本文介绍了一种以FPGA 为根底的数字暗码锁。选用自顶向下的数字体系规划办法， 将数字暗码锁体系分解为若干子体系， 并且进一步细划为若干模块， 然后用硬件描绘言语VHDL 来规划这些模块， 一起进行硬件测验。测验结果表明该数字暗码锁能够校验10 位十进制数字暗码， 且能够预置暗码， 设有断电维护装置， 解码有用指示等相应功用。
1 功用概述
（1）暗码锁的作业时钟由外部晶振供给，时钟频率为50MHz，运算速度高，作业功用安稳。
（2）暗码的设置和输入由外接键盘完结，操控电路的安全系数高，操作便利；
（3）暗码数字能够由锁的一切者随意设置，并可更改， 增强了用户体会。暗码修正有必要契合预设规矩，不然无法修正暗码。
（4）开锁时， 不约束暗码的输入位数（1到10 位皆能够）， 削减了暗码被破 解的概率（约为10 亿分之一的破 解率），暗码锁的保密才能高。
（5）铲除暗码键的设定，能够快速铲除悉数暗码，进步了对突发事件的适应才能。
（6）对输入的数字暗码既能直接显现，又能转换为星号，防治偷 窥，增强保密性。
（7）悉数暗码输入后， 正确时暗码锁将敞开， 显现屏呈现：Input Right！ 指示灯变亮。错误时，显现屏呈现：Input Failed！ 指示灯变灭。
（8）设有断电维护装置，确保电路不会因掉电失掉所修正的暗码，而回到开始的暗码值，增强暗码的安稳性。
2 体系结构
本体系规划首要包含硬件规划和软件规划两部分，均选用模块化规划。其间硬件规划首要包含中心操控模块、微操控器、显现模块、输入模块、外围电路等内容。软件规划包含状况操控模块，逻辑操控模块，液晶显现驱动模块，EPROM 驱动模块，扫描输入模块等构成。体系结构结构图如图1 所示。
图1：体系结构结构图
规划选用模块化编程方法，整个程序由液晶LCD1602 模块（LCD1602.v）、矩阵键盘模块（Matrix_Keys.v）、存储芯片AT24C02 模块（AT24C_XX.v） 和顶层逻辑功用模块（password.v） 组成。顶层逻辑功用模块（password.v） 调用其他3 个模块完结顶层功用的规划。如图2 所示。
图2：矩阵键盘原理图
3 底层规划
3.1 输入模块
因为键盘按键数量较多，为了削减I/O 口的占用，本规划将按键排列成矩阵方法。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是经过一个按键加以衔接。这样，8 个端口就能够构成3*5=15个按键，实践上咱们只用14 个按键就足以处理暗码问题，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，并且线数越多，差异越显着，比方再多加一条线就能够构成20 键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9 键）。故在需求的键数比较多时，选用矩阵法来做键盘是更合理的计划。
3.2 显现模块与外围电路
本规划选用了LCD1602 作为显现模块的中心，能够便利地显现所需的数字和提示语，具有界面人性化、功耗低、速度快、节省操控器资源等长处。外围电路首要是一个受操控器操控的LED，因为表明锁的敞开与封闭。
3.3 存储模块
本规划运用存储芯片AT24C02(＄0.2400) 作为暗码的外部存储器。二线制串行EEPROM—24C02是低作业电压的2K 位串行电可擦除只读存储器，内部安排为256 个字节，每个字节8 位，该芯片被广泛使用于低电压及低功耗的工商业范畴。规划运用I2C 协议完结操控器与存储器的联合，完结暗码保存，并确保暗码不会因断电丢掉。
4 作业方法
本体系运用上述体系模块作为硬件根底，运用VHDL 言语编写程序，完结了五大首要功用：
（1）承认暗码：经过扫描矩阵键盘，判别用户输入内容，将键入的数码与暗码存储器中的暗码进行比较，判别暗码的正误，并操控暗码锁的开关；
（2）铲除暗码：输入暗码过程中产生按键失误，能够经过挑选铲除键铲除当时悉数的暗码，便利从头输入；
（3）暗码维护：经过显现切换键，能够切换显现形式。在显现数字形式下，显现屏即显现输入的数字，便运用户操作；在维护形式下，显现的暗码用“*”表明，避免外界偷 窥，进步安全功用；
（4）修正暗码：当暗码锁处于翻开状况时，默许辨认当时用户为锁的持有者，答应修正暗码。但修正暗码有必要契合暗码锁内设的“潜在规矩”，不然无法完结修正，避免暗码锁被损坏；
（5）断电维护：设置电路维护结构，确保电路不会因掉电失掉所修正的暗码，而回到开始的暗码值。
其作业流程图如图3。
图3：作业流程图
5 仿真与调试
在规划过程中，首要针对各个模块，运用Quartus II 等软件进行仿真，然后将程序烧录进行硬件调试。最终，将整个体系程序进行全编译， 进行整个体系的软件仿真，仿真经过后进行整个体系的硬件调。
6 中心特色
本规划创始性地提出了修正暗码“潜在规矩”的概念，即在修正暗码时，新暗码有必要满意暗码锁制造时预设的潜在规矩，不然无法成功修正暗码，例如：潜在规矩为暗码有必要为七位数，则在修正暗码时若输入为五位数则会提示暗码修正失利。本规划的含义在于，当入侵者经过非法手段获取正确暗码并开锁后，假如短时间内不能发现潜在规矩，就不得不抛弃修正暗码，避免用户利益二次受损。别的潜在规矩的规划方法还能够为暗码一切位数和等于N，有必要为偶数等等，每一种潜在规矩都有对应的说明书，所以即便批量生产也不存在潜在规矩被破 解的问题。此外，用户在忘掉暗码时能够依据说明书，联络潜在规矩回想暗码。别的，暗码锁支撑1~10 位恣意位10 进制数作为暗码，远大于一般暗码锁，灵活性极高，可组合出约11 亿种暗码组合，从概率学上讲，随机破 解暗码为不可能事件。
7 结束语
根据FPGA 适用于规划状况机的特色，经过Quartus II 仿真以及什物测验，证明本数字暗码锁具有功用完善、作业安稳、安全系数高的特色，经过修正暗码计划的立异，使其在实践使用中能进一步显现优秀的安全功用，具有较好的发展前景。
