基于FPGA的电子密码锁的设计毕业设计Word格式.docx

基于FPGA的电子密码锁的设计毕业设计Word格式.docx

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保密系能好、安全度高、即防盗性能强，不需要使用钥匙、即记住密码就可开锁等等。

本文主要阐述了一种基于现场可编程门阵列FPGA器件的电子密码锁的设计方法。

用FPGA器件构造系统，所有算法完全由硬件电路来实现，使得系统的工作可靠性大为提高。

而且由于FPGA具有现场可编程功能，当设计需要更改时，只需更改FPGA中的控制和接口电路，利用EDA工具将更新后的设计下载到FPGA中即可，无需更改外部电路的设计，大大提高了设计的效率。

因此，采用FPGA开发的数字系统，不仅具有很高的工作可靠性，而且升级也极其方便。

此设计采用EDA技术，利用MAX+PLUSⅡ工作平台和VHDL硬件描述语言，设计了一种电子密码锁，并通过本学院的实验箱FPGA芯片实现。

关键词：

电子密码锁FPGAVHDL硬件描述语言EDAMAX+PLUSⅡ

TheDesignofElectronicLocksBasedonFPGA

WuYaoxiao

（CollegeofEngineering,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642,China）

Abstract：

Withtherapiddevelopmentofmodernelectronictechnology,electroniclockswillgraduallyreplacetheordinarymechanicallocks.ConfidentialDepartmenthastheadvantagesofseveralordinarymechanicallockscannotsubstituteelectroniclocks,suchashighsecurity,anti-theftperformance,anddoesnotrequiretheuseofakey,Rememberpasswordcanunlock.Thisarticlefocusesonthedesignmethodwhichisbasedonfieldprogrammablegatearray（FPGA）devices,electroniclocks.FPGAdeviceconstructedsystem,allofthealgorithmscompletelyrealizedbyahardwarecircuitsothattheoperationalreliabilityofthesystemcanbegreatlyimproved.Andwithfield-programmablefunction,whenitneedtochangethemethodsofthedesign,justchangetheFPGAcontrolandinterfacecircuitwithusingEDAtoolsupdateddesignthatisdownloadedtotheFPGAwithouttheneedtochangetheexternalcircuitdesign,greatlyimprovingtheefficiencyofthedesign.Therefore,theuseofdigitalsystemsdevelopedbytheFPGA,notonlyhasaveryhighoperatingreliability,butalsoextremelyeasytoupgrade.ThedesignofthesystemusestheEDAtechnology,MAX+PLUSⅡsoftwareandVHDLhardwaredescriptionlanguage,designedanelectroniclock,andimplementedbytheInstituteofexperimentalboxFPGAchip.

Keywords:

electroniclocksFPGAVHDLhardwaredescriptionlanguageEDA

MAX+PLUSII

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1前言

1.1EDA技术及其发展

在计算机技术的推动下，20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，现代电子产品几乎渗透于社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时又促使现代电子产品性能的进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快（潘松，等，2005）。

电子技术发展的基本根基是微电子技术的发展及进步，它表现在大规模的集成电路的加工技术，即是指半导体工艺技术的发展上。

现在的集成电路的集成度越来越高，并且其设计成本也越来越低，加上其功能和结构也已经能够实现单片电子系统的要求，因此，现代对其的应用越来越广泛，它已成为电子产品的一个不可缺少的核心部分。

而EDA（ElectronicDesignAutomation）技术作为现代电子技术设计的核心，它依赖功能强大的计算机，在EDA设计工具软件平台上，对已硬件描述语言为系统逻辑描述表示方式完成的设计文件，自动地完成逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合、结构布线以及逻辑优化和仿真测试等多项的功能，直至实现既定性能的电子综合电路的系统功能。

EDA设计工作的设计者的设计工作几乎仅限于利用软件的方式，这样为设计工作带来了许多便利和资源节省。

EDA技术在硬件实现方面融合了大规模集成电路制造技术、IC（IntegratedCircuit）版图设计技术、ASIC（ApplicationSpecificIntegratedCircuit）测试和封装技术、FPGA（FieldProgrammableGateArray）和CPLD（ComplexProgrammableLogicDevice）编程下载技术、自动测试技术等；

在计算机辅助工程方面结合了计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助测试、计算机辅助工程技术以及众多计算机语言设计的概念；

而在现代电子学方面则容纳了更多的内容，如电子线路设计理论、数字信号系统处理技术、嵌入式系统和计算机设计技术、数字系统建模和优化设计及微波技术等。

所以，EDA技术为现代电子理论和设计表达与实现提供了更多的可能性（潘松，等，2005）。

在现代技术的所有领域中，许多一飞速发展的科学技术，多属于计算机辅助设计，而不是自动化设计。

显然，最早进入真正的设计自动化的技术领域非电子技术莫属，这就是为什么电子技术始终处于所有科学技术发展的前列的原因之一。

这也是为什么本系统的设计采用基于FPGA的EDA设计的电子密码锁。

1.2电子密码锁的国内外发展状况

在当今这个智能化快速发展的科技技术时代，人们对安全性的要求也越来越高。

从古至今，人们对各种各类的锁研究从未中断过，它被视为守护安全的重要盾牌。

安全性高、方便使用的锁是人们的追求。

随着电子技术的发展，各类电子产品应运而生，电子密码锁就是其中之一。

据有关资料介绍，电子密码锁的研究从20世纪30年代就开始了，在一些特殊场所早就有所应用。

这种锁是通过键盘输入一组密码完成开锁过程。

研究这种锁的初衷，就是为提高锁的安全性。

由于电子锁的密钥量，即密码量极大，可以与机械锁配合使用，并且可以避免因钥匙被仿制而留下安全隐患。

电子锁只需记住一组密码，无需携带金属钥匙，免除了人们携带金属钥匙的烦恼，而被越来越多的人所欣赏。

电子锁的种类繁多，例如数码锁，指纹锁，磁卡锁，IC卡锁，生物锁等。

但较实用的还是按键式电子密码锁。

20世纪80年代后，随着电子锁专用集成电路的出现，电子锁的体积逐渐缩小，可靠性日益提高，成本也较高，是适合使用在安全性要求较高的场合，且需要有电源提供能量，使用还局限在一定范围，难以普及，所以对它的研究一直没有明显进展（赵雅兴，2003）。

当今智能电子密码锁发展已经到了非常高的境界，在这几年得到空前发展，无论功能性，稳定性都比较全面，在保密方面已做到人眼识别，指纹识别，人声识别基本上电影上有的现实也有。

其在国内发展也较快，不管自己开发或是引进都有，在重要地方应用也较多，由于价钱比普通弹子锁较贵，早几年应用较少，现在越来越普及到平常化，未来的发展也会越来越被大众采用，由于它的功能、安全是弹子锁无法相比的。

发展前境是非常大的。

而在国外发达国家，其发展比较早，应用也比较广泛，电子密码锁技术相对先进，种类齐全，电子密码锁已被广泛应用于智能门禁系统中，通过多种更加安全，更加可靠的技术实现大门的管理。

例如，FPGA会被用于军人和另外的敏感应用程序中，攻击这些设备的一个对手的威胁是曾经存在的危险。

当有能力被重新设置对开发有用的信息时，它的硬件设计的风险正在被克隆。

所以，对于研究免受这种攻击而用作为多态的电路的加密钥匙或者控制其特定的钥匙在FPGA上保护必要的信息的技术设备是十分重要的（McGee.MilesE，2011）。

以上这个应用相对来说也是具有一个保密性的系统，而且相对本系统比较难，但是存在着一定的联系。

总之，为保证信息安全，以后的电子密码锁必须使其具有机密性、完整性、可获取性、真实性和持久性。

电子密码锁在未来肯定会得到迅猛的发展和更加广泛的应用，因为对于重视维护各方面信息安全的时代，它是必不可少的。

相信以后在政治、经济、军事和文化服务这几方面中，电子密码锁得以更好的发展和应用。

1.3电子密码锁的重要性

电子密码锁，我们从其名可以很明显地知道，它对信息的安全防护起着重要的作用。

在这个科技技术快速发展的时代，人们的知识水平也越来越高，而且犯罪分子的犯罪手段和犯罪方法也越来越高超。

在电子密码锁使用并不广泛的时代，有段时期犯罪分子的犯罪工具中一种称为万能钥匙出现了，它的特点是可以轻易地将普通居民住所的非电子密码锁大门“打开”，造成这些居民的财产甚至是人身安全巨大的损失。

而电子密码锁就可以大大地避免这种情况的发生。

电子密码锁门禁系统是只有主人才知道密码，只允许主人打开。

要是盗贼试图打开，撬门的方式是几乎不可行的，因为会有报警；

而且完善的电子密码锁一般会限制输入次数，要是输入密码多次错误，也会发出报警信号。

虽然本系统没设计报警这一模块，但是安全性要是比较高的，而且成本也较低。

因此，电子密码锁在我们生活中、军事中、政治中、文化服务中都起着保护信息安全或财产安全的重要性（赵雅兴，2003）。

2MAX+PLUSⅡ软件环境概述

MAX+PLUSⅡ是Altera提供的FPGA/CPLD（ComplexProgrammableLogicDevice）开发集成环境，Altera是世界最大可编程逻辑器件供应商之一。

MAX+PLUSⅡ的界面友好，使用便捷，并且还被誉为业界最易用易学的EDA软件。

在MAX+PLUSⅡ上可完成FPGA/CPLD设计的整个流程，它提供了一种与结构无关的设计环境，使设计者能方便地进行设计输入、快速处理和器件的编程。

2.1MAX+PLUSⅡ设计流程

如图1所示，其上方是MAX+PLUSⅡ编译设计主控界面，它显示了MAX+PLUSⅡ自动设计的各主要处理环节和设计流程。

包括设计输入编辑、编译网表提取、数据库建立、逻辑综合、逻辑分割、适配、延时网表提取、编程文件汇编（装配）以及