標題：基于SOPC技術和FPGA的語音密碼鎖設計

引言
　　電子密碼鎖系統主要由電子鎖體、電子密匙等部分組成，一把電子密匙里能存放多組開鎖密碼，用戶在使用過程中能夠隨時修改開鎖密碼，更新或配制鑰匙里開鎖密碼。一把電子鎖可配制多把鑰匙。
        語音方面的廣泛應用，使得具有語音播放的電子密碼鎖使用起來更加方便。語音密碼鎖的體積小、保密性能好、使用方便，是用在保險箱、電話或是房門上不可少的部分。
　　本文介紹的基于FPGA的語音密碼鎖電路具有顯示接口，顯示時可以是明文也可以是密文星號。由于FPGA具有ISP功能，當用戶需要更改時，如增加口令位數和更改口令權限管理時，只需更改FPGA中的控制和接口電路，利用EDA工具將更新后的設計下載到FPGA中即可，無需更改外部電路，這就大大提高了設計效率。而且采用FPGA設計的電子密碼鎖與單片機控制的電子密碼鎖相比結構簡單、具有更高的系統保密性和可靠性。這種基于FPGA的電子密碼鎖可以應用在辦公室、倉庫、賓館等人員經常變動的場所。
　　語音密碼鎖系統的設計
　　本設計中的語音密碼鎖具有如下功能：
　　①電子密碼鎖部分功能如下：
        密碼輸入：按下一個數字鍵，就輸入一個數值，并在顯示器的最右方顯示出該數值，并將先前已經輸入的數據依次左移一個數字位置，當超出四位時鎖定數字鍵，不響應其輸入值。

        密碼清除：按下此鍵可清除前面所有的輸入值，清除成為“- - - -”。

        數字位退格：按下此鍵可清除最低的數字位，并使各位向右移。

        密碼設定：按下此鍵時會將目前的數字設定成新的密碼。

        激活電鎖：按下此鍵可將密碼鎖上鎖。

        解除電鎖：按下此鍵會檢查輸入的密碼是否正確，密碼正確即開鎖，如果密碼錯誤次數超過三次，系統將進入鎖定狀態。

        萬能密碼：為了怕使用者忘記密碼，系統維護者可考慮設計一個萬用密碼(8421)，不論原先輸入的密碼是什么，只要輸入萬用密碼即可開鎖。
　　
        ②語音部分功能如下：
        錄音：能根據所需的內容實現語音錄制，為播放準備。
        放音：根據系統所處的不同時段以及不同的按鍵值播放不同的語音提示，以方便使用者操作。
        報警：在密碼輸入錯誤時，發出報警音。
　　
        硬件設計
　　根據整個系統的技術要求，選擇硬件電路的設計方案，整個系統原理如圖1所示。

　　根據整個電路的結構可分為幾個功能模塊：顯示模塊、電子鎖狀態指示燈(LED綠：密碼正確開鎖，LED紅：進入死鎖狀態，LED黃：密碼錯誤)、鍵盤模塊、語音模塊等。下面分別對各個功能模塊進行詳細的介紹。
　　顯示模塊
　　本設計主要是設計一個四位的語音密碼鎖，因此選擇了四位共陰數碼管，對輸入數字與系統狀態進行顯示，其接口如圖2所示。

　　鍵盤模塊如圖3所示。以上采用的是4×4矩陣式鍵盤，可劃分為：數字鍵與功能鍵。其中，功能鍵分為：輸入、退格、清除、確定、密碼設定、上鎖。

　　語音模塊如圖4所示。

　　根據所需的內容由柱式話筒MIC實現語音錄制，同時也可以由ISD2560芯片的11引腳AUX IN 通過計算機的聲卡輸出端進行語音錄制(效果差不多)。在整個系統中由主芯片對ISD2560芯片進行控制，以實現不同時段以及不同按鍵值播放不同的語音提示。
　　軟件設計
　　本設計中，采用自頂向下的層次化結構設計方法，把整個系統劃分為幾個子模塊，最后完成頂層電路的設計。子模塊可分為：時鐘模塊、顯示子模塊、鍵盤子模塊、語音子模塊。當各個功能子模塊設計完畢，頂層模塊的設計就變得簡單了，就是將各個子模塊連接起來，其電路模型如圖5所示。

　　結語
　　本設計中采用了ALTERA公司的 EP1C3T144芯片進行設計，實際測試表明系統的各項設計要求均得到滿足并且系統工作良好，該設計采用了SOPC技術和FPGA，幾乎將整個系統下載于同一芯片中，實現了所謂的片上系統，可以極大減少其它分立元件或其它芯片的使用，有效地縮小了線路板面積，增加了系統的可靠性，大大縮短了系統開發的周期。克服了傳統電子密碼鎖可靠性差、價格高的缺點，提高了系統的性價比。由于采用VHDL語言進行層次化設計，用軟件實現硬件電路，具有良好的可移植性，可隨時在線更改邏輯設計及有關參數，充分體現現場可編程器件的優越性。