一种基于VHDL的电子密码锁的设计与实现

阐述了一种基于VHDL设计一种数字电子密码锁的原理和方法，所用EDA开发工具为ISE，仿真工具是Modelsim SE该密码锁具有高安全性、低成本、低功耗、操作简单等特点。

随着社会的发展和人们生活水平的提高，人们的安全意识也逐步加强。密码锁以其安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点受到越来越多人的欢迎。VHDL语言描述能力强，覆盖面广，抽象能力强，所以采用VHDL建立硬件模型。Modelsim是业界最优秀的HDL语言仿真调试环境，提供最佳的仿真性能和调试特性，已经成为众多FPGA(Field Programable Gate Array)和

ASIC(Application Specific Integrated Circuit)厂商首选的仿真调试工具。 一、功能描述

密码锁的设计主要达到以下五个功能:

(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。此处密码设定为4位，在实际中为了增加安全性，可以设置为更多位。

(2)数码清除:当按下清除键时，清除前面输人的所有值，并显示为“0000”。

(3)密码激活:按下此键，将前面输入的四位数字设为密码，密码锁上锁。

4)密码更改:将输人的值作为新的密码。

5)电锁解除:按下电锁解除键，系统会将输人与密码进行检查核对，如果正确，电锁开启，否则打不开锁。 二、设计思路

电子密码锁主要由数字密码输入电路、密码锁控制电路和密码锁显示电路三部分组成。原理如图1所示，key board为键盘输入电路，ctrl为密码锁控制电路，采用七段数码管显示。在keyboard模块中，elk为系统原始时钟脉冲，key-in为按键输入信号，elkscan是键盘扫描序列，仿真时用;data-n为数字输出，data-f为功能输出，flag-n为数字输出标志，flag-f为功能输出标志，elk-ctr为控制电路时钟信号，enlock为上锁信号，data-bed(15:0)是4位十进制数码的bcd码形式。

密码输入一般采用机械式和触摸式两种键盘。机械式3x4键盘虽然易产生抖动、磨损等问题，但具有电路结构简单、成本低、可靠性高、技术成熟、应用广泛等优点，在密码锁的设计过程中经常被采用，如图2所示。

输入电路各主要功能模块:时序产生电路，键盘扫描电路，抖动消除电路，键盘译码电路，按键存储电路。

时序产生电路，由于设计需要不止一个时钟，若输入是ClK，N位计数器的输出位Q[N-l坷，则Q(0)为ClK的2分频脉冲，Q(3)为CLK电路16分频脉冲，Q(N-1)为2频。Q(5downto4)其脉冲序列是00-0110-11-00-01周期变化，其频率为CLK的32分颇。由此可得到设计中所需要的频率。

键盘扫描电路用来产生扫描信号，扫描信号KY32KYO按照1110-1101-1011-0111-1110……的规律依次变化，通过输出KX22KXO来检测是否有键接下，如扫描信号示1101，表示正在扫描4，5，6这三个键，如果这三个键多没被按下，则KX[2:0]输出为Ill，如果数字键4按下，口[2:0]将会输出为011。按键位置与数码关系如表1所示。

由于机械键盘易产生抖动，在键按下和放开的瞬间，因触点的接触和释放会产生多次通断不定的抖动，如果不加于顶，会产生多次识别。为了消除抖动，设计中采用延时的软件方法消除抖动，若采样信号检测到输入由\"1\"变到\"0\"或由\"0\"变为\"1\先延时l00ms，仍旧检测到是\"0\"或\"1\"，则说明按键状态确实发生了变化，否则当作抖动处理，不予理会。对于持续按住某个键不放时，需先消除抖动，并累计时间，超时后作持续处理。