0 前语
自古以来人们对物品安全就十分重视，数字化的今日，电子锁正在逐渐替代以往的机械锁被广泛运用在门禁、银行和保险柜。但是，这些根据单片机的暗码锁牢靠性较差，并且功用拓宽有限。跟着物联网技能的开展，人们对电子锁安全性和牢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等可编程器材的基础上进一步开展的产品。因为其高集成度，使得电子产品在体积上大大减缩，且具有牢靠、灵敏、高效等特性，己备受规划师们的喜爱。
1 体系概述
1．1 功用概述
(1)初始暗码为000000，按C键设置暗码，暗码设置完结后按A键即上锁。
(2)以4×4键盘为输入设备，按B键开端暗码输入，串行输入6位暗码，输入完结后按#键，承认暗码输入完结。七段数码管将显现用户所输入的数字。
(3)暗码输入正确，则开锁指示灯灭，若暗码输入过错或位数缺乏，报警灯亮。
(4)处于报警情况时，按*键可免除报警。
(5)为确保安全，体系只要在开锁情况时，按C键，用户才可从头设置暗码。
1．2 体系结构
体系以4×4矩阵键盘为输入设备，七段数码管和指示灯为体系的输入显现和输出指示器。体系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、操控器、计数器。体系结构大致如图1所示。
按键所用开关为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时，因为机械触点的弹性效果，一个按键开关在闭合或断开时不会稳定地接通或当即断开，在电路上则会表现为接连地输入同一个值。因此在键盘扫描电路里加入了键盘消抖程序。为使用户可以看到自己所输入的暗码，将七段数码管的显现电路也会集到了键盘扫描电路内。键盘扫描所用的时钟频率为1kHz，故将体系所用的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：
1．3 情况机
情况机(FSM)在一个有限情况之下以现在电路所在的情况为准，一旦外加时序及输入信号降临，则以现在的情况及输入信号的改动情况为根据，发生下一次的情况及电位。情况机是暗码锁的首要操控部分，如图2所示，情况分为7种，S1：暗码修正情况；S2：开锁情况；S3：闭锁情况：S4：暗码输入正确情况：S5：暗码输入情况；S6：暗码输入过错情况；S7：报警情况。
体系上电时，处于开锁情况，当输入change信号时，体系进入修正暗码情况；若输入lock信号，进入安锁情况，锁闭合；在安锁情况，输入start信号，进入输入暗码情况；在输入暗码情况，由ps_i_l暗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，回来计数满信号cin，假如暗码内容和长度均正确，进入暗码初验正确情况，假如暗码过错，进入暗码初验过错情况；在暗码初验正确情况，输入承认信号enter时，进入开锁情况；在暗码初验过错情况，输入承认信号enter时，进入报警情况；在报警情况，warn信号等于‘1’，假如输入清楚报警信号off_al，则进入安锁情况。以开锁进程为例，其功用仿真波形如图3所示。
2 体系功用仿真
自上而下的规划办法，是现代电子体系的新式规划战略，它从规划的全体要求动身。本文用VHDL言语以体系的全体输入输出作为顶层实体描绘，然后进行元件例化和方位映射。别离树立每个模块的VHDL文件，最后由体系进行全体的归纳和功用仿真。
2．1 体系软件仿真
完结体系的全体规划后，再对顶层文件进行编译，然后树立Vector Waveform File，修改输入波形后进行功用仿真，以暗码输入过错为例，仿真成果如图4所示，设置暗码为279235，体系处于闭锁情况时，按start键，开端输入暗码8765413，暗码输入过错，则体系仍是处于闭锁情况，且warn变为高电平。
2．2 体系硬件测验
体系硬件测验环境用的是EP2C35F672C8，它选用672引脚的BGA封装，表1列出了该款FPGA的一切资源特性。
完结引脚分配后，经过JTAG调试接口将程序下载到芯片内，进行硬件测验，首要设置暗码为654321然后上锁，以输入过错暗码为例，输入235689然后按#}键，由图4可见，闭锁指示灯D3亮，表明未开锁，报警指示灯D4亮，表明暗码输入过错。测验成果表明规划成功。
3 结束语
规划选用FPGA芯片、4×4矩阵键盘、七段数码管为首要硬件，规划了一种低功耗、体积小的暗码锁，并在硬件上验证了其牢靠性。因为FPGA的灵敏性，暗码长度可根据寄存器个数而随意改动，此规划在现代物联网技能中将有广泛应用。
