基于FPGA的數字密碼鎖 _知識百科

0 前言
自古以來人們對物品安全就十分重視，數字化的今天，電子鎖正在逐步取代以往的機械鎖被廣泛運用在門禁、銀行和保險柜。然而，這些基于單片機的密碼鎖可靠性較差，而且功能拓展有限。隨著物聯網技術的發展，人們對電子鎖安全性和可靠性又提出了新的要求。本文所述的FPGA,即現場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。由于其高集成度，使得電子產品在體積上大大縮減，且具有可靠、靈活、高效等特性，己備受設計師們的青睞。
1 系統概述
1.1 功能概述
（1）初始密碼為000000,按C鍵設置密碼，密碼設置完成后按A鍵即上鎖。
（2）以4×4鍵盤為輸入設備，按B鍵開始密碼輸入，串行輸入6位密碼，輸入完成后按#鍵，確認密碼輸入完成。七段數碼管將顯示用戶所輸入的數字。
（3）密碼輸入正確，則開鎖指示燈滅，若密碼輸入錯誤或位數不足，報警燈亮。
（4）處于報警狀態時，按*鍵可解除報警。
（5）為保證安全，系統只有在開鎖狀態時，按C鍵，用戶才可重新設置密碼。
1.2 系統結構
系統以4×4矩陣鍵盤為輸入設備，七段數碼管和指示燈為系統的輸入顯示和輸出指示器。系統內部可分為以下幾個模塊：鍵盤掃描及消抖電路、分頻電路、譯碼電路、編碼器、寄存器、比較器、控制器、計數器。系統結構大致如圖1所示。

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按鍵所用開關為機械彈性開關，當機械觸點斷開、閉合時，由于機械觸點的彈性作用，一個按鍵開關在閉合或斷開時不會穩定地接通或立即斷開，在電路上則會表現為連續地輸入同一個值。因此在鍵盤掃描電路里加入了鍵盤消抖程序。為使用戶能夠看到自己所輸入的密碼，將七段數碼管的顯示電路也集中到了鍵盤掃描電路內。鍵盤掃描所用的時鐘頻率為1kHz,故將系統所用的1MHz的時鐘分頻為1kHz供鍵盤掃描用，以分頻模塊為例，其程序如下：

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1.3 狀態機
狀態機（FSM）在一個有限狀態之下以目前電路所處的狀態為準，一旦外加時序及輸入信號來臨，則以目前的狀態及輸入信號的變化狀況為依據，產生下一次的狀態及電位。狀態機是密碼鎖的主要控制部分，如圖2所示，狀態分為7種， S1:密碼修改狀態；S2:開鎖狀態；S3:閉鎖狀態：S4:密碼輸入正確狀態：S5:密碼輸入狀態；S6:密碼輸入錯誤狀態；S7:報警狀態。

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系統上電時，處于開鎖狀態，當輸入change信號時，系統進入修改密碼狀態；若輸入lock信號，進入安鎖狀態，鎖閉合；在安鎖狀態，輸入start信號，進入輸入密碼狀態；在輸入密碼狀態，由ps_i_l密碼脈沖作為計數時鐘，計數值輸出作為寄存器地址，當計數器計到6時，返回計數滿信號cin,如果密碼內容和長度均正確，進入密碼初驗正確狀態，如果密碼錯誤，進入密碼初驗錯誤狀態；在密碼初驗正確狀態，輸入確認信號enter時，進入開鎖狀態；在密碼初驗錯誤狀態，輸入確認信號enter時，進入報警狀態；在報警狀態， warn信號等于‘1",如果輸入清楚報警信號off_al,則進入安鎖狀態。以開鎖過程為例，其功能仿真波形如圖3所示。
【基于FPGA的數字密碼鎖】