数字逻辑电路实验--基于有限状态机的密码锁.pdf

在这个“数字逻辑电路实验——基于有限状态机的密码锁”中，主要涉及了数字电子技术、Verilog HDL编程以及有限状态机（FSM）的应用。实验的目标是通过使用Verilog语言来设计一个基于Basys3开发板的四位密码锁系统，该系统能够识别输入的四位数字密码，并通过七段数码管显示结果。 实验要求设计一个有限状态机，该机器能处理四个不同的状态，分别代表密码输入过程中的不同阶段。这些状态包括：S0（初始状态），S1（第一个数字输入状态），S2（第二个数字输入状态），S3（第三个数字输入状态）以及错误状态E1、E2和E3。用户通过板子上的滑动开关sw[0]至sw[9]来输入0到9的数字，依次输入四位不重复的密码。如果输入的密码与预设的正确密码一致（即0->1->2->3），则在数码管上显示大写字母P，否则显示大写字母F。 在Verilog代码中，使用了寄存器present_state和next_state来表示当前状态和下一个状态，以及一个寄存器keys来存储当前输入的数字。计数器count用于产生一个3Hz的时钟clk_3，这个时钟频率适中，使得用户有足够的时间来输入密码。每次时钟上升沿，FSM的状态会根据当前状态和输入信号进行转移。 状态转移逻辑由always @(posedge clk_3 or posedge clr)块来描述。当输入的keys与当前状态预期的数字不匹配时，系统将进入错误状态；反之，如果匹配，则进入下一个正确的密码输入状态。例如，从S0状态开始，如果用户按下了开关sw[2]，那么系统将进入S1状态，表示第一个数字1已输入；如果按下其他开关，系统将进入错误状态E1。 在always @(*)块中，用case语句定义了每个状态的下一步动作，包括检查是否输入了有效数字和处理无效输入。例如，在S1状态下，如果用户按下开关sw[1]，系统将进入S2状态；若按下其他开关，系统进入错误状态E2。 系统会根据密码输入的正确与否显示结果。正确密码输入完成后，数码管将显示字母P，而错误密码输入后，无论何时在完整的4位密码输入后，都将显示字母F。 这个实验提供了一个实际应用有限状态机的实例，让学习者了解如何使用Verilog HDL编程语言设计数字逻辑电路，并通过硬件实现一个简单的密码验证系统。通过这样的实验，学生可以加深对数字逻辑电路、状态机设计以及Verilog HDL语言的理解。