現代社會，人們的安全意識正在不斷提升。按鍵密碼鎖由于其具有方便性、低成本等特征，還是大有用武之地的。但是通常的按鍵密碼鎖開發，都是基于單片機技術。因為單片機在性能方面存在著一些不足，還不能完全滿足人們對密碼鎖功能和安全方面進行擴展的需求。所以，本文提出了一種相應的解決方法。本文闡述了一種基于FPGA平臺和VHDL語言的密碼鎖設計原理與方法。密碼鎖作為一個小型數字系統，通過利用PS/2接口鍵盤作為輸入模塊、 FPGA作為核心處理模塊、LED數碼管作為輸出模塊，來實現其具體的功能。設計過程中所用的具體芯片型號是XILINX公司的SPARTAN XC3S400，EDA開發工具為ISE ，仿真工具是Modelsim SE。最后，本文實現了一個簡單的密碼鎖原型系統的設計。該系統開發采用了“從上至下”的設計方針，先設計系統的主要功能模塊，然后對功能模塊進行具體化實現。最終的密碼鎖系統，解決了密碼鎖輸入模塊的通訊問題，密碼鎖控制模塊的構造問題，密碼鎖輸出模塊的顯示問題。

　　隨著社會的發展，人們的安全意識正在不斷提升。這就需要更先進的鎖類產品來滿足人們更高的需求。與普通的機械鎖相比，電子密碼鎖由于具有更高的安全性以及更智能化的操作性，所以逐漸受到人們的青睞。按照操控方式來分類，目前市場上的電子密碼鎖設備，大致可劃分為如下三種：生物特征密碼鎖、卡式密碼鎖和鍵盤密碼鎖［1］。其中，生物特征密碼鎖一般是通過識別人體的某些生理特征來進行工作的產品，如基于指紋識別、聲音識別的密碼鎖［1］。生物特征密碼鎖由于具有很高的安全性，一般被用在安全性要求極高的行業中，如銀行業［1］。卡式密碼鎖一般是通過識別IC（Integrated Circuit，集成電路）卡等具有存儲功能的卡片來進行工作的產品。卡式密碼鎖又可分為接觸式和非接觸式兩種類型［1］。無論是哪一種都需要人們隨身攜帶卡片，萬一卡片丟失損壞或被盜，就會給使用者造成無可挽回的損失。鍵盤式電子密碼鎖是通過鍵盤輸入密碼信號來進行工作的設備［1］ 。從價格和方便性的角度綜合考慮，鍵盤式電子密碼鎖是比較適合一般大眾的。因而，鍵盤式密碼鎖具有廣泛的研究前景與應用價值。但是在研究了鍵盤式電子密碼鎖設計的相關文獻之后，會發現目前此類密碼鎖在設計的過程中所使用的工具與開發模式存在如下問題：

　　（1）當前鍵盤式密碼鎖產品的設計主要是基于單片機技術，將單片機作為系統的中央處理模塊。但是單片機在性能方面存在著一些不足，還不能完全滿足人們對功能和安全方面進行擴展的需求。單片機一般只有40個引腳、幾KB的存儲器容量［2］，那么在利用單片機做功能設計和擴展時就受到了很大的限制。比如，要在密碼鎖鍵盤識別的基礎上，再增加語音識別或指紋識別等功能時，就需要控制芯片擁有更大的存儲空間、更快的處理能力。而這是單片機所不具備的。

　　（2）當前鍵盤式密碼鎖產品設計過程中，開發人員在利用單片機進行開發時，主要采用匯編語言或者是C語言［3］，這類語言不能夠充分模仿硬件電路級的行為，從而增加了開發成本。以匯編語言為例，匯編語言是一些轉移指令、運算指令、跳轉指令等底層硬件指令的集合［4］。要完成一個簡單的功能，如鍵盤時序的控制，一般就需要寫上百行的匯編代碼。最終，程序會十分冗長，并且可維護性差。

　　（3）當前鍵盤式密碼鎖產品設計過程中，開發人員針對不同型號的產品一般都要重新設計鍵盤掃描電路、鍵盤消抖電路和鍵盤譯碼電路等接口電路。而這些重復工作無疑增加了開發人員的負擔。針對上述這些問題，本文提出了一種解決辦法。首先，如果能夠采用FPGA（Field Programmable Gate Array，現場可編程門陣列）作為中央處理模塊來進行密碼鎖設計就基本可以解決單片機容量不足和擴展性能力弱的問題。目前的FPGA芯片一般有200個引腳，幾MB的存儲容量［5］，具備密碼鎖等小型數字系統設計的容量與能力，甚至綽綽有余。其次，如果能夠采用EDA（Electronic Design Automation，電子設計自動化）技術作為密碼鎖的開發模式來進行設計，就基本可以解決利用匯編或C進行開發的可維護性差的問題。因為在電子設計行業，EDA技術是進行數字系統設計的重要手段，并且在某些復雜系統設計領域中甚至成為主要的手段［6］。在EDA軟件的支持下，開發人員需要做的只是描述數字系統的功能與行為，然后將描述的結果交由計算機軟件進行處理，最終在下載到FPGA中后便得到想要的電子線路［6］。通過這樣的設計方式，使原本需要在硬件上進行的修改，簡化到只需要修改程序的程度。

　　本文所采用EDA編程語言是VHDL（Very high speed integrated circuit Hardware Description Language， 超高速集成電路硬件描述語言）語言。 VHDL作為一種硬件描述語言，具有功能強大的語言結構，可以用簡潔的程序來描述復雜的邏輯行為［7］。它具有多層次的設計描述功能，經過工具軟件的層層細化，最后可直接生成電路級的描述，下載到FPGA后便可得到所需要的電子設備［7］。VHDL還支持同步電路、異步電路和隨機電路的設計［7］，這是其他硬件描述語言所不能比擬的。VHDL支持多種設計方法，既支持自底向上的設計模式，也支持自頂向下的設計模式。所以，在利用VHDL語言進行數字系統設計時，可以極大地發揮開發人員的創造性。最后，考慮到當前PS/2（Personal System 2，個人系統2）鍵盤已經集成鍵盤掃描電路、消抖電路、譯碼電路［8］。所以，在采用PS/2鍵盤直接作為密碼鎖輸入電路之后，就可以減輕開發人員重復設計接口電路的工作負擔。并且PS/2鍵盤具有廣泛的普及率、豐富的按鍵等優勢。這些因素將給開發者帶來巨大的方便。