基于FPGA的多功能電子密碼鎖設計

3.2 控制電路

控制電路是整個系統(tǒng)的核心電路，能根據用戶輸入的密碼位數(shù)進行子電路的選擇。由于系統(tǒng)允許用戶輸入4 位、6 位或8 位密碼，因此子電路有三個，由三選一選擇器決定其中哪個電路為用戶服務，見圖2.

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圖2中，en是三選一選擇器的工作使能端，它由輸入電路的有效重置信號啟動。當用戶按下矩陣鍵盤上的重置按鍵長達3 s后，輸入電路將產生en信號為‘1',從而使選擇器Mux31 開始工作。如用戶要設置為6 位密碼，則在提示音后按下鍵盤上的“6”按鍵，其按鍵信號會傳遞給X6,由選擇器決定后續(xù)控制電路為kong6.

主要VHDL代碼描述如下：

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對于后續(xù)控制電路kong4~kong8,都應具有密碼清除、存儲、核對及修改等功能。由于僅僅是操作數(shù)位數(shù)不同而已，這三個電路的VHDL語言描述過程對設計人員來說，幾乎是重復操作，因此大大縮短了設計周期。

控制電路中密碼的存儲是利用寄存器來實現(xiàn)的。

寄存器是一個典型的時序邏輯電路，在某一特定時鐘信號的控制下可以裝載一組二進制數(shù)據并穩(wěn)定存儲，撤銷該控制信號后信息仍然存放在寄存器中。充分利用VHDL中不完整的if語句能產生時序電路的特點，進行電路描述，而不涉及到內部觸發(fā)器，開發(fā)效率高。

3.3 輸出電路

輸出電路要準確地將結果以十進制形式直觀地顯示在輸出LED 上，并且當用戶每輸入一位密碼，所有LED上的密碼值左移一位。該電路屬于純組合邏輯電路，可以利用VHDL語言中的case語句描述出其電路功能。

部分VHDL代碼如下：

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其中：movesgl 表示左移位移量;zin 是輸入信號;當movesgl為“000”時表示不需要左移;當為“001”時，表示需要移動一次;“010”表示需要移動兩次，以此類推。當用戶通過矩陣鍵盤輸入6 位密碼時，就需要向左移動6 次，從而達到密碼在LED數(shù)碼管上動態(tài)左移的現(xiàn)象。

4 仿真與下載

4.1 仿真

在編程下載之前，必須利用EDA 工具對設計結果進行模擬測試，即仿真。仿真是EDA 設計過程中的重要步驟。本文采用的時序仿真是最接近真實器件運行特征的仿真，仿真精度較高。以4位密碼電路為例，做出了系統(tǒng)仿真圖，如圖3所示。

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從圖3中可以看出，通過輸入端zin,先后輸入了密碼值“5623”,s0,s1,s2,s3存儲的值在實時更新，分析波形，總結該系統(tǒng)基本達到了預期的功能需求，輸出波形正常。

4.2 下載

在QuartusⅡ9.0軟件中，利用集成EDA工具完成的下載步驟如下：

(1)根據開發(fā)板中可編程CPLD芯片EPM240T100C5的引腳特性，將本系統(tǒng)的頂層設計實體的端口進行引腳分配。

(2)適配器完成適配后生成了POF 格式的下載文件，再通過JTAG編程電纜向CPLD芯片進行編程。

(3)單擊下載按鈕Start,即對目標器件進行下載操作。當Process進度顯示100%時，表示下載成功。

(4)利用開發(fā)板上的外圍接口電路，進行了硬件的測試。并利用嵌入式邏輯分析儀SignalTap Ⅱ觀察密碼輸入、修改等運行情況。

5 結語

本文彌補了傳統(tǒng)密碼鎖技術上的不足，研究出了一種利用VHDL語言，結合EDA技術，在可編程芯片CPLD 上構造邏輯電路。由于所有密碼的存儲及運算都通過純硬件實現(xiàn)，其邏輯執(zhí)行速度遠高于單片機。充分利用了CPLD的邏輯可編程性，開發(fā)周期短、效率高，設計出來的產品具有較高的可靠性，且功耗低、體積小、易維護，勢必會在安防市場中取勝。