【正文】 的數(shù)碼按鍵依次輸入一組密碼，如果密碼與內(nèi)部已約定的密碼相同， 則輸出一個(gè)電信號，以驅(qū)動(dòng)電磁鐵 或者小馬達(dá)將門閂打開，完成一個(gè)開門 過程。電子密碼鎖 門禁系統(tǒng) 與普通機(jī)械鎖 門禁 相比，具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：保密性好，防盜性強(qiáng)，可以不用鑰匙，記住密碼即可開鎖等。在實(shí)際應(yīng)用中，由于程序容易跑飛，系統(tǒng)的可靠性能較差。 (2) 數(shù)碼清除：按下此鍵可清除前面所有的輸入值，清除成為“ 0000”。 (4) 激活電鎖：按下此鍵可將門禁系統(tǒng)上鎖。 2 1 門禁系統(tǒng)的分類 及特點(diǎn) 門禁系統(tǒng)的分類及特點(diǎn) 從技術(shù)產(chǎn)品發(fā)展的規(guī)律看，在功能相似的情況下，簡單可靠的東西 總是替代繁雜的東西，而它正是以簡代繁的東西。 近幾年，隨著智能卡技術(shù)、生物識別技術(shù)的發(fā)展，門禁系統(tǒng)得到了飛躍式的發(fā)展，進(jìn)入了成熟期，它們在安全性、方便性、易管理性等方面都各有特長，門禁系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣。它是解決重要部門出入口實(shí)現(xiàn)安全防范管理的有效措施。門禁系統(tǒng)早已超越了單純的門道及鑰匙管理，它已經(jīng)逐漸發(fā)展成為一套完整的出入管理系統(tǒng)。 按進(jìn)出識別方式分類 (1) 密碼識別 :通過檢驗(yàn)輸入密碼是否正確來識別進(jìn)出權(quán)限。缺點(diǎn)是同時(shí)只能容納三組密碼，只能單向控制。缺點(diǎn)是密碼容易泄露，安全性還是不高；無進(jìn)出記錄；只能單向控制；成本高。按卡片種類又分為： ① 磁卡：優(yōu)點(diǎn)是成本較低；一人一卡，安全一般，可聯(lián)計(jì)算機(jī)，有開門記錄。 3 ② 射頻卡：優(yōu)點(diǎn)是卡片與設(shè)備無接觸，開門方便安全；壽命長，理論數(shù)據(jù)至少十年；安全性高，可聯(lián)計(jì) 算機(jī)，有開門記錄；可以實(shí)現(xiàn)雙向控制；卡片很難被復(fù)制。 (3) 生物識別 :通過檢驗(yàn)人員生物特征等方式來識別進(jìn)出，有指紋型、虹膜型、面部識別型。缺點(diǎn)：成本很高；識別率不高，對環(huán)境要求高，對使用者要求高 (比如指紋不能劃傷，眼不能紅腫出血，臉上不能有傷，或胡子的多少 )；使用不方便 (比如虹膜型的和面部識別型的，安裝高度位置一定了，但使用者的身高卻各不相同 )。 (2) 控制器與讀卡器 (識別儀 )分體這類系統(tǒng)控制器安裝在室內(nèi)，只有讀卡器輸入線露在室外，其它所有控制線均在室內(nèi)，而讀卡器傳遞的是數(shù)字信號，因此，若無有效卡片或密碼任何人都無法進(jìn)門。 按與微機(jī)通汛方式分類 (1) 單機(jī)控制型 :這類產(chǎn)品是最常見的，適用與小系統(tǒng)或安裝位置集中的單位。 (2) 采用總線通訊方式它的優(yōu)點(diǎn)是投資小，通訊線路專用。另外一旦安裝好就不能方便地更換管理中心的位置，不易實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制和異地控制。這類系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是控制器與管理中心是通過局域網(wǎng)傳遞數(shù)據(jù)的，管理中心位置可以隨時(shí)變更，不需重新布線，很容易實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制或異地控制。這類系統(tǒng)的缺點(diǎn)是系統(tǒng)的通 訊部分的穩(wěn)定需要依賴于局域網(wǎng)的穩(wěn)定。 Max+plusⅡ 界面友好，使用便捷，被譽(yù)為業(yè)界最易用易學(xué)的 EDA 軟件。 其特點(diǎn)如下： （ 1） 開放的 界面 Max+plusⅡ 支持與 Cadence， Exemplarlogic， Mentor Graphics， Synplicty，Viewlogic 和其它公司所提供的 EDA 工具接口。 （ 3） 完全集成化 Max+plusⅡ 的設(shè)計(jì)輸入 、處理與較驗(yàn)功能全部集成在統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境下，這樣可以加快動(dòng)態(tài)調(diào)試、縮短開發(fā)周期。 （ 5） 模塊化工具 設(shè)計(jì)人員可以從各種設(shè)計(jì)輸入、處理和較驗(yàn)選項(xiàng)中進(jìn)行選擇從而使設(shè)計(jì)環(huán)境用戶化。 （ 7） Opencore 特征 5 Max+plusⅡ 軟件具有開放核的特點(diǎn)，允許設(shè)計(jì)人員添加自己認(rèn)為有價(jià)值的宏函數(shù)。 FPGA 基本工作原理 FPGA 是 由存放在片內(nèi) RAM 中的程序來設(shè)置其工作狀態(tài)的，因此，工作時(shí)需要對片內(nèi)的 RAM 進(jìn)行編程。 加電時(shí)， FPGA 芯片將 EPROM 中數(shù)據(jù)讀入片內(nèi)編程 RAM 中，配置完成后， FPGA 進(jìn)入工作狀態(tài)。 FPGA 的編程無須專用的 FPGA 編程器，只須用通用的 EPROM、 PROM 編程器即可。這樣，同一片 FPGA，不同的編程數(shù)據(jù)，可以產(chǎn)生不同的電路功能。 FPGA 的基本特點(diǎn) （ 1） 采用 FPGA 設(shè)計(jì) ASIC 電路，用戶不需要投片生產(chǎn)，就能得到合用的芯片。 （ 3） FPGA 內(nèi)部有豐富的觸發(fā)器和 I／ O 引腳。 （ 5） FPGA 采用高速 CHMOS 工藝，功耗低，可以與 CMOS、 TTL 電平兼容。 FPGA 設(shè)計(jì)流程 MAX+PLUSII 曾經(jīng) 被 普遍認(rèn)為是最優(yōu)秀的 PLD 開發(fā)平臺之一，適合開發(fā)中小規(guī)模PLD/FPGA。 (1) 設(shè)計(jì)輸入。自 90 年代初， Verilog、 VHDL、 AHDL 等硬件描述語言的輸入方法在大規(guī)模設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。設(shè)計(jì)的電路必須在布局布線前驗(yàn)證電路功能是否有效。 (3) 設(shè)計(jì)編譯。 (4) 優(yōu)化。 (5) 布局布線。 (6) 后仿真（時(shí)序仿真）需要利用在布局布線中獲得的精確參數(shù)再次驗(yàn)證電路的時(shí)序。 (7) 生產(chǎn)。 芯片選擇 本設(shè)計(jì)選用杭州康芯電子有限公司生產(chǎn)的 GW48EDA 系統(tǒng)作為硬件驗(yàn)證系統(tǒng)，同時(shí)選用 A1tera 公司的 EPlK30TCl44— 3 作為主控芯片。能夠?qū)崿F(xiàn)組合邏輯運(yùn)算，并可用可編程寄存器實(shí)現(xiàn)時(shí)序邏輯運(yùn)算。即可進(jìn)行電子密碼鎖的硬件驗(yàn)證。 7 3 門禁 系統(tǒng) 總體 方案 系統(tǒng) 概述 作為通用 門禁系統(tǒng) ，主要有各個(gè)部分組成：數(shù)字密碼輸入電路、 門禁系統(tǒng) 控制電路和 門禁系統(tǒng) 顯示電路。雖然機(jī)械式鍵盤存在一些諸如機(jī)械產(chǎn)生的彈跳消除問題和機(jī)械部分的接觸等問題，但是和出沒式的 3*4 鍵盤相比，機(jī)械式鍵盤具有低成本、可靠性高、構(gòu)成電路簡單、技術(shù)成熟和應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)，因此將其應(yīng)用到通用數(shù)字 門禁系統(tǒng) 中還是比較適宜的。 數(shù)字 門禁系統(tǒng) 的顯示信息電路可采用 LED 數(shù)碼管顯示和液晶屏幕顯示兩種。 根據(jù)以上選定的輸入設(shè)備和顯示器件，并考慮到現(xiàn)實(shí)各項(xiàng)數(shù)字 門禁系統(tǒng) 功能的具體要求，整個(gè) 門禁系統(tǒng) 系統(tǒng)的總體 框圖 如圖 31所示。 (2) 門禁系統(tǒng) 控制電路包括按鍵數(shù)據(jù)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(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。 8 圖 31 門禁系統(tǒng) 總體框圖 時(shí)序產(chǎn)生電路 鍵盤 鍵盤輸入 彈跳消除電路 鍵盤譯碼電路 掃描信號 鍵盤掃描電路 密碼鎖輸入電路 密碼鎖控制電路 寄存器清除信號發(fā)生電路 開 /關(guān)門鎖電路 數(shù)值比較電路 按鍵數(shù)據(jù)緩 存器 顯示電路 顯示七段譯碼電路 七段譯碼管 9 4 門禁系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 門禁系統(tǒng) 輸入電路的設(shè)計(jì) 圖 41 是 門禁系統(tǒng) 的輸入電路框圖，由鍵盤掃描電路、 去抖 電路、鍵盤譯碼電路、按鍵數(shù)據(jù)緩存器，加上外接一個(gè) 3*4矩陣式鍵盤組成。圖 42 是一個(gè) 3*4 矩陣式鍵盤的面板配置圖，其中數(shù)字 09作為密碼數(shù)字輸入按鍵， *作為“上鎖”功能按鍵，作為“接觸密碼”功能按鍵。掃描信號由 KY3KY0 進(jìn)入鍵 盤，變化的順序依次為 1110110110111110。例如現(xiàn)在的掃描信號為 1011，代表目前正在掃描 9 這一排的按鍵，如果這排當(dāng)中沒有按鍵被按下的話，則由 KX2KX0 讀出的值為 111；反之當(dāng) 7這個(gè)按鍵被按下的話，則由 KX2KX0 讀出的值為 011。 表 41 按鍵位置與數(shù)碼關(guān)系 KY3KY0 1110 1110 1110 1101 1101 1101 1011 1011 1011 0111 0111 0111 KX2KX0 011 101 110 011 101 110 011 101 110 011 101 110 按鍵號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 * 0 若從 KX2KX0 讀出的值皆為 1 時(shí)，代表該列沒有按鍵按下，則不進(jìn)行按鍵譯碼的動(dòng)作，反之，如果有按鍵按下時(shí)，則應(yīng)將 KX2KX0 讀出的值送至譯碼電路進(jìn)行編碼。 當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)中需要使用多種操作頻率的脈沖波形時(shí)，最為方便的方法之一就是利用一個(gè)自由計(jì)數(shù)器來產(chǎn)生各種需要的頻率。若輸入時(shí)鐘為 CLK， N 位計(jì)數(shù)器的輸出為 Q[N1..0],則 Q（ 0）為 CLK 的 2 分頻脈沖信號。我們利用以上規(guī)律即可得到各種我們所需要頻率的信號或信號序列。掃描時(shí)依序分別掃描四列按鍵，當(dāng)掃描信號為 1110 時(shí)掃描 KY3 這一排按鍵；當(dāng)掃描信號為 1101時(shí)， 掃描 KY2這一排按鍵；當(dāng)掃描信號為 1011 時(shí)，掃描 KY1 這一排按鍵；當(dāng)掃描信號為 0111 時(shí)，掃描 KY0 這一排按鍵。 (3) 去抖 電路 由于本設(shè)計(jì)中采用的矩陣式鍵盤是機(jī)械開關(guān)結(jié)構(gòu)，因此在開關(guān)切換的瞬間會在接觸點(diǎn)出現(xiàn)信號來回彈跳的現(xiàn)象，對于 門禁系統(tǒng) 這種靈敏度較高的電路這種彈跳將很可能會造成誤動(dòng)作輸入，從而影響到 門禁系統(tǒng) 操作的正確性。特別要注意的是， 去抖 電路所使用的脈沖信號的頻率必須比其他電路使用的脈沖信號的頻率更高；通常將掃描 電路的工作頻率定在 24HZ 左右，而將 去抖 電路的工作頻率定在 128HZ 左右，其工作 12 頻率通常是前者的 4倍或者更高。 圖 43 Debouncing 的框圖 彈跳消除電路的實(shí)現(xiàn)原理如圖 44 所示，先將鍵盤的輸入信號 D_IN 作為電路的輸入信號， CLK 是電路的時(shí)鐘脈沖信號，也就是取樣信號 ， D_IN 經(jīng)過兩級 D 觸發(fā)器延時(shí)后再使用 RS觸發(fā)器處理。以取樣信號 CLK 的周期為 8ms 計(jì)，則可以取樣到 6次。 ③ 在 觸發(fā)器之前，接上 ANDNOT之后， SR 的組態(tài)如表 32所示 。這代表被取樣的 D_IN信號能被連續(xù)取樣到兩次 1，此時(shí)認(rèn)定它已經(jīng)穩(wěn)定地按下按鈕 D0 為 0，且 D1 也為 0時(shí)，結(jié)果 S=0， R=1， D_OUT 才會輸出 0。D0=0， D1=1 也是如此。最后，由于 D_OUT 的信號輸出時(shí)間寬度過長，所以輸出必須再接一級微分電路后，才接到譯碼電路。 表 43 鍵盤參數(shù)表 掃描位置 KY3KY0 鍵盤輸出 KX2KX0 相對應(yīng)的 鍵盤按鍵 鍵盤譯碼 電路輸出 按鍵功能 1110 011 1 F=0001 數(shù)碼輸入 101 2 F=0010 數(shù)碼輸入 110 3 F=0011 數(shù)碼輸入 1101 011 4 F=0100 數(shù)碼輸入 101 5 F=0101 數(shù)碼輸入 110 6 F=0110 數(shù)碼輸入 1011 011 7 F=0111 數(shù)碼輸入 101 8 F=1000 數(shù)碼輸入 110 9 F=1001 數(shù)碼輸入 14 0111 011 * T=0100 激活電鎖 101 0 F=0000 數(shù)碼輸入 110 T=0001 清除 /解除電鎖 注：當(dāng)沒有任何數(shù)字按鍵被按下時(shí)，鍵盤譯碼輸出“ 1111”；當(dāng)某功能按鍵尚未定義其功能時(shí)，鍵盤譯碼輸出“ 1000”。 鍵盤譯碼電路主要負(fù)責(zé)的工作是：首先判別是否有鍵按下；若被按下的是數(shù)字按鍵，則解碼成相應(yīng)的 BCD 碼，若被按下的是功能按鍵，則解碼成四位數(shù)的碼字，由門禁系統(tǒng) 控制 電路做相應(yīng)的動(dòng)作。按鍵存儲電路可以使用移位寄存器構(gòu)成。所謂的串行輸入 /串行輸出移位寄存器，即數(shù)據(jù)一個(gè)接一個(gè)的依序進(jìn)來，輸出時(shí)采用先進(jìn)先出的順序，同樣是一個(gè)接著一個(gè)依序輸出。 圖 45 KEYBOARD的框圖 15 門禁系統(tǒng) 控制電路的設(shè)計(jì) 門禁系統(tǒng) 控制電路是整個(gè)電路的控制中心，主要完成對數(shù)字按鍵輸入和功能按鍵輸入的響應(yīng)控制。 (2) 假如需要更改輸入的數(shù)字，可以按 倒退按鍵來清除前一個(gè)輸入的數(shù)字，或者按清除鍵清除所有輸入的數(shù)字，再重新輸入四位數(shù)。 功能按鍵輸入的響應(yīng) 控 制 (1) 清除鍵：清除所有的輸入數(shù)字。 (2) 激活電鎖鍵：按下此鍵時(shí)可將 門禁系統(tǒng) 的門上鎖。） (3) 解除電鎖鍵：按下此鍵會檢查輸入的密碼是否正確，若密碼正確無誤則開門。但是在實(shí)際操作中，難免會有按錯(cuò)鍵的情況發(fā)生，使得“清除輸入”功能使用的機(jī)率很高，所以本設(shè)計(jì)中功共設(shè)置了兩個(gè)功能按鍵，其中“解除電鎖”和“清除輸入”共用一個(gè)功能按鍵，另一個(gè)功能按鍵是“激活電鎖”。 圖 46 CTRL的框圖 16 門禁 系統(tǒng) 顯示電路的設(shè)計(jì) 門禁系統(tǒng) 顯示電路的設(shè)計(jì)比較簡單，這里直接采用四個(gè) 47譯碼器來實(shí)現(xiàn)。 圖 48顯示電路框圖 輸入信號： in[3:0]輸入 4位 BCD 碼 。邏輯功能： 將 4位 BCD