基于Max+Plus II和VHDL的電子密碼鎖設(shè)計

1．1 鍵盤控制
鍵盤主要完成向系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)，傳送命令等功能。它是一個機械彈性按鍵開關(guān)的集合，利用機械觸點的合、斷作用產(chǎn)生高、低電平。通過對電平高低狀態(tài)的檢測，以確認(rèn)按鍵按下與否。一個電壓信號通過機械觸點的斷開、閉合過程的波形如圖2所示。

在該鍵盤電路中，Count模塊提供鍵盤的行掃描信號Q[3．．0]。在沒有按鍵按下時，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 OO100100 1000 0001(依次掃描4行按鍵)；當(dāng)有按鍵按下時，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(dāng)前的行掃描值。例如按下第一行的按鍵，那么Q[3．．O]＝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(dāng)前組合值進(jìn)行判斷來確定輸入按鍵的鍵值。
Contrl模塊的主要功能是實現(xiàn)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(wěn)定時間范圍內(nèi)，這就對本模塊的輸入時鐘信號有一定的要求，在本設(shè)計中該模塊輸入的時鐘信號頻率為64 Hz。Smdisplay模塊主要是完成數(shù)碼管動態(tài)掃描和七段譯碼顯示的功能。
1．2 音樂演奏電路Songer
根據(jù)聲樂學(xué)知識，組成樂曲的每個音符的發(fā)音頻率值及其持續(xù)的時間是樂曲能連續(xù)演奏所需的兩個基本要素。獲得這兩個要素所對應(yīng)的數(shù)值以及通過純硬件的手段來利用這些數(shù)值實現(xiàn)所希望樂曲的演奏效果是關(guān)鍵。如圖3所示，該電路需要由NOTETABS(音調(diào)發(fā)生器)、TONETABA、SPEAKER(數(shù)控分頻器)三個模塊組成，分別實現(xiàn)了聲音產(chǎn)生、節(jié)拍控制、音調(diào)控制的功能。

1．3 密碼設(shè)置
Set模塊是實現(xiàn)密碼鎖功能的核心模塊。其主要作用是設(shè)置密碼，Set為設(shè)置密碼的有效信號，可以實現(xiàn)修改密碼的功能。En為輸入密碼確認(rèn)信號，當(dāng)輸入完六位密碼后確認(rèn)輸入，一旦輸入的密碼跟所設(shè)置的密碼一致時，則輸出信號OP有效(高電平)；OP控制演奏音樂，此時音樂響起。若密碼不正確，則指示輸入錯誤及輸入次數(shù)，輸完三次無效后密碼鎖鎖死，必須由RESET信號(啟動信號，給一個低電平)重新打開密碼鎖功能。

2 電路的VHDL描述
鍵盤控制電路，音樂演奏電路以及密碼設(shè)置模塊均使用硬件描述語言VHSIC Hardware Description Lan-guage(VHDL)設(shè)計而成。例如：TONETABA的VHDL模型如下：

VHDL語言具有很強的電路描述和建模能力，能從多個層次對數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行建模和描述，支持各種模式的設(shè)計方法：自頂向下與自底向上或混合方法，從而大大簡化了硬件的設(shè)計任務(wù)，提高了設(shè)計效率和可靠性。它同時具有與具體硬件電路無關(guān)和與設(shè)計平臺無關(guān)的特性，所以用VHDL進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計者可以專心致力于其功能的實現(xiàn)，而不需要對其他相關(guān)因素花費過多的時間和精力。