电子密码锁的EDA设计与实现

0 引言
   　　随着社会物质财富的日益增长，安全防盗已成为全社会关注的问题。基于EDA技术设计的电子密码锁，以其价格便宜、安全可靠、使用方便，受到了人们的普遍关注。而以现场可编程逻辑器件(FPGA)为设计载体，以硬件描述语言(VHDE)为主要表达方式，以QuartusⅡ开发软件和GW48EDA开发系统为设计工具设计的电子密码锁，由于其能够实现数码输入、数码清除、密码解除、密码更改、密码上锁和密码解除等功能，因此，能够满足社会对安全防盗的要求。
   1 电子密码锁的基本功能
   　　电子密码锁主要实现的功能包括：
   　　(1)数码输入：按下一个数字键，其对应的数字就显示在最右边的数码管上，同时将先前输入的所有数字向左移动一位。设计密码为4位，系统只能显示前4位输人的数码。
   　　(2)数码清除：当按下清除键时，清除前面输入的所有值，并显示为“----”。
   　　(3)密码解除：按下55#键，可以将电子密码锁的旧密码解除。
   　　(4)密码更改：将旧密码解除之后，可以进行密码更改。输入任意四位密码数字，再按#号就可以将输入的数码当作新的密码。
   　　(5)密码上锁：输入新的密码之后，按下11#键，可以进行密码上锁操作。
   　　(6)密码解锁：按下99#键，再输入数码；如果输入与系统储存密码一致，密码锁就能开启；否则不能解锁。
   2 电子密码锁的结构原理
   　　2.1 电子密码锁的整体结构
   　　电子密码锁的整体结构如图1所示，它包括密码锁输入模块、控制模块和显示模块等。
   
   
   　　2.2 密码锁输入模块
   　　密码锁输入模块的电路框图如图2所示，它由时序产生电路、键盘扫描电路、弹跳消除电路、键盘译码电路和按键存储电路组成。
   
   　　时序产生电路用于产生电路中三种不同频率的工作脉冲波形，包括系统时钟信号、弹跳消除取样信号和键盘扫描信号。
   　　　键盘电路可提供键盘扫描信号。该信号由ky3～ky0进入键盘，其变化的顺序为1110-1101-1011-0111-1110……周而复始。扫描信号 0111代表扫描的为*、0、#这一排按键，当*这个按键被按下时，由kx2～kx0读出的值为011。按键位置的数码关系如表1所列。
   

   　　弹跳消除电路可避免误操作发生。由于设计中采用的矩阵式键盘是机械开关结构，因此，在开关切换的瞬间，会在接触点出现信号来回弹跳的现象。为使电子密码锁可靠工作，必须加上弹跳消除电路。弹跳消除电路采用软件延时的方法消除抖动，其仿真波形如图3所示。从图3中可以看出，若采样信号连续两次或超过两次检测到高电平信号，说明按键状态确实发生了变化，此时电路输出一个时钟周期的按键信号；否则当作抖动处理而不予理会，以此来消除抖动。
   
   　　对于键盘译码电路，由于图2中的键盘按键分为数字按键和功能按键，每一个按键可负责不同的功能，而键盘所产生的输出(也就是扫描回复信号)却无法直接拿来用作密码锁控制电路的输入，所以必须由键盘译码电路来规划每个按键的输出形式，以便执行相应的动作。
   　　键盘存储电路可将每次扫描产生的新按键数据存储下来，因此新数据可能会覆盖前面的数据，所以需要一个按键存储电路，以将整个键盘扫描完毕的结果记录下来。
   　　图4所示是密码锁输入模块的仿真波形，图中，数字键数据“0、1、2、3、4、5、6、7、8、9”和功能键数据“0100、0001”所得到的输出不同，由此可证明密码锁输入模块的正确性。