【正文】 起 ， 通過滿足某個條件而實現相關功能 .顯然這個系統(tǒng)的設計已經完成 ， 也基本達到了作為數字密碼鎖的絕大部分功能。鎖內設置的密碼值可以選取 00 至 FF 中任一個 ， 共計 28 種。一切就緒后 ， 按下編程器窗口中的 “program”按 鈕 ， 設 計 的 內 容 就 下 載 到 FPGA 芯 片 EP1 K30 TC14423 中去了。由圖 44 可以看出 ， 當給 load 一個低電平后 ， 就可以進行修改密碼的操作了。輸入的開鎖密碼串行順序裝入 shif t 中 ， 并用 lamp 顯示輸入密碼的位數。波形文件 lock. scf 建好并存盤后 ，選擇菜單 “Max +plusⅡ ”→ “simulator” ， 啟動仿真操作 ， 結束后觀察仿真波形。為 了 選 擇 EP1 K30 TC14423 器件 ， 應將此欄下方標有 “Showonly Fastest Speed Grades” 的勾消去 ， 以便顯示出所有速度級別的器件。 密碼鎖顯示模塊 密碼鎖顯示電路： 19 圖 密碼鎖顯示電路原件例化 模塊外部信號端口 DATA－ BCD:密碼信號輸入端口 BLOCK:密碼鎖狀態(tài)信號顯示燈 20 4 系統(tǒng)仿真 當各個模塊分別編譯成功后 ， 則創(chuàng)建一個個元件符號。 存儲新密碼時 ,輸入一位密碼 ,密碼位數加 1。 密碼鎖輸入電路主要程序 ： KEY＿ DECODER： BLOCK SIGNALZ： STD＿ LOGIC＿ VECTOR（ 4 DOWNTO 0） －－按鍵位置 BEGIN PROCESS（ CLK） BEGIN Z＜＝ C＿ KEYBOARD ＆ C； IF CLK＇ EVENT AND CLK＝＇ 1＇ THEN CASE Z IS WHEN＂ 11101＂＝＞ N＜＝＂ 0000＂； －－ 0 WHEN＂ 00011＂＝＞ N＜＝＂ 0001＂； －－ 1 WHEN＂ 00101＂＝＞ N＜＝＂ 0010＂； －－ 2 WHEN＂ 00110＂＝＞ N＜＝＂ 0011＂； －－ 3 WHEN＂ 01011＂＝＞ N＜＝＂ 0100＂； －－ 4 WHEN＂ 01101＂＝＞ N＜＝＂ 0101＂； －－ 5 WHEN＂ 01110＂＝＞ N＜＝＂ 0110＂； －－ 6 WHEN＂ 10011＂＝＞ N＜＝＂ 0111＂； －－ 7 WHEN＂ 10101＂＝＞ N＜＝＂ 1000＂； －－ 8 WHEN＂ 10110＂＝＞ N＜＝＂ 1001＂； －－ 9 WHEN OTHERS＝＞ N＜＝＂ 1111＂； 18 END CASE； END IF； IF CLK＇ EVENT AND CLK＝＇ 1＇ THEN CASE Z IS WHEN＂ 11011＂＝＞ F＜＝＂ 0100＂ ；－－ * ＿ LOCK WHEN＂ 11110＂＝＞ F＜＝＂ 0001＂ ；－－＃＿ UNLOCK WHEN OTHERS＝＞ F＜＝＂ 1000＂； END CASE； END IF； END PROCESS； 這段程序的作用是通過按鍵產生的信號進行譯碼，判斷按鍵是數字還是上鎖、解鎖控制信號。同時 ,密碼修改控制信號LA 置高電平。 (1) 輸入密碼 16 密碼鎖輸入電路： 圖 密碼鎖輸入電路原件例化 1）模塊外部信號端口 CLK－ 1K：時鐘脈沖輸入端口 KEY－ IN：按鍵輸入端口 CLK＿ SCAN：鍵盤掃描序列 仿真時用 DATA＿ N：數字輸出端口 DATA＿ F：功能輸 出端口 FLAG＿ N：數字輸入標志 FLAG＿ F：功能輸入標志 EMLOCK：密碼鎖控制信號輸出端口 DATA－ BCD：按鍵顯示輸出端口 2）模塊內部信號 ACC：暫存鍵盤輸入信息 REG：密碼存儲位置 RR2：寄存器清零信號 R1， R0：模塊內部信號，二者差分生成清零信號 NC：移位寄存器 QA， QB：上鎖、解鎖控制信號 密碼輸入值的比較主要有兩部分 ,密碼位數和內容 ,任何一個條件不滿足 ,都不能打開鎖。串行數字 鎖的報警方式是點亮指示燈 L F ,并使喇叭鳴叫 ,直到按下復位開關 ,報警才停止。 模塊 CEN TRE 是整個設計的核心 ,它實現密碼鎖的邏輯功能。 END xiao_arc 。 tmp3 : = not tmp2 。 ARCHITECTURE xiao_arc OF xiaopro IS SIGNAL tmp1 : std_logic 。 USE IEEE. std_logic_1164. ALL 。但由于它們是由按鍵產生的 ,其產生時刻和持續(xù)時間長短是隨機的 ,并且存在因開關簧片反彈引起的電平抖動現象。 ELSIF CLK＇ EVENT AND CLK＝＇ 1＇ THEN Q＜＝ D。 消抖同步模塊 鍵盤的輸入電路部分又分為鍵盤去抖電路和密碼鎖輸入電路，下面先介紹鍵 13 盤去抖電路部分。 END IF 。 BEGIN IF clk ! event AND clk = ! 1 ! THEN IF t = 99 THEN t : = 0 。 ENTITY fen IS PORT(clk :in std_logic 。 12 方波生成模塊 方波生成模塊 FEN 分頻產生占空比為 1： 100 的方波 ， 用于消除抖動。對于不同層次的模塊 ， 應采用不同的輸入方式進行描述。該電子密碼鎖設置 8 位二進制密碼 ， 其功能特點為 ： 表 31 電子密碼鎖控制器輸入輸出信號定義 （ 1） 采用串行數據輸入 ， 可實現啟閉開關、指示燈提示和報警等功能 ； （ 2） 采用消抖模塊 ， 以避免開關的震顫影響 ； （ 3） 開鎖者只有在正確輸入密碼后才能重新設置新的密碼 ， 以防止非管理員對密碼進行任意的修改 ]； （ 4） 可初始化密碼。 USE IEEE． STD＿ LOGIC＿ ARITH． ALL USE IEEE． STD＿ LOGIC＿ UN 圖 DEBOLNCING 模塊原件例化 9 模塊內部信號 : CLK:時鐘脈沖輸入端口 VCC:模塊內部信號，控制 清零 Q0：寄存 D 觸發(fā)器處理過的信號 Q1：與 Q0 信號做差分處理 D1：模塊內部信號 D0：模塊內部信號 0， 1 D＿ OUT1， DD0， DD1 是為便于仿真時觀察中間結果而增加的觀測點的輸出端口（刪除無影響）。另一個為報警紅色指示燈 L F。 8 3 基于 VHDL 的電子密碼鎖設計過程 設計規(guī)劃 電子密碼鎖的結構如圖 31 所示 ,由時鐘脈沖發(fā)生器、 按鍵、 指示燈和控制部分等組成。接著，再用專用集成 電路 (ASIC)或現場可編程門陣列 (FPGA)自動布局布線工具，把網表轉換為要實現的具體電路布線結構。 VHDL 語言的應用 硬件描述語言已成為當今以及未來電子設計自動 化 (EDA)解決方案的核心，特別是對于深亞微米復雜數字系統(tǒng)的設計，硬件描述語言具有獨特的作用。具體說明如下：（ 1）實體（ ENTITY） 程序是設計的基本模塊和初級單元 ,在分層設計中 ,頂層有頂層實體 ,含在頂層實體中的較低層的描述為底層實體 .配置把頂層實體和底層實體連接起來 .實體說明語句僅對本實體與外部電路接口進行描述 . （ 2）結構體（ ARCHITECTURE） 結構體也叫構造體 ,描述了實體的結構、行為、元件及內部連接關系，也就是說它定義了設計實體的 功能，規(guī)定了設計實體的數據流程，制定了實體內部元件的連接關系?？梢韵葘φ麄€系統(tǒng)進行方案設計 ,按功能劃分成若干單元模塊 ,然后對每個單元模塊進一步細分 ,直到簡單實現的單元電路。 VHDL 支持硬件的設計、驗證、綜合和測試 ,以及硬件設計數據的交換、維護、修改和硬件的實現 ,具有描述能力強、生命周期長、支持大規(guī)模設計的分解和已有設計的再利用等優(yōu)點 [2]。目前，就 FPGA/CPLD 開發(fā)來說，比較常用和流行的 HDL 主要有 ABELHDL、 AHDL 和 VHDL。適配所選定的目標器件（ FPGA/CPLD 芯片）必須屬于在 綜合器中已指定的目標器件系列。綜合器在工作前，必須給定所要實現的硬件結構參數，它的功能就是將軟件描述與給定的硬件結構用一定的方式聯(lián)系起來。 將電子密碼鎖分為以下幾個模塊： 方波生成模塊、消抖同步模塊、密碼鎖邏輯控制模塊和密碼鎖顯示模塊， 實現了 以下功能： (1)密碼輸入：每按下一個鍵，要求在數碼管上顯示，并依次左移； (2)密碼清除：清除密碼輸入，并將輸入置為 ”8888”； (3)密 碼修改：將當前輸入設為新的密碼； (4)上鎖和開鎖 4 2 設計的基礎依據 EDA簡介 EDA 是電子設計自動化（ Electronic Design Automation）縮寫，是 90 年代初從 CAD（計算機輔助設計）、 CAM（計算機輔助制造）、 CAT（計算機輔助測試）和 CAE（計算機輔助工程）的概念發(fā)展而來的。因此，為了發(fā)揚優(yōu)點、克服弱點，本設計采用 “任意設定數字 密碼 ”技術使得被授權人可以根據自己的需要或喜好設定密碼，常用常新，在輸入密碼的過程中，當用戶鍵入錯誤密碼時，系統(tǒng)就會報警，由揚聲器發(fā)出 5 秒報警聲，當連續(xù)三次出現密碼錯誤時，則系統(tǒng)會長時間報警不止，這時必須按復位方可停止。這種設計移動方便。用電子密碼鎖代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械式密碼鎖，克服了機械式密碼鎖密碼量少、安全性能差的缺點。在該系統(tǒng)的基礎上增加相應的輔助設備可以進行電梯控制、車輛進出控制，物業(yè)消防監(jiān)控、餐飲收費、私家車庫管理等，真正實現區(qū)域內一卡智能管理。它是解決重要部門出入口實現安全防范管理的有效措施，適用各種場合，如銀行、賓館、機房、軍械庫、機要室、辦公間、智能化小區(qū)、工廠、家庭等。 （ 3）七段數碼管顯示電路主要將待顯示數據的 BCD 碼轉換成數碼器的七段顯示驅動編碼。 用 VHDL 設計電子密碼鎖方案 ： 作為通用電子密碼鎖，主要由 3 個部分組成：數字密碼輸入電路、密碼鎖控制電 路和密碼鎖顯示電路，作為電子密碼鎖的輸入電路。而用 V HDL 可以更加快速、 靈活地設計出符合各種要求的密碼鎖 ,優(yōu)于其他設計方法 ,使設計過程達到高度自動化。目前設計密碼鎖的方法很多 ,例如用傳統(tǒng)的 PCB 板設計、 用 PLC 設計或者用單片機設計。 EDA 技術設計電子系統(tǒng)具有用軟件的方式設計硬件 ； 設計過程中可用有關軟件進行各種仿真 ， 系統(tǒng)可現場編程 、 在線升級 ， 整個系統(tǒng)可集成在一個芯片上等特點 ； 不但設計周期短 、 設計成本低 ， 而且將提高產品或設備的性能 ， 縮小產品體積 、 提高產品的技術含量 ， 提高產品的附加值 。 （ 2）密碼鎖控制電路包括按鍵數據的緩沖存儲電路，密碼的清除、變更、存儲、激活電鎖電路（寄存器清除信號發(fā)生電路），密碼核對（數值比較電路），解鎖電路（開／關門鎖電路） 等幾個小的功能電路。 基于 VHDL語言的電子密碼鎖是新型現代化安全管理系統(tǒng)，它集微機自動識別技術和現代安全管理措施為一體，它涉及電子，機械，計算機技術，通訊技術，生物技術等諸多新技術。它在工作環(huán)境安全、人事考勤管理等行政管理工作中發(fā)揮著巨大的作用。 基于 VHDL 語言的電子密碼鎖已經是現代生活中經常用到的工具之一，用于各類保險柜、房門、防盜門等等。本制作是針對這些電路而設計的，將以往的以單片機實現設計改為可編程器件 FPGA 利用 VHDL 編 程實現電子密碼鎖的設計。當然，密碼又不能太復雜，太復雜了可能自己都糊涂了，或者輸入密碼操作成功率低，造成使用不便。 設 計內容 本次課程設計 成功地 設計 了 一個簡單的數字電子密碼鎖，密碼為 4 位。綜合器的功能就是將設計者在 EDA 平臺上完成的針對某個系統(tǒng)項目的 HDL、原 理圖或狀態(tài)圖形描述，針對給定的硬件系統(tǒng)組件，進行編譯、優(yōu)化、轉換和綜合，最終獲得我們欲實現功能的描述文件。 適配器的功能是將由綜合器產生的王表文件配置與指定的目標器件中，產生最終的下載文件，如 JED 文件。設計者可利用 HDL 程序來描述所希望的電路系統(tǒng)，規(guī)定器件結構特征和電路的行為方式；然后利用綜合器和適配器將此程序編程能控制 FPGA 和 CPLD 內部結構，并實現相應邏輯功能的的門級或更底層的結構網表文件或下載文件。 VHDL(VHSIC Hardware Description Language)是用來描述從抽象到具體級別硬件的工業(yè)標準語言 ,它是由美國國 防部在 20 世紀 80 年代開發(fā)的 HDL ,現在已成為 IEEE承認的標準硬件描述語言。 VHDL 的特點使得電子系統(tǒng)新的設計方法 —— “自頂向下”設計方法更加容易實現 [14]。 VHDL 語言的基本結