;//1
4'd2:seg_led2=9'b001011011;//2
4'd3:seg_led2=9'b001001111;//3
4'd4:seg_led2=9'b001100110;//4
4'd5:seg_led2=9'b001101101;//5
4'd6:seg_led2=9'b001111101;//6
4'd7:seg_led2=9'b000000111;//7
4'd8:seg_led2=9'b001111111;//8
4'd9:seg_led2=9'b001101111;//9
default:seg_led2=9'b100111111;//0
endcase
end
二、密码比对判断
always @(posedge clk) //密码判断
begin
if(!rst)
begin
wrong_cnt<=2'b00; //初始错误次数为0
code_low<=4'b0000;
code_high<=4'b0000;
led<=8'b11111111;
end

else if(low_d)
begin
code_low<=sw;
end
else if(high_d)
begin
code_high<=sw;
end
else if(enter_d)
begin
if(wrong_cnt!=2'd2)
begin
if((code_low==Y&&code_high==X)||(code_low==newcode_low&&code_high==newcode_high))
begin
led<=8'b01111111; //密码正确，led8亮
wrong_cnt<=2'd0;
end
else
begin
led<=8'b11111110; //密码错误，led1亮错误次数加一
wrong_cnt<=wrong_cnt+1;
end
end
else
led<=8'b00000000; //密码输错三次，报警
end
end
三、密码修改实现
//修改控制模块
always @(posedge clk)
begin
if(!rst)
change<=0;
else if(led<=8'b01111111)
change<1;
if(change==1&&high_d)
begin
newcode_high<=sw;
end
else if(change==1&&low_d)
begin
newcode_low<=sw;
end
end
endmodule
四、按键消抖实现
//按键消抖模块
module debounce (clk,rst,key,key_pulse);
parameter N = 2; //要消除的按键的数量

input clk;
input rst;
input [N-1:0] key; //输入的按键
output [N-1:0] key_pulse; //按键动作产生的脉冲

reg [N-1:0] key_rst_pre; //定义一个寄存器型变量存储上一个触发时的按键值
reg [N-1:0] key_rst; //定义一个寄存器变量储存储当前时刻触发的按键值

wire [N-1:0] key_edge; //检测到按键由高到低变化是产生一个高脉冲

//利用非阻塞赋值特点，将两个时钟触发时按键状态存储在两个寄存器变量中
always @(posedge clk or negedge rst)
begin
if (!rst)
begin
key_rst <= {N{1'b1}}; //初始化时给key_rst赋值全为1，{}中表示N个1
keyrst_pre <= {N{1'b1}};
end
else
begin
key_rst <= key; //第一个时钟上升沿触发之后key的值赋给key_rst,同时key_rst的值赋给key_rst_pre
key_rst_pre <= key_rst; //非阻塞赋值。相当于经过两个时钟触发，key_rst存储的是当前时刻key的值，key_rst_pre存储的是前一个时钟的key的值
end
end

assign key_edge = key_rst_pre & (~key_rst);//脉冲边沿检测。当key检测到下降沿时，key_edge产生一个时钟周期的高电平
reg [17:0] cnt; //产生延时所用的计数器，系统时钟12MHz，要延时20ms左右时间，至少需要18位计数器
//产生20ms延时，当检测到key_edge有效是计数器清零开始计数
always @(posedge clk or negedge rst)
begin
if(!rst)
cnt <= 18'h0;
else if(key_edge)
cnt <= 18'h0;
else
cnt <= cnt + 1'h1;
end

reg [N-1:0] key_sec_pre; //延时后检测电平寄存器变量
reg [N-1:0] key_sec;
//延时后检测key，如果按键状态变低产生一个时钟的高脉冲。如果按键状态是高的话说明按键无效
always @(posedge clk or negedge rst)
begin
if (!rst)
key_sec <= {N{1'b1}};
else if (cnt==18'h3ffff)
key_sec <= key;
end
always @(posedge clk or negedge rst)
begin
if (!rst)
key_sec_pre <= {N{1'b1}};
else
key_sec_pre <= key_sec;
end
assign key_pulse = key_sec_pre & (~key_sec);
endmodule

4.附录，源码图以及源码

//顶层模块
module safebox_plus(
input clk,
input [3:0] sw, //四位拨码开关，用作十进制密码
input rst, //复位键
input enter, //密码确认键
input high //十位输入键
input low, //个位输入键
output reg [7:0] led, //八位报警灯，led8为正确提示灯，led1为错误提示灯
output reg [8:0] seg_led1, //数码管1显示个位密码
output reg [8:0] seg_led2 //数码管2显示十位密码
);
parameter X=4'd0; //用作初始密码
parameter Y=4'd0;
wire enter_d; //key[3]确认密码输入
wire low_d; //key[1]个位确认
wire high_d; //key[2]十位确认
reg [1:0] wrong_cnt; //统计错误次数
reg [3:0] code_low; //个位密码
reg [3:0] code_high; //十位密码
reg change; //可修改密码状态
reg [3:0] newcode_low; //更新密码个位
reg [3:0] newcode_high; //更新密码十位
//例化调用消抖模块
debounce #(.N(3))u1
(
.clk (clk),
.rst (rst),
key ({enter,low,high}),
.key_pulse ({enter_d,low_d,high_d})
);

always@(*)
//数码管显示控制模块
begin
case(code_low)
4'd0:seg_led1=9'b000111111;//数码管1显示0
4'd1:seg_led1=9'b000000110;//1
4'd2:seg_led1=9'b001011011;//2
4'd3:seg_led1=9'b001001111;//3
4'd4:seg_led1=9'b001100110;//4
4'd5:seg_led1=9'b001101101;//5
4'd6:seg_led1=9'b001111101;//6
4'd7:seg_led1=9'b000000111;//7
4'd8:seg_led1=9'b001111111;//8
4'd9:seg_led1=9'b001101111;//9
default:seg_led1=9'b100111111;//0
endcase
case(code_high)
4'd0:seg_led2=9'b000111111;//数码管2显示0
4'd1:seg_led2=9'b000000110;//1
4'd2:segled2=9'b001011011;//2
4'd3:seg_led2=9'b001001111;//3
4'd4:seg_led2=9'b001100110;//4
4'd5:seg_led2=9'b001101101;//5
4'd6:seg_led2=9'b001111101;//6
4'd7:seg_led2=9'b000000111;//7
4'd8:seg_led2=9'b001111111;//8
4'd9:seg_led2=9'b001101111;//9
default:seg_led2=9'b100111111;//0
endcase

end
always @(posedge clk) //密码判断
begin
if(!rst)
begin
wrong_cnt<=2'b00; //初始错误次数为0
code_low<=4'b0000;
code_high<=4'b0000;
led<=8'b11111111;
end
else if(low_d)
begin
code_low<=sw;
end
else if(high_d)
begin
code_high<=sw;
end
else if(enter_d)
begin
if(wrong_cnt!=2'd2)
begin
if((code_low==Y&&code_high==X)||(code_low==newcode_low&&code_high==newcode_high))
begin
led<=8'b01111111;
wrong_cnt<=2'd0;
end
else
begin
led<=8'b11111110;
wrong_cnt<=wrong_cnt+1;
end
end
else
led<=8'b00000000;
end
end

//修改控制模块
always @(posedge clk)
begin
if(!rst)
change<=0;
else if(led<=8'b01111111)
change<=1;
if(change==1&&high_d)
begin
newcode_high<=sw;
end
else if(change==1&&low_d)
begin
newcode_low<=sw;
end
end
endmodule

//按键消抖模块
module debounce (clk,rst,key,key_pulse);
parameter N = 2; //要消除的按键的数量

input clk;
input rst;
input [N-1:0] key; //输入的按键
output [N-1:0] key_pulse; //按键动作产生的脉冲

reg [N-1:0] key_rst_pre; //定义一个寄存器型变量存储上一个触发时的按键值
reg [N-1:0] key_rst; //定义一个寄存器变量储存储当前时刻触发的按键值

wire [N-1:0] key_edge; //检测到按键由高到低变化是产生一个高脉冲

//利用非阻塞赋值特点，将两个时钟触发时按键状态存储在两个寄存器变量中
always @(posedge clk or negedge rst)
begin
if (!rst)
begin
key_rst <= {N{1'b1}}; //初始化时给key_rst赋值全为1，{}中表示N个1
key_rst_pre <= {N{1'b1}};
end
else
begin
key_rst <= key; //第一个时钟上升沿触发之后key的值赋给key_rst,同时key_rst的值赋给key_rst_pre
key_rst_pre <= key_rst; //非阻塞赋值。相当于经过两个时钟触发，key_rst存储的是当前时刻key的值，key_rst_pre存储的是前一个时钟的key的值
end
end

assign key_edge = key_rst_pre & (~key_rst);//脉冲边沿检测。当key检测到下降沿时，key_edge产生一个时钟周期的高电平
reg [17:0] cnt; //产生延时所用的计数器，系统时钟12MHz，要延时20ms左右时间，至少需要18位计数器
//产生20ms延时，当检测到key_edge有效是计数器清零开始计数
always @(posedge clk or negedge rst)
begin
if(!rst)
cnt <= 18'h0;
else if(key_edge)
cnt <= 18'h0;
else
cnt <= cnt + 1'h1;
end

reg [N-1:0] key_sec_pre; //延时后检测电平寄存器变量
reg [N-1:0] key_sec;
//延时后检测key，如果按键状态变低产生一个时钟的高脉冲。如果按键状态是高的话说明按键无效
always @(posedge clk or negedge rst)
begin
if (!rst)
key_sec <= {N{1'b1}};
else if (cnt==18'h3ffff)
key_sec <= key;
end
always @(posedge clk or negedge rst)
begin
if (!rst)
key_sec_pre <= {N{1'b1}};
else
key_sec_pre <= key_sec;
end
assign key_pulse = key_sec_pre & (~key_sec);
endmodule