電子密碼鎖的EDA技術(shù)設(shè)計方案
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對于鍵盤譯碼電路，由于圖2中的鍵盤按鍵分為數(shù)字按鍵和功能按鍵，每一個按鍵可負(fù)責(zé)不同的功能，而鍵盤所產(chǎn)生的輸出(也就是掃描回復(fù)信號)卻無法直接拿來用作密碼鎖控制電路的輸入，所以必須由鍵盤譯碼電路來規(guī)劃每個按鍵的輸出形式，以便執(zhí)行相應(yīng)的動作。
鍵盤存儲電路可將每次掃描產(chǎn)生的新按鍵數(shù)據(jù)存儲下來，因此新數(shù)據(jù)可能會覆蓋前面的數(shù)據(jù)，所以需要一個按鍵存儲電路，以將整個鍵盤掃描完畢的結(jié)果記錄下來。
圖4所示是密碼鎖輸入模塊的仿真波形，圖中，數(shù)字鍵數(shù)據(jù)“0、1、2、3、4、5、6、7、8、9”和功能鍵數(shù)據(jù)“0100、0001”所得到的輸出不同，由此可證明密碼鎖輸入模塊的正確性。
2.3 控制模塊
密碼鎖控制電路是整個電路的控制中心，主要完成對數(shù)字鍵輸入和功能鍵輸入的響應(yīng)和控制。密碼鎖控制電路的仿真波形如圖5所示。從圖5可見，其數(shù)字鍵輸入的響應(yīng)控制過程如下：
(1)按下數(shù)字鍵，第一個數(shù)字會在顯示器的最右端顯示，隨后每按下一個新數(shù)字，顯示器上已經(jīng)存在的數(shù)字整體會向左移一位，并將以新的數(shù)字顯示出來；
(2)若要更改輸入數(shù)字，則可按*鍵清除所有輸入的數(shù)字，再重新輸入數(shù)字。
(3)電子密碼鎖為4位，當(dāng)輸人超過4位時，電路不予理會，且不顯示第4個以后的數(shù)字。
功能按鍵的輸入響應(yīng)控制功能如下：
(1)清除功能：按下*鍵，可清除所有輸入的數(shù)字，顯示為“----”。
(2)更改密碼：按下55#鍵，輸入舊密碼(設(shè)計中為“0000 ”)，再按#鍵，即可解除舊密碼。接著輸入4位數(shù)字，再按下#鍵，就可以將4位數(shù)字作為新密碼。
(3)密碼上鎖：輸入4位新的密碼數(shù)字之后，再按11#鍵，就可以將密碼鎖上鎖。
(4)密碼解鎖：按下99#鍵可輸入密碼解鎖，假如輸入“2345”這個密碼，然后按下#鍵，系統(tǒng)將比較鍵盤輸入的數(shù)碼和寄存器中的數(shù)碼，如果一致，就會給出一個開鎖信號，密碼鎖開鎖；否則密碼輸入無效。
2.4 顯示模塊
本電子密碼鎖的顯示模塊比較簡單，其作用是將控制模塊的BCD碼輸出轉(zhuǎn)換為7段顯示編碼，然后驅(qū)動數(shù)碼管，其仿真波形如圖6所示。
3 電子密碼鎖的整合和驗證
要完成電子密碼鎖的設(shè)計，還必須將上述三個功能模塊進行整合。其整合電路圖如圖1所示。
本設(shè)計選用杭州康芯電子有限公司生產(chǎn)的GW48EDA系統(tǒng)作為硬件驗證系統(tǒng)，同時選用Altera公司的EPlK30TC144-3作為主控芯片。該芯片是一種基于查找表結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場可編程邏輯器件，它的基本邏輯單元是可編程的查找表，能夠?qū)崿F(xiàn)組合邏輯運算，并可用可編程寄存器實現(xiàn)時序邏輯運算。設(shè)計時只需要對電子密碼鎖整體設(shè)計中的輸入輸出引腳作引腳鎖定，然后重新編譯和下載，即可進行電子密碼鎖的硬件驗證。實驗表明：本設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)電子密碼鎖的全部功能。
4 結(jié)束語
本文以現(xiàn)場可編程邏輯器件(FPGA)為設(shè)計載體，以硬件描述語言(VHDL)為主要表達(dá)方式，以QuartusⅡ開發(fā)軟件和GW48EDA開發(fā)系統(tǒng)為設(shè)計工具設(shè)計了一種具有密碼輸入、數(shù)碼清除、密碼解除、密碼設(shè)置和密碼激活等功能的電子密碼鎖。同時闡述電子密碼鎖的工作原理和軟硬件實現(xiàn)方法。對該電子密碼鎖進行時序仿真和硬件驗證的結(jié)果表明：該電路能夠?qū)崿F(xiàn)所要求的功能。由于本設(shè)計中的FPGA芯片體積小，功耗低，價格便宜，安全可靠，稍加修改就可以改變密碼的位數(shù)，而且維護和升級比較方便，很容易做成ASIC芯片，因而具有較好的應(yīng)用前景。
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