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近年來(lái)，隨著(zhù)生活水平的不斷改善，個(gè)人財富日益增長(cháng)，人們對安全防盜的要求也逐漸提高。安全可靠、使用方便的電子密碼鎖成了人們防盜的首選。以Max+PlusⅡ(Multiple Array Matrix and ProgrammingLogic User SystemⅡ，多陣列矩陣及可編程邏輯用戶(hù)系統Ⅱ)為工作平臺，使用PLD可編程器件和VHDL語(yǔ)言設計的帶音樂(lè )的電子密碼鎖具有密碼預置，誤碼鎖死及*音樂(lè )提示等功能。這種設計不僅簡(jiǎn)化了系統結構，降低了成本，更提高了系統的可靠和保密性。采用PLD可編程邏輯器件開(kāi)發(fā)的數字系統，可以方便地升級和改進(jìn)。 1 設計思路 密碼鎖電路由鍵盤(pán)控制、密碼設置和音樂(lè )演奏三大功能模塊組成，原理如圖1所示。Count，Keyvalue，Contrl，Smdisplay構成鍵盤(pán)控制模塊，Songer是音樂(lè )演奏模塊，Set是密碼設置模塊。 1.1鍵盤(pán)控制 鍵盤(pán)主要完成向系統輸入數據，傳送命令等功能。它是一個(gè)機械彈性按鍵開(kāi)關(guān)的集合，利用機械觸點(diǎn)的合、斷作用產(chǎn)生高、低電平。通過(guò)對電平高低狀態(tài)的檢測，以確認按鍵按下與否。一個(gè)電壓信號通過(guò)機械觸點(diǎn)的斷開(kāi)、閉合過(guò)程的波形如圖2所示。 在該鍵盤(pán)電路中，Count模塊提供鍵盤(pán)的行掃描信號Q[3..0]。在沒(méi)有按鍵按下時(shí)，信號EN為高電平，行掃描輸出信號Q[3..0]的循環(huán)變化順序為0001 00100100 1000 0001(依次掃描4行按鍵)；當有按鍵按下時(shí)，信號EN為低電平，行掃描輸出信號Q[3..0]停止掃描，并鎖存當前的行掃描值。例如按下第一行的按鍵，那么Q[3..0]=0001。 Keyvalue模塊的主要功能是對輸入按鍵的行信號Q[3..0]和列信號14[3..0]的當前組合值進(jìn)行判斷來(lái)確定輸入按鍵的鍵值。 Contrl模塊的主要功能是實(shí)現按鍵的消抖，判斷是否有按鍵按下。確保對按鍵的提取處于圖2所示的閉合穩定時(shí)間范圍內，這就對本模塊的輸入時(shí)鐘信號有一定的要求，在本設計中該模塊輸入的時(shí)鐘信號頻率為64 Hz。 Smdisplay模塊主要是完成數碼管動(dòng)態(tài)掃描和七段譯碼顯示的功能。 1.2 音樂(lè )演奏電路Songer 根據聲樂(lè )學(xué)知識，組成樂(lè )曲的每個(gè)音符的發(fā)音頻率值及其持續的時(shí)間是樂(lè )曲能連續演奏所需的兩個(gè)基本要素。獲得這兩個(gè)要素所對應的數值以及通過(guò)純硬件的手段來(lái)利用這些數值實(shí)現所希望樂(lè )曲的演奏效果是關(guān)鍵。如圖3所示，該電路需要由NOTETABS(音調發(fā)生器)、TONETABA、SPEAKER(數控分頻器)三個(gè)模塊組成，分別實(shí)現了聲音產(chǎn)生、節拍控制、音調控制的功能。 1.3 密碼設置 Set模塊是實(shí)現密碼鎖功能的核心模塊。其主要作用是設置密碼，Set為設置密碼的有效信號，可以實(shí)現修改密碼的功能。En為輸入密碼確認信號，當輸入完六位密碼后確認輸入，一旦輸入的密碼跟所設置的密碼一致時(shí)，則輸出信號OP有效(高電平)；OP控制演奏音樂(lè )，此時(shí)音樂(lè )響起。若密碼不正確，則指示輸入錯誤及輸入次數，輸完三次無(wú)效后密碼鎖鎖死，必須由RESET信號(啟動(dòng)信號，給一個(gè)低電平)重新打開(kāi)密碼鎖功能。 2 電路的VHDL描述 鍵盤(pán)控制電路，音樂(lè )演奏電路以及密碼設置模塊均使用硬件描述語(yǔ)言VHSIC Hardware Description Language(VHDL)設計而成。例如：TONETABA的VHDL模型如下： VHDL語(yǔ)言具有很強的電路描述和建模能力，能從多個(gè)層次對數字系統進(jìn)行建模和描述，支持各種模式的設計方法：自頂向下與自底向上或混合方法，從而大大簡(jiǎn)化了硬件的設計任務(wù)，提高了設計效率和可靠性。它同時(shí)具有與具體硬件電路無(wú)關(guān)和與設計平臺無(wú)關(guān)的特性，所以用VHDL進(jìn)行電子系統設計，設計者可以專(zhuān)心致力于其功能的實(shí)現，而不需要對其他相關(guān)因素花費過(guò)多的時(shí)間和精力。 3 設計步驟 3.1 設計輸入 首先在合適的路徑下建立本設計的文件夾，然后用VHDL語(yǔ)言編輯Count，Keyvalue，Contrl，Smdisplay等電路，并在Max+PlusⅡ軟件中使用文本編輯器輸入上述各電路模塊的VHDL程序，編譯生成各模塊；最后在Max+PlusⅡ軟件中使用圖形編輯器以自底向上的方法編輯原理圖。先編輯圖3電路，以Singer.gdf命名，其次使用“Create default Symbol”生成Songer模塊，然后再編輯如圖1所示原理電路圖。 3.2 仿真測試及編程下載配置 將設計好的項目存盤(pán)，并將其設置成Project。選擇目標器件為ACEX系列中的EPlK30QC208-2，啟動(dòng)編譯，如果發(fā)現編譯出現錯誤，修正后再次編譯。編譯后即可對波形文件進(jìn)行仿真，并進(jìn)行測試和波形分析。分析完成后進(jìn)行編程下載配置。 3.3 硬件測試 在高電平時(shí)，通過(guò)鍵盤(pán)的0～F號鍵進(jìn)行6位密碼輸入，密碼輸入完畢后通過(guò)單擊確認鍵進(jìn)行密碼設置確認。當輸入的密碼與設置的密碼一致時(shí)，揚聲器開(kāi)始循環(huán)演奏樂(lè )曲，且數碼管SM8顯示輸入密碼的次數，數碼管SM7顯示密碼輸入是否正確。如果密碼正確，則SM7顯示‘O’；如果密碼錯誤，則SM7顯示‘E’。數碼管SM6～SM1顯示輸入的6位密碼。在密碼輸入正確開(kāi)始演奏樂(lè )曲時(shí)，如果將撥位開(kāi)關(guān)KD4撥向上，則數碼管SM8顯示樂(lè )曲的音符，而此時(shí)若將撥位開(kāi)關(guān)KD3撥向上則停止演奏樂(lè )曲。 發(fā)光二極管LED1～LED4顯示輸入按鍵的鍵值，LED16監控是否有按鍵按下。 4 結語(yǔ) 使用Max+PlusⅡ軟件和VHDL語(yǔ)言設計電路，思路簡(jiǎn)單，功能明了；不僅可以進(jìn)行邏輯仿真，還可以進(jìn)行時(shí)序仿真；使用PLD器件不僅省去了電路制作的麻煩，還可以反復多次進(jìn)行硬件實(shí)驗，非常方便地修改設計，且設計的電路保密性很強�？傊�，采用Max+PlusⅡ軟件和VHDL語(yǔ)言使得復雜的電子系統的設計變得簡(jiǎn)單容易，大大提高了設計效率。 |
