多功能电子密码锁vhdl设计

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1、多功能电子密码锁VHDL设计　　摘要：利用EDA技术，在可编程逻辑器件CPLD上实现了一种多功能电子密码锁。为弥补传统密码锁的不足，进一步提高可靠性，该系统中所有数据的存储、运算都完全由硬件实现。利用VHDL语言对电路进行行为描述，QuartusⅡ软件中的EDA工具进行仿真及下载。整个设计过程采用自顶向下方案，设计效率高，开发成本低。采用了MAXⅡ系列的CPLD作为硬件核心，其功耗低，逻辑执行速度远高于单片机，在安防行业中有较强的市场竞争力。关键词：密码锁；CPLD；VHDL；EDA技术中图分类号：TN710?34文献标识码：A文章编号：1004?373X

2、（2013）22?0143?040引言传统机械锁的防盗功能差，在现代高科技安防系统中无法起到作用，已逐步被更可靠、更智能的电子数字密码锁代替。目前市场上的大部分密码锁产品是以单片机为核心的，利用软件进行控制，实际应用中系统稳定性较差且成本高。本文研究的是电子密码锁的一种纯硬件实现方案，为弥补传统技术的不足，采用EDA技术在可编程芯片上实现密码的存储、运算等操作，使产品既具有硬件的安全性和高速性，又具有软件开发的灵活性和易维护性。101主要技术与开发环境1.1EDA技术及特点EDA（ElectronicDesignAutomation），即“电子设计自动化”

3、，是目前电子设计领域中的主流技术。EDA技术就是依靠功能强大的电子计算机，在EDA工具软件平台上，对以硬件描述语言为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化和仿真，直至下载到可编程逻辑器件CPLD/FPGA或专用集成电路ASIC芯片中，实现特定的电子电路设计功能[1]。与传统电子设计方法相比，EDA技术具有以下主要优势：（1）可以在电子设计的各个阶段、各个层次进行计算机模拟验证；（2）独特的自顶向下的电子设计方案；（3）使设计者拥有完全的自主权。1.2硬件描述语言VHDL（VeryHighSpeedIntegrationC

4、ircuitsHardwareDescriptionLanguage），即“超高速集成电路硬件描述语言”，是当今电子设计领域的主流硬件描述语言。它具有很好的电路行为描述能力和系统描述能力，且具有与具体硬件电路无关、与设计平台无关的特性，使得设计者可以专心致力于系统功能的实现，而不需要对不影响功能的、与工艺有关的因素花费过多的时间和精力。101.3开发环境1.3.1软件平台QuartusⅡ是Altera公司推出的新一代开发软件，支持多种编辑输入法，包括图形输入法，基于硬件描述语言的文本编辑输入法和内存编辑输入法。它支持Altera的IP核，包含了LPM/Me

5、gaFunction宏功能模块库，使用户可以充分利用成熟的模块，简化自己的设计、提高开发效率[2]。QuartusⅡ作为一种可编程逻辑的设计环境，其强大的设计能力已经成为广大设计人员首选的开发工具，本设计采用的是QuartusⅡ9.0版本作为开发平台。1.3.2硬件平台CPLD（ComplexProgrammableLogicDevice），即复杂可编程器件，由于CPLD具有编程灵活、集成度高、设计开发周期短、制造成本低、保密性强等特点[3]，本文的硬件测试是基于MAXⅡ系列的CPLD上完成的，芯片型号为EPM240T100C5。2密码锁功能要求10目前市

6、面上的电子密码锁，只允许用户输入固定位数的密码。但在实际应用中，密码位数太多，不便于老年用户记忆，而位数太少，又不能满足一些对安全性能要求高的青年用户。本文中，基于CPLD的集成度高、成本低的特点，克服了以上缺点，让用户自行设定密码位数，该功能在同行业产品竞争中有一定的优势。设计的电子密码锁可以完成以下功能：（1）设置密码锁的密码位数n；（2）n位密码的输入及显示；（3）密码的核对；（4）报警功能；（5）密码的清除和修改。主要由密码输入电路、核心控制电路和显示输出电路构成。其中，输入电路包括矩阵式键盘、键盘扫描电路、消抖电路、译码电路等；控制电路主要完成密

7、码的输入、核对、清除和修改等功能；输出电路控制数码显示屏上密码值的显示。3硬件电路设计3.1输入电路本设计采用的是4×3矩阵式键盘，它是由4根I/O线作为行线，3根I/O线作为列线，在行列线的每一个交叉点上都设置一个按键，一共有12个按键，分别代表数字0～9、确认键和设置键，如图1所示[4]。用户如需设置密码位数，可以长按设置键达到310s，听到提示音后再输入密码位数（本设计暂时只支持4，6，8位）；如需设置新密码，可以短按设置键，提示音后再输入新的密码即可。输入电路应具备矩阵键盘扫描功能、键盘消抖功能以及译码等功能。其中，键盘扫描采用是行扫描方式，4根I

8、/O线KEYR3～KEYR0为行扫描信号，其中KEYR3对应第一行