用Quartusll9.0设计一个电子密码锁

要求：在锁开的状态下输入密码，设置的密码共4位，用拨码开关SW1～SW10分别代表数字1，2，…9，0，输入的密码用数码管显示，最后输入的密码显示在最右边的数码管上，即每输入一位数，密码在数码管上的显示左移一位。可删除输入的数字，删除的是最后输入的数字，每删除一位，密码在数码管上的显示右移一位，并在左边空出的位上灭掉。用一位输出电平的状态代表锁的开闭状态。也可自行规定操作方式。为保证密码锁主人能打开密码锁，设置一个万能密码，在主人忘记密码时使用。

该回答通过自己思路及引用到GPTᴼᴾᴱᴺᴬᴵ搜索,得到内容具体如下：
以下是一个基于Verilog HDL的电子密码锁设计方案，使用Quartus II 9.0进行开发和仿真。

1、硬件设计

在这个电子密码锁的设计中，需要使用以下硬件资源：

10个拨码开关SW1～SW10，用于输入数字。
一个7段数码管，用于显示输入的密码。
一个开关按钮，用于删除输入的数字。
一个LED灯，用于表示锁的开闭状态。

接下来，我们将对这些硬件资源进行具体的设计。

1.1 拨码开关

首先，需要使用10个拨码开关SW1～SW10来输入数字。在Quartus II中，可以使用PIO（Programmable Input/Output）模块来实现输入和输出操作。以下是一个简单的PIO模块的代码，用于实现10个拨码开关的输入操作。

module switch(
  input clock,
  input [9:0] input,
  output reg [9:0] output
);

  always @ (posedge clock) begin
    output <= input;
  end

endmodule

在这个代码中，input 输入端口用于接收拨码开关的输入信号，output 输出端口用于输出拨码开关的状态。在每个时钟上升沿时，将input端口的值传递给output端口。

1.2 数码管

接下来，需要使用7段数码管来显示输入的密码。在Quartus II中，可以使用HEX7SEG模块来实现数码管的显示操作。以下是一个简单的HEX7SEG模块的代码，用于将4位二进制数值转换为7段数码管的显示格式。

module hex7seg(
  input [3:0] value,
  output reg [6:0] segment
);

  always @ (*) begin
    case (value)
      4'b0000: segment = 7'b1000000;
      4'b0001: segment = 7'b1111001;
      4'b0010: segment = 7'b0100100;
      4'b0011: segment = 7'b0110000;
      4'b0100: segment = 7'b0011001;
      4'b0101: segment = 7'b0010010;
      4'b0110: segment = 7'b0000010;
      4'b0111: segment = 7'b1111000;
      4'b1000: segment = 7'b0000000;
      4'b1001: segment = 7'b0011000;
      default: segment = 7'b1111111;
    endcase
  end

endmodule

在这个代码中，value 输入端口用于接收要显示的4位二进制数值，segment 输出端口用于输出7段数码管的状态。在always块中，使用case语句将4位二进制数值转换为对应的7段数码管状态。

1.3 开关按钮和LED灯

最后，需要使用一个开关按钮和一个LED灯，分别表示删除输入的数字和锁的开闭状态。在Quartus II中，可以使用PIO模块来实现开关按钮和LED灯的输入和输出操作。

2、电子密码锁状态机设计

在Quartus II中，可以使用状态机来实现电子密码锁的控制。以下是一个简单的状态机设计，用于控制输入密码、验证密码和输出结果等操作。

module password_lock(
  input clock,
  input [9:0] switch,
  input button,
  output reg [6:0] digit,
  output reg led
);

  // 定义状态枚举类型
  typedef enum logic [1:0] {
    IDLE,
    INPUT,
    DELETE,
    VERIFY,
    UNLOCK
  } state_t;

  // 定义状态变量和计数器
  state_t state;
  reg [3:0] counter;
  
  // 定义密码变量和万能密码
  reg [3:0] password;
  parameter [3:0] master_password = 4'b1010;

  // 初始化状态和计数器
  initial begin
    state = IDLE;
    counter = 0;
    password = 4'b0000;
    digit = 7'b0000000;
    led = 1'b0;
  end
  
  // 状态转移逻辑
  always @ (posedge clock) begin
    case (state)
      IDLE: begin
        if (switch != 10'b1111111111) begin
          state = INPUT;
        end
      end
      INPUT: begin
        if (switch != 10'b1111111111) begin
          digit = {digit[5:0], 1'b0};
          digit[6] = switch[3];
          counter = counter + 1;
          if (counter == 4) begin
            password = digit[3:0];
            state = VERIFY;
            counter = 0;
          end
        end else if (button) begin
          state = DELETE;
        end
      end
      DELETE: begin
        if (digit != 7'b0000000) begin
          digit = {digit[4:0], 1'b0};
          counter = counter + 1;
          if (counter == 4) begin
            password = digit[3:0];
            state = VERIFY;
            counter = 0;
          end
        end else begin
          state = IDLE;
        end
      end
      VERIFY: begin
        if (digit[3:0] == master_password || digit[3:0] == password) begin
          state = UNLOCK;
          led = 1'b1;
        end else begin
          state = IDLE;
          digit = 7'b0000000;
        end
      end
      UNLOCK: begin
        if (switch != 10'b1111111111) begin
          state = INPUT;
          led = 1'b0;
        end
      end
    endcase
  end

endmodule

在这个状态机设计中，根据输入的拨码开关信号进行状态转移。在 IDLE 状态下，当任意一个拨码开关被打开时，状态转移到 INPUT 状态。在 INPUT 状态下，将输入的数字显示在数码管上，并计数器加 1。当输入的数字数量等于 4 时，将输入的数字作为密码存储在 password 变量中，并转移到 VERIFY 状态。在 VERIFY 状态下，将输入的数字与万能密码和存储的密码进行比较，如果匹配，则转移到 UNLOCK 状态；否则转移到 IDLE 状态，并清除数码管显示。在 DELETE 状态下，将最后输入的数字删除，并将计数器加 1。如果数字已全部删除，则转移到 IDLE 状态。在 UNLOCK 状态下，当任意一个拨码开关被打开时，转移到 INPUT 状态，并将LED输出置为 0。

3、仿真和测试

在完成硬件设计和状态机设计后，需要进行仿真和测试。在Quartus II中，可以使用ModelSim来进行仿真。可以使用测试向量来测试电子密码锁的各种操作，例如输入密码、删除密码、验证密码和开启锁等操作。以下是一个简单的测试向量，用于测试电子密码锁的输入密码和验证密码操作。

module password_lock_tb;

  reg clock;
  reg [9:0] switch;
  reg button;
  wire [6:0] digit;
  wire led;

  password_lock uut (
    .clock(clock),
    .switch(switch),
    .button(button),
    .digit(digit),
    .led(led)
  );

  initial begin
    clock = 0;
    switch = 10'b1111111111;
    button = 1'b0;
    #10;
    switch = 10'b1111111110;
    #10;
    switch = 10'b1111111100;
    #10;
    switch = 10'b1111111000;
    #10;
    switch = 10'b1111110000;
    #10;
    switch = 10'b1111100000;
    #10;
    switch = 10'b1111000000;
    #10switch = 10'b1110000000;
    #10;
    switch = 10'b1100000000;
    #10;
    switch = 10'b1000000000;
    #10;
    button = 1'b1;
    #10;
    button = 1'b0;
    #10;
    switch = 10'b1111111110;
    #10;
    switch = 10'b1111111100;
    #10;
    switch = 10'b1111111000;
    #10;
    switch = 10'b1111110000;
    #10;
    switch = 10'b1111100000;
    #10;
    switch = 10'b1111000000;
    #10;
    switch = 10'b1110000000;
    #10;
    switch = 10'b1100000000;
    #10;
    switch = 10'b1000000000;
    #10;
    #100;
  end

  always #5 clock = ~clock;

endmodule

在这个测试向量中，首先将拨码开关和开关按钮的输入信号初始化为无效状态。然后，将拨码开关的输入信号设置为 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9，模拟输入一个4位密码。接着，按下开关按钮，模拟删除最后一个输入的数字。最后，将拨码开关的输入信号设置为 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9，再次输入一个4位密码。在仿真过程中，可以观察数码管的显示和LED灯的状态，以验证电子密码锁的功能是否正确。

4、总结

综上所述，我们可以使用Quartus II来设计一个基于Verilog HDL的电子密码锁，并使用状态机来实现电子密码锁的控制。在设计过程中，需要使用拨码开关、数码管、开关按钮和LED灯等硬件资源，并进行状态转移逻辑的设计。在完成硬件设计和状态机设计后，可以使用测试向量来验证电子密码锁的功能是否正确。

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