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文檔簡介
1、基于狀態機的語音電子密碼鎖設計引言隨著電子技術的發展,具有防盜報警、語音提示等功能的電子密碼鎖代替密碼量少、安全性差的機械式密碼鎖已是必然趨勢。目前大部分密碼鎖采用單片機進行設計,電路較復雜,性能不夠靈活。本文采用先進的EDA(電子設計自動化)技術,利用Quartus工作平臺和VHDL(超高速集成電路硬件描述語言),設計了一種新型的電子密碼鎖。該密碼鎖具有密碼預置、修改、語音提示和3次輸入錯誤則系統進入定時鎖定并報警等功能,用FPGA(現場可編程門引言隨著電子技術的發展,具有防盜報警、語音提示等功能的電子密碼鎖代替密碼量少、安全性差的機械式密碼鎖已是必然趨勢。目前大部分密碼鎖采用單片機進行設計
2、,電路較復雜,性能不夠靈活。本文采用先進的EDA(電子設計自動化)技術,利用Quartus工作平臺和VHDL(超高速集成電路硬件描述語言),設計了一種新型的電子密碼鎖。該密碼鎖具有密碼預置、修改、語音提示和3次輸入錯誤則系統進入定時鎖定并報警等功能,用FPGA(現場可編程門陣列)芯片和語音芯片ISD2560實現。由于充分利用了FPGA芯片密度大、功耗低、可重復編程和具有嵌入式陣列塊的結構特點,且ISD2560具有抗斷電、音質好、使用方便等優點,因而該密碼鎖體積小、功耗低、價格低、安全可靠、具有智能語音提示、維護和升級方便。1 軟件設計軟件用VHDL來實現,VHDL相比較于VerilogHDL,
3、具有更好的語法的嚴格性,但是其嚴格的語法一定程度上限制了錯誤的產生,調試較容易。VHDL的系統抽象能力比Verilog HDL強,在系統描述上占有一定的優勢,但在門級描述上稍顯遜色。本設計軟件模塊框圖如圖1所示,共8個模塊。在本系統中,密碼由4位十進制數組成,初始密碼為“0000”,可由用戶任意設定密碼。密碼輸入正確時,則進入開鎖狀態。如果密碼連續輸入3次錯誤時,則系統進入自我定時鎖定,并報警。在輸入過程中,系統可以發音提示(也可屏蔽掉)用戶輸入的數字,或者說明當前的狀態。下面介紹狀態機和ISD2560控制電路的實現。本設計的狀態圖見圖2。其中state為狀態代碼,并通過state_out3.
4、0端口傳給其他電路。一開機,系統處在空閑狀態,當按鍵處理電路傳來確定使能的信號compare_en時,狀態機等待effect_out腳的高電平脈沖信號,如果等不到則進入S2狀態,即進入密碼輸入一次錯誤狀態,如果等到則進入pass狀態即開門狀態,如果3次輸入密碼錯誤則系統進入死鎖倒計時狀態,拉高lock_pin腳,啟動計數器。軟件流程圖見圖3。當計數滿時則計數電路拉高unlock腳電平,狀態機檢測到unlock腳下為高電平時,則表示鎖定時間結束,復位lock_pin的電平,在下一個時鐘上升沿到來時,進入下一個狀態即idle狀態。只有pass狀態下從按鍵處理電路傳來modify_pin為高電平時,
5、才能進入modify狀態,即密碼修改狀態。當檢測到modify_pin腳電平復位為低電平時則表明修改密碼完成,狀態機在下一個時鐘上升沿到來之時,進入下一個狀態即idle狀態。如果在pass狀態時,狀態機檢測到close_pin腳電平被拉高時,則表明用戶要關門,此系統在下一個時鐘上升沿到來之時,返同空閑狀態。狀態機還控制紅綠黃3個發光二極管與buzz-er蜂鳴器,仿真波形如圖4所示。當系統處在空閑狀態、S2狀態、S3狀態時黃燈亮(S2、S3為第2次、第3次輸入密碼錯誤的狀態);系統處在修改密碼的狀態即modify狀態時,3個燈一起亮;當處于pass狀態時,綠燈亮;當系統處于鎖定狀態即locked
6、狀態時,紅燈亮,且蜂鳴器發出報警的聲音,直至跳出該狀態。本設計采用計數器方法在ce腳上產生一個低電平脈沖以控制ISD2560芯片放錄音。當innum收到一個新的數值時,則開始計數;當計數器計到一半時,使ce腳輸出低電平;當計數大于最高數的一半時,則復位ce腳電平,直到下次計數開始。當語音數據有多段時,先將要播放的語音段數存到一個變量中,并將各段地址存到另一個多位的變量中,然后開始放音并檢測eom腳的電平。當檢測到eom腳的低電平脈沖時,就表明放音結束,就讓段數變量減1,然后給地址線再賦新值,并且使能計數器,再次使ce腳產生一個低電平脈沖,繼續放音。這樣直至語音段數變量為0時,則表明語音播放完畢
7、,系統不再響應芯片eom腳的上升沿脈沖。圖5為ISD2560控制電路的仿真波形圖。表1為與innum對應的發音。本設計采用模塊化編程,各模塊分工明確,各自實現各自的功能,并通過信號線彼此相連,這樣的好處是調試、修改、移植程序方便。使用資源和生成總的模塊電路圖分別如圖6和圖7所示。2 硬件電路硬件部分主要包括中央處理器FPGA 芯片EP1C3T144C6、輸入小鍵盤、輸出4位數碼管、ISD2560語音芯片、LM386音頻放大和揚聲器,如圖8所示。FPGA芯片用米直接控制其他元件的工作,對小鍵盤的輸入,通過一定的算法實現電子密碼鎖的功能。通過控制ISD2560的控制腳的電平狀態,達到控制其發音從而實現智能語音提示的效果。3個發光二極管分別用于顯示當前的狀態,蜂鳴器用于誤碼報警。3 結束語本設計中采用了Altera公司的EP1C3T144C6芯片進行設計,可以極大地減少其他分立元件或其他
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