【正文】 亞 超 指導(dǎo)教師：吳 淘 鎖 摘要 :隨著人們生活水平的提高 ,密碼鎖作為家庭防盜衛(wèi)士的作用日趨重要 ,它與普通機(jī)械鎖相比有一些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì) ,尤其是其 保密性強(qiáng) 、 防盜性能好 ,可以不用鑰匙 ,只要記住密碼即可開鎖。本文以 QUARTUSII 作為軟件平臺(tái) ,用VHDL 硬件語(yǔ)言 進(jìn)行設(shè)計(jì) 描述 ,基于 可編程邏輯器件 ，并結(jié)合 EDA 技術(shù) 的各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)， 使得高可靠性、高保密性的電子鎖的設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單易行。 關(guān)鍵詞 ： 電子密碼鎖 EDA VHDL Abstract: With the improvement of people39。s living standard, the lock as home security guards increasingly important, pared with ordinary mechanical locks have some unique advantages, especially its confidentiality, antitheft performance, you can not have the key, just rememberThe password to unlock. As a software platform to QUARTUSII VHDL hardware language description of the design based on programmable logic devices, bined with the advantages of EDA technology, high reliability, highsecurity electronic lock design bees simple. Key words : electronic password lock EDA VHDL 第 3 頁(yè) (共 23 頁(yè) ) 引 言 隨著人們生活水平的提高和安全意識(shí)的加強(qiáng)，對(duì)安全的要求也就越來(lái)越高。 所以， 人們對(duì) 鎖的 要求甚高，既要安全可靠的防盜，又要使用方便，這也是制鎖者長(zhǎng)期以來(lái)研制的主題。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，各類電子產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，電子密碼鎖就是其中之一。電子密碼鎖的研究從 20世紀(jì) 30 年代就開始了，在一些特殊場(chǎng)所早就有所應(yīng)用。這種鎖是通過鍵盤輸入一組密碼完成開鎖過程。 研究這種鎖的初衷，就是為提高鎖的安全性。由于電子鎖的密鑰量（密碼量）極大，可以與機(jī)械鎖配合使用，并且可以避免因鑰匙被仿制而留下安全隱患。電子鎖只需記住一組密碼，無(wú)需攜帶金屬鑰匙，免除了人們攜帶金屬鑰匙的煩惱，而被越來(lái)越多的人所欣賞。電子鎖的種類繁多，例如數(shù)碼鎖，指紋鎖，磁卡鎖， IC 卡鎖，生物鎖等。但較實(shí)用的還是按鍵式電子密碼鎖。 20 世紀(jì) 80 年代后，隨著電子鎖專用集成電路的出現(xiàn)，電子鎖的體積縮小，可靠性提高，成本較高，是適合使用在安全性要求較高的場(chǎng)合，且需要有電源提供能量，使用還局限在一定范圍，難以普及，所以 對(duì)它的研究一直沒有明顯進(jìn)展。 目前，在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，電子密碼鎖技術(shù)相對(duì)先進(jìn)，種類齊全，電子密碼鎖已被廣泛應(yīng)用于智能門禁系統(tǒng)中，通過多種更加安全，更加可靠的技術(shù)實(shí)現(xiàn)大門的管理。在我國(guó)電子鎖整體水平尚處于國(guó)際上 70 年代左右，電子密碼鎖的成本還很高，市場(chǎng)上仍以按鍵電子鎖為主，按鍵式和卡片鑰匙式電子鎖已引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)水平，現(xiàn)國(guó)內(nèi)有幾個(gè)廠生產(chǎn)供應(yīng)市場(chǎng)。但國(guó)內(nèi)自行研制開發(fā)的電子鎖，其市場(chǎng)結(jié)構(gòu)尚未形成，應(yīng)用還不廣泛。國(guó)內(nèi)的不少企業(yè)也引進(jìn)了世界上先進(jìn)的技術(shù)，發(fā)展前景非?？捎^。希望通過不斷的努力，使電子密碼鎖在我國(guó)也能得到廣泛 應(yīng)用。 一、緒 論 EDA技術(shù)簡(jiǎn) 介 EDA 即電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化，是近幾年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的計(jì)算機(jī)軟件、硬件、微電子技術(shù)交叉運(yùn)用的現(xiàn)代電子學(xué)科，是 20 世紀(jì) 90 年代從 CAD（ 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) ） 、 CAM（ 計(jì)算機(jī)輔助制造 ） 、 CAT(計(jì)算機(jī)輔助翻譯 )和 CAE(計(jì)算機(jī)輔助工程 )的概念發(fā)展而來(lái)的。 EDA 技術(shù)就是以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，以 EDA軟件工具為開發(fā)環(huán)境，以硬件描述語(yǔ)言為設(shè)計(jì)語(yǔ)言，以 ASIC 為實(shí)現(xiàn)載體的電子產(chǎn)品自動(dòng)化過程。在 EDA軟件平臺(tái)上，根據(jù)硬件描述語(yǔ)言 HDL 完成的設(shè)計(jì)文件，自動(dòng)地完成邏輯編輯編譯、化簡(jiǎn)、分隔、綜合 及優(yōu)化，布局布線、仿真、目 第 4 頁(yè) (共 23 頁(yè) ) 標(biāo)芯片的適配編譯，邏輯映射和編程下載等工作。設(shè)計(jì)者的工作只限于軟件的方式來(lái)完成對(duì)舊的硬件功能描述，要在 EDA工具的幫組下，就應(yīng)用相應(yīng)的FPGA 器件就可以得到最后的設(shè)計(jì)結(jié)果。盡管目標(biāo)系統(tǒng)是硬件，但整個(gè)設(shè)計(jì)和修改過程如同完成軟件設(shè)計(jì)一樣方便和高效。 電子密碼鎖的系統(tǒng)簡(jiǎn)介 通用的電子密碼鎖主要由三個(gè)部分組成：數(shù)字密碼輸入電路、密碼鎖控制電路和密碼鎖顯示電路。 （ 1） 密碼鎖輸入電路包括時(shí)序產(chǎn)生電路、鍵盤掃描電路、鍵盤彈跳消除電路、鍵盤譯碼電路等幾個(gè)小的功能電路。 （ 2）密碼鎖控制電 路包括按鍵數(shù)據(jù)的緩沖存儲(chǔ)電路，密碼的清除、變更、存儲(chǔ)、激活電鎖電路（寄存器清除信號(hào)發(fā)生電路），密碼核對(duì)（數(shù)值比較電路），解鎖電路（開 /關(guān)門鎖電路）等幾個(gè)小的功能電路。 （ 3）密碼顯示電路主要將顯示數(shù)據(jù)的 BCD碼轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的編碼。如，若選用七段數(shù)碼管顯示電路，主要將待顯示數(shù)據(jù)的 BCD碼轉(zhuǎn)換成數(shù)碼器的七段顯示驅(qū)動(dòng)編碼。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 本文所 設(shè)計(jì) 的密碼鎖是 一個(gè)具有較高安全性和較低成本的通用電子密碼鎖，具體功能要求如下： （ 1）數(shù)碼輸入：每按下一個(gè)數(shù)字鍵，就輸入一個(gè)數(shù)值，并在顯示器上的顯示出該數(shù)值，同時(shí)將先前 輸入的數(shù)據(jù)依序左移一個(gè)數(shù)字位置。 （ 2）數(shù)碼清除：按下此鍵可清除前面所有的輸入值，清除為 “0000” 。 （ 3）密碼更改：按下此鍵時(shí)會(huì)將目前的數(shù)字設(shè)定成新的密碼。 （ 4）激活電鎖：按下此鍵可將密碼鎖上鎖。 （ 5）解除電鎖：按下此鍵會(huì)檢查輸入的密碼是否正確，密碼正確即開鎖。 三、 總體框圖 密碼鎖的組成 電子密碼鎖，主要由三部分組成：密碼輸入電路、密碼鎖控制電路和密碼鎖顯示電路。 硬件的選擇 作為電子密碼鎖的輸入電路，可選用的方案有撥碼與按鍵來(lái)控制輸入和觸摸式鍵盤輸入等多種。撥碼與按鍵和觸摸式 3*4鍵盤相比簡(jiǎn)單方便而且成本低，構(gòu)成的電路簡(jiǎn)單，本設(shè)計(jì)中采用撥碼與按鍵來(lái)作為該設(shè)計(jì)的輸入設(shè)備。 數(shù)字電子密碼鎖的顯示信息電路可采用 LED 數(shù)碼顯示管和液晶屏顯示兩種。液晶顯示具有高速顯示、可靠性高、易于擴(kuò)展和升級(jí)的特點(diǎn)，但是普通的液晶存在亮度低、對(duì)復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)能力差的特點(diǎn)，但是在本設(shè)計(jì)中任然使 第 5 頁(yè) (共 23 頁(yè) ) 用 LED 數(shù)碼管。 總體框圖 根據(jù)以上選定的輸入設(shè)備與與顯示器件，并考慮到現(xiàn)實(shí)各項(xiàng)密碼鎖功能的具體要求，與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用自頂向下的設(shè)計(jì)方案。整個(gè)密碼鎖系統(tǒng)的總體總體框圖如圖 31所示。 圖 31電子密碼鎖系統(tǒng)總體框圖 BCD 七段譯碼顯示電路 撥碼與按鍵 單脈沖控制 輸入譯碼 控制模塊 寄存器與清零信號(hào)發(fā)生電路 數(shù)值比較 器 開 /關(guān)鎖電路 三選一選擇器 掃描電路 LED 燈 顯示模塊 輸入模塊 第 6 頁(yè) (共 23 頁(yè) ) 四、 功能模塊 輸入模塊 （ 1） 功能介紹 輸入時(shí)有三個(gè)撥碼鍵控制輸入，每個(gè)撥碼各控制一位密碼，對(duì)于其中一個(gè)撥碼鍵每撥一次碼按一次按鍵，表示輸入一位，當(dāng)輸入四位時(shí)輸出一位數(shù)，用“ 888”作為初始密碼。 （ 2） (2)輸入模塊與仿真圖形 單脈沖控制如圖 41 如下圖 圖 41 單脈沖控制 下圖為單脈沖控制輸入，當(dāng) M 給一上升沿信號(hào)將在 PUL 輸出一位與之對(duì)應(yīng)的高或低電平 。 圖 42 單脈沖控制輸入 四位串行輸入并行輸出寄存