電子密碼鎖的EDA技術(shù)設(shè)計(jì)方案
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(jì)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(yàn)證
要完成電子密碼鎖的設(shè)計(jì),還必須將上述三個功能模塊進(jìn)行整合。其整合電路圖如圖1所示。
本設(shè)計(jì)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(yàn)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(yùn)算,并可用可編程寄存器實(shí)現(xiàn)時序邏輯運(yùn)算。設(shè)計(jì)時只需要對電子密碼鎖整體設(shè)計(jì)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(jìn)行電子密碼鎖的硬件驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)表明:本設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)工具設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)方法。對該電子密碼鎖進(jìn)行時序仿真和硬件驗(yàn)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(jì)中的FPGA芯片體積小,功耗低,價(jià)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(hù)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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