基于FPGA的多功能电子密码锁设计

3.2 控制电路

控制电路是整个系统的核心电路，能根据用户输入的密码位数进行子电路的选择。由于系统允许用户输入4 位、6 位或8 位密码，因此子电路有三个，由三选一选择器决定其中哪个电路为用户服务，见图2.

图2中，en是三选一选择器的工作使能端，它由输入电路的有效重置信号启动。当用户按下矩阵键盘上的重置按键长达3 s后，输入电路将产生en信号为‘1',从而使选择器Mux31 开始工作。如用户要设置为6 位密码，则在提示音后按下键盘上的“6”按键，其按键信号会传递给X6,由选择器决定后续控制电路为kong6.

主要VHDL代码描述如下：

对于后续控制电路kong4~kong8,都应具有密码清除、存储、核对及修改等功能。由于仅仅是操作数位数不同而已，这三个电路的VHDL语言描述过程对设计人员来说，几乎是重复操作，因此大大缩短了设计周期。

控制电路中密码的存储是利用寄存器来实现的。

寄存器是一个典型的时序逻辑电路，在某一特定时钟信号的控制下可以装载一组二进制数据并稳定存储，撤销该控制信号后信息仍然存放在寄存器中。充分利用VHDL中不完整的if语句能产生时序电路的特点，进行电路描述，而不涉及到内部触发器，开发效率高。

3.3 输出电路

输出电路要准确地将结果以十进制形式直观地显示在输出LED 上，并且当用户每输入一位密码，所有LED上的密码值左移一位。该电路属于纯组合逻辑电路，可以利用VHDL语言中的case语句描述出其电路功能。

部分VHDL代码如下：

其中：movesgl 表示左移位移量;zin 是输入信号;当movesgl为“000”时表示不需要左移;当为“001”时，表示需要移动一次;“010”表示需要移动两次，以此类推。当用户通过矩阵键盘输入6 位密码时，就需要向左移动6 次，从而达到密码在LED数码管上动态左移的现象。

4 仿真与下载

4.1 仿真

在编程下载之前，必须利用EDA 工具对设计结果进行模拟测试，即仿真。仿真是EDA 设计过程中的重要步骤。本文采用的时序仿真是最接近真实器件运行特征的仿真，仿真精度较高。以4位密码电路为例，做出了系统仿真图，如图3所示。

从图3中可以看出，通过输入端zin,先后输入了密码值“5623”,s0,s1,s2,s3存储的值在实时更新，分析波形，总结该系统基本达到了预期的功能需求，输出波形正常。

4.2 下载

在QuartusⅡ9.0软件中，利用集成EDA工具完成的下载步骤如下：

(1)根据开发板中可编程CPLD芯片EPM240T100C5的引脚特性，将本系统的顶层设计实体的端口进行引脚分配。

(2)适配器完成适配后生成了POF 格式的下载文件，再通过JTAG编程电缆向CPLD芯片进行编程。

(3)单击下载按钮Start,即对目标器件进行下载操作。当Process进度显示100%时，表示下载成功。

(4)利用开发板上的外围接口电路，进行了硬件的测试。并利用嵌入式逻辑分析仪SignalTap Ⅱ观察密码输入、修改等运行情况。

5 结语

本文弥补了传统密码锁技术上的不足，研究出了一种利用VHDL语言，结合EDA技术，在可编程芯片CPLD 上构造逻辑电路。由于所有密码的存储及运算都通过纯硬件实现，其逻辑执行速度远高于单片机。充分利用了CPLD的逻辑可编程性，开发周期短、效率高，设计出来的产品具有较高的可靠性，且功耗低、体积小、易维护，势必会在安防市场中取胜。