基于vhdl的数字密码器的设计

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1、基于VHDL的数字密码器的设计【摘　要】本论文介绍了一种利用 EDA技术 和VHDL 语言，通过自顶向下的设计方法对数字密码器进行设计，并在FPGA芯片EPF10K10LC84-4上实现。用FPGA器件构造系统,所有算法完全由硬件电路来实现,使得系统的工作可靠性大为提高。由于FPGA具有ISP（在系统可编程）功能,当设计需要更改时,只需更改FPGA中的控制和接口电路,利用EDA工具将更新后的设计下载到FPGA中即可,无需更改外部电路的设计,大大提高了设计的效率。因此,采用FPGA开发的数字系统,不仅具有很高的工作可靠性,其升级与改进也极其方

2、便。本文设计的密码器采用6位密码,比一般的四位密码锁具有更高的安全可靠性,应用前景十分良好。摘要11EDA技术概述41.1现代电子设计方法—EDA技术41.1.1EDA技术的发展历程41.1.2EDA技术的基本特征41.1.3EDA技术的发展趋势51.2硬件描述语言（VHDL）简介51.2.1VHDL的产生与发展61.2.2VHDL的基本特征61.2.3VHDL的设计流程61.3可编程逻辑器件（PLD）简介71.3.1PLD的发展历程71.3.2FPGA/CPLD简介81.3.3用FPGA/CPLD进行开发的优点82数字密码器的VHDL设计

3、92.1数字密码器的总体方案设计92.1.1数字密码器的功能描述92.1.2数字密码器的内部结构及模块划分102.1.3数字密码器的工作过程112.2数字密码器的顶层设计112.2.1顶层模块的输入输出112.2.1模块描述122.2.2VHDL设计122.3数字密码器的底层设计122.3.1分频模块122.3.2消抖同步模块132.3.3使能电路模块14422.3.4密码预置输出模块152.3.5编码模块152.3.6比较模块162.3.7计数器选择模块162.3.8数码管显示译码模块172.3.9数码管扫描模块172.3.10指示电路模

4、块182.3.11误码模块192.3.12控制器模块193数字密码器的VHDL程序的编译、综合、仿真、验证223.1编译、综合223.2模块仿真223.2.1顶层模块仿真223.2.2编码模块仿真233.3FPGA验证244结束语24致谢辞24参考文献24附录程序清单25421EDA技术概述电子技术的发展，特别是专用集成电路（ASIC）设计技术的日趋进步和完善，推动了数字系统的迅猛发展。传统的“固定功能集成块+连线”的设计方法已不能满足实际需求，根据系统功能要求利用现代电子设计方法—EDA技术，采用自上而下的设计方式，设计出速度快、体积小、

5、重量轻、功耗低的集成电路已成为必然趋势。1.1现代电子设计方法—EDA技术EDA(ElectronicDesignAutomation)即电子设计自动化，它的定义是指利用计算机来完成电子系统的设计。EDA技术就是指以计算机为工作平台、以EDA软件工具为开发环境、以硬件描述语言为设计语言、以可编程逻辑器件为实验载体、以ASIC[1]和SoC为设计目标、以电子系统设计为应用方向的电子产品自动化设计过程。在现代电子设计技术领域中，EDA技术已成为主要的设计手段。采用EDA技术可以缩短电系统设计的开发周期，极大地提高了工作效率。1.1.1EDA技术

6、的发展历程EDA技术[2]不是某一学科的分支，或某种新的技能技术，应该是一门综合性学科。它融合多学科于一体，打破了软件和硬件间的壁垒，使计算机的软件技术与硬件实现、设计效率和产品性能合二为一，它代表了电子设计技术和应用技术的发展方向。就过去近30年的电子技术的发展历程，可大致将EDA技术的发展分为三个阶段。第一阶段20世纪70年代，集成电路制作方面，MOS工艺已得到广泛的应用。可编程逻辑技术及其器件已经问世，计算机作为一种运算工具已在科研领域得到广泛的应用。而在后期，CAD的概念已见雏形。这一阶段人们开始利用计算机取代手工劳动，辅助进行集成

7、电路版图编辑、PCB布局布线等工作。第二阶段20世纪80年代，集成电路设计进入了CMOS(互补场效应管)时代。复杂可编程逻辑器件已进入商业应用，相应的辅助设计软件也已投入使用，而在80年代末，出现了FPGA，CAE和CAD技术的应用更为广泛，它们在PCB设计方面的原理图输入、自动布局布线及PCB分析，以及逻辑设计、逻辑仿真、布尔方程综合和化简等方面担任了重要的角色，特别是各种硬件描述语言的出现、应用和标准化方面的重大进步，为电子设计自动化必须解决的电路建模、标准文档及仿真测试奠定了基础。第三阶段进入20世纪9042年代，随着硬件描述语言的标

8、准化得到进一步的确立，计算机辅助工程、辅助分析和辅助设计在电子技术领域获得更加广泛的应用，与此同时电子技术在通信、计算机及家电产品生产中的市场需求和技术需求，极大地推动了全新的电