基于FPGA的数字密码锁 _知识百科

0 前言
自古以来人们对物品安全就十分重视，数字化的今天，电子锁正在逐步取代以往的机械锁被广泛运用在门禁、银行和保险柜。然而，这些基于单片机的密码锁可靠性较差，而且功能拓展有限。随着物联网技术的发展，人们对电子锁安全性和可靠性又提出了新的要求。本文所述的FPGA,即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。由于其高集成度，使得电子产品在体积上大大缩减，且具有可靠、灵活、高效等特性，己备受设计师们的青睐。
1 系统概述
1.1 功能概述
（1）初始密码为000000,按C键设置密码，密码设置完成后按A键即上锁。
（2）以4×4键盘为输入设备，按B键开始密码输入，串行输入6位密码，输入完成后按#键，确认密码输入完成。七段数码管将显示用户所输入的数字。
（3）密码输入正确，则开锁指示灯灭，若密码输入错误或位数不足，报警灯亮。
（4）处于报警状态时，按*键可解除报警。
（5）为保证安全，系统只有在开锁状态时，按C键，用户才可重新设置密码。
1.2 系统结构
系统以4×4矩阵键盘为输入设备，七段数码管和指示灯为系统的输入显示和输出指示器。系统内部可分为以下几个模块：键盘扫描及消抖电路、分频电路、译码电路、编码器、寄存器、比较器、控制器、计数器。系统结构大致如图1所示。

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按键所用开关为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合或断开时不会稳定地接通或立即断开，在电路上则会表现为连续地输入同一个值。因此在键盘扫描电路里加入了键盘消抖程序。为使用户能够看到自己所输入的密码，将七段数码管的显示电路也集中到了键盘扫描电路内。键盘扫描所用的时钟频率为1kHz,故将系统所用的1MHz的时钟分频为1kHz供键盘扫描用，以分频模块为例，其程序如下：

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1.3 状态机
状态机（FSM）在一个有限状态之下以目前电路所处的状态为准，一旦外加时序及输入信号来临，则以目前的状态及输入信号的变化状况为依据，产生下一次的状态及电位。状态机是密码锁的主要控制部分，如图2所示，状态分为7种， S1:密码修改状态；S2:开锁状态；S3:闭锁状态：S4:密码输入正确状态：S5:密码输入状态；S6:密码输入错误状态；S7:报警状态。

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系统上电时，处于开锁状态，当输入change信号时，系统进入修改密码状态；若输入lock信号，进入安锁状态，锁闭合；在安锁状态，输入start信号，进入输入密码状态；在输入密码状态，由ps_i_l密码脉冲作为计数时钟，计数值输出作为寄存器地址，当计数器计到6时，返回计数满信号cin,如果密码内容和长度均正确，进入密码初验正确状态，如果密码错误，进入密码初验错误状态；在密码初验正确状态，输入确认信号enter时，进入开锁状态；在密码初验错误状态，输入确认信号enter时，进入报警状态；在报警状态， warn信号等于‘1",如果输入清楚报警信号off_al,则进入安锁状态。以开锁过程为例，其功能仿真波形如图3所示。
【基于FPGA的数字密码锁】