基于Max+Plus II和VHDL的電子密碼鎖設計

1．1 鍵盤控制
鍵盤主要完成向系統輸入數據，傳送命令等功能。它是一個機械彈性按鍵開關的集合，利用機械觸點的合、斷作用產生高、低電平。通過對電平高低狀態的檢測，以確認按鍵按下與否。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]的循環變化順序為0001 OO100100 1000 0001(依次掃描4行按鍵)；當有按鍵按下時，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]的當前組合值進行判斷來確定輸入按鍵的鍵值。
Contrl模塊的主要功能是實現按鍵的消抖，判斷是否有按鍵按下。確保對按鍵的提取處于圖2所示的閉合穩定時間范圍內，這就對本模塊的輸入時鐘信號有一定的要求，在本設計中該模塊輸入的時鐘信號頻率為64 Hz。Smdisplay模塊主要是完成數碼管動態掃描和七段譯碼顯示的功能。
1．2 音樂演奏電路Songer
根據聲樂學知識，組成樂曲的每個音符的發音頻率值及其持續的時間是樂曲能連續演奏所需的兩個基本要素。獲得這兩個要素所對應的數值以及通過純硬件的手段來利用這些數值實現所希望樂曲的演奏效果是關鍵。如圖3所示，該電路需要由NOTETABS(音調發生器)、TONETABA、SPEAKER(數控分頻器)三個模塊組成，分別實現了聲音產生、節拍控制、音調控制的功能。

1．3 密碼設置
Set模塊是實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，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，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置模塊均使用硬件描述語言VHSIC Hardware Description Lan-guage(VHDL)設計而成。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，能從多個層次對數字系統進行建模和描述，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，從而大大簡化了硬件的設計任務，提高了設計效率和可靠性。它同時具有與具體硬件電路無關和與設計平臺無關的特性，所以用VHDL進行電子系統設計，設計者可以專心致力于其功能的實現，而不需要對其他相關因素花費過多的時間和精力。