簡易單元門禁系統(tǒng)4x4矩陣鍵盤VHDL代碼Quartus仿真

名稱：簡易單元門禁系統(tǒng)4x4矩陣鍵盤VHDL代碼Quartus仿真

軟件：Quartus

語言：VHDL

代碼功能：

簡易單元門禁系統(tǒng)4x4矩陣鍵盤

設計實現(xiàn)一個簡易單元門禁系統(tǒng)，模擬呼叫住戶和開關單元門的基本功能。

基本要求：

1、 本單元門禁系統(tǒng)的住戶為 8 戶，門牌號分別為 101、102、103、104、105、106、107 和 108），按鍵 BTN0-BTN7 為各家戶內開單元門的按鍵（BTN0→101、BTN1→102、BTN2→103、BTN3→104、BTN4→105、BTN5→106、BTN6→107、BTN7→108），發(fā)光二極管 LD0-LD7 為 8 個住戶被呼叫的指示燈（LD0→101、LD1→102、LD2→103、LD3→104、LD4→105、LD5→106、LD6→107、LD7→108）。

2、 來訪客人用鍵盤（鍵盤設置見圖 1）輸入門牌號（以 103 為例），客人在鍵盤上輸入的門牌號 103 的過程中，門牌號 103 要依次顯示在數(shù)碼管 DIP2-DISP0 上，當門牌號103 輸入無誤并按下確認鍵后，對應的發(fā)光二極管 LD2 亮起，同時蜂鳴器響起門鈴音樂（樂曲自擬），103 戶內的人聽到門鈴音樂后按一下對應的開門按鍵 BTN2 打開單元門（點陣演示開門動畫），同時對應的發(fā)光二極管 LD2 熄滅，門鈴音樂停止，數(shù)碼管 DIP6 從 9 開始進行 10 秒倒計時，倒計時到 0 時，點陣演示關門動畫，同時數(shù)碼管 DIP2-DISP0 上顯示的門牌號 103 熄滅，完成一次訪客進單元門的過程；

3、 如果來訪客人在輸入門牌號時發(fā)生的錯誤，可以按刪除鍵將已輸入的數(shù)字刪掉（數(shù)碼管 DIP2-DISP0 上已經(jīng)顯示的數(shù)字熄滅），重新輸入門牌號；

4、 住戶進門時，同時按下小鍵盤最右列上面的三個鍵（刷卡鍵）一次打開單元門（模擬刷卡開門），點陣演示開門動畫，同時數(shù)碼管 DIP6 從 9 開始進行 10 秒倒計時，倒計時到 0 時，點陣演示關門動畫，完成一次住戶進單元門的過程；

5、 來訪客人或住戶出門離開所在單元時，按一下小鍵盤上右下角的出門按鍵（模擬單元門內的開門鍵）打開單元門，點陣演示開門動畫，同時數(shù)碼管 DIP6 從 9 開始進行 10 秒倒計時，倒計時到 0 時，點陣演示關門動畫，完成一次訪客出單元門的過程；

6、 單元門的開門和關門動畫自擬，盡可能形象；

7、 系統(tǒng)上電時，實驗板上所有的顯示器件應都沒有顯示；

8、 系統(tǒng)工作流程合理，工作穩(wěn)定。

FPGA代碼Verilog/VHDL代碼資源下載：www.hdlcode.com

設計文檔：

一、整體框圖

電路功能由key_module、key44、control_module、seg_display共4個模塊組成。

二、模塊功能

key_module：即獨立按鍵處理模塊，用于對8個獨立按鍵進行消抖，輸入為按鍵，輸出為消抖后的按鍵上升沿。

key44：矩陣按鍵處理模塊，該模塊用于控制板子上的4*4矩陣鍵盤，輸入為矩陣鍵盤的行控制信號，輸出列信號和對應按鍵的鍵值。

control_module：即控制模塊，該模塊為系統(tǒng)主控模塊，用于根據(jù)按鍵輸入的內容判斷是否開門及LED、點陣等相關的操作。

seg_display：數(shù)碼管顯示模塊，根據(jù)控制模塊輸出的數(shù)碼管顯示內容控制對應的數(shù)碼管點亮和顯示相關數(shù)字和字母。

三、波形仿真

1. 獨立按鍵處理模塊仿真

圖中，輸入信號為key，代表了8個按鍵，每個按鍵高電平表示按下，以key[0]為例，在圖中70ns附近變?yōu)楦唠娖剑?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1572723.html">輸出信號為key_flag，圖中可以看到，key_flag[0]信號在key[0]變?yōu)楦唠娖胶蟛痪?，就輸出了一個脈沖信號，該脈沖就是key[0]信號消抖后的上升沿。

2. 矩陣按鍵處理模塊

上圖中仿真了矩陣鍵盤依次按下7，F(xiàn)，B，2的情況。矩陣鍵盤的最終輸出是根據(jù)行和列的值確定輸出按鍵值。即通過4位的row信號和4位的col信號進行拼接，再根據(jù)拼接后的信號輸出key_value。以上圖中200ns附近的波形為例說明：圖中row值為1011，col_out值為1110,拼接后就是10111110。該拼接后的值對應的按鍵鍵值就是7（key44模塊代碼171行）。

3. ? ? 控制模塊仿真

上圖中仿真以了一種典型的情況，即來訪客人用鍵盤輸入門牌號103?，客人在鍵盤上輸入 的門牌號?103?的過程中，門牌號?103 依次顯示在數(shù)碼管?DIP2-DISP0?上，當門牌號?103?輸入無誤并按下確認鍵后，對應的發(fā)光二極管?LD2?亮起，103?戶內的按一下對應的開門按鍵?BTN2?打開 單元門，同時對應的發(fā)光二極管?LD2?熄滅， 數(shù)碼管?DIP6?從?9?開始進行?10?秒倒計時。具體對應信號如下圖所示：

4. 數(shù)碼管顯示模塊

圖中，display_num為顯示內容。Seg為數(shù)碼管的段選，用于控制8段數(shù)碼管哪一段亮，低電平時亮，高電平滅。Sel為數(shù)碼管的位選信號，需要不斷的依次點亮。圖中Sel可以看到在依次循環(huán)點亮。同時圖中輸入的待顯示內容為AAAAA103，即模擬有用戶按下103，其中A表不顯示，對應數(shù)碼管的段選信號為11111111，即該數(shù)碼管不亮，因此實際數(shù)碼管顯示內容只有3個數(shù)碼管亮，其他滅，數(shù)碼管顯示內容為103。

部分代碼展示:

library?IEEE;
use?IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use?ieee.std_logic_arith.all;?
use?ieee.std_logic_unsigned.all;
--時鐘分頻模塊
entity?clock_fenpin?is
generic(cycle:integer:=50000000);--50000000
port
(
clk??:in??std_logic;--系統(tǒng)時鐘
rst??:in??std_logic;--系統(tǒng)復位，低有效
enable?:in??std_logic;--計數(shù)使能
clk_out??:out?std_logic?--分頻信號輸出
);
end?clock_fenpin;
architecture?Behavioral?of?clock_fenpin?is
signal?cnt:integer?range?0?to?99999999;
begin
--時鐘分頻計數(shù)
process(clk,rst)
begin
if(rst?=?'0')then
cnt?<=?0;?
elsif(rising_edge(clk))then
if(enable?=?'1')then
if(cnt?=?cycle-1)then
cnt?<=?0;
else?
cnt?<=?cnt+?1;??
end?if;
else?
cnt?<=?0;
end?if;
end?if;
end?process;
--分頻后的時鐘輸出
process(clk,rst)
begin
if(rst?=?'0')then
clk_out?<=?'0';?
elsif(rising_edge(clk))then
if(cnt?=?cycle-1?and?enable?=?'1')then
clk_out?<=?'1';?
else?
clk_out?<=?'0';?
end?if;
end?if;
end?process;
end?Behavioral;

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