基于FPGA的电子密码锁的设计Word文件下载.docx

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用户给电子密码锁设定一个密码，当使用本机键盘开锁时，该密码与用户设定的密码比较，如果密码正确，则开锁；

如果密码不正确，则允许用户重新输入密码，最多可输入三次，若三次都不正确，则扬声器报警，直到按复位键才允许再次输入代码。

通过仿真调试，利用可编程器件FPGA的电子密码锁的设计基本达到了预期目的。

当然，该系统在一些细节的设计上还需要不断的完善和改进，特别是对系统的扩展有很好的实用和设计的价值。

关键词：

现场可编程门阵列,硬件描述语言,电子密码锁,扬声器

Abstract

FPGA-baseddesignoftheelectroniccodelockisasmalldigitalsystem,electronicpasswordlockcomparedwithordinarymechanicallocks,withmanyuniqueadvantages:

goodprivacy,securityandstrong,cannotkeytorememberpasswordstounlock,andsoon.AtpresenttheuseoftheelectroniccodelockonmostofSCMtechnologytoSCMasthemaindevices,encodersanddecodersofHealthandthesoftwareapproach.Inpractice,sincetheprocesseasyruntofly,thereliabilityofthesystemcanbepoor.Basedonthispaper,afieldprogrammablegatearraysFPGAdeviceselectronicpasswordlockdesign,VHDLlanguageusedtodescribethesystemandachieveFLEX10K10LC84-4.

Implementationofthesystemfeatures:

usersofelectronicpasswordlocktosetapassword,whenusingthekeyboardunlockthemachine,theuserpasswordandsetthepassword,ifthecorrectpassword,thenunlockifthepasswordisnotcorrect,allowsUserstoenterapassword,canenteruptothreetimes,threetimesifnotcorrect,thespeakeralarm,untiltheresetbuttononlyallowedtore-enterthecode.

ThesimulationtestsusingprogrammabledevicesFPGAelectronicpasswordlockthebasicdesigntoachievetheexpectedgoal.Ofcourse,someofthedetailsofthesysteminthedesignoftheneedtoconstantlyrefinedandimproved,inparticulartheexpansionofthesystemhaveagooddesignandpracticalvalue.

Keywords:

FPGA,VHDL,electronicpasswordlock,speaker

目目录

1绪言

系统以利用可编程器件实现电子密码锁的设计为研究背景、现状以及发展方向，明确指出了电子密码锁面临的问题和所解决的方法。

1.1课题背景

基于FPGA的电子密码锁是新型现代化安全管理系统，它集微机自动识别技术和现代安全管理措施为一体，它涉及电子，机械，计算机技术，通讯技术，生物技术等诸多新技术。

它是解决重要部门出入口实现安全防范管理的有效措施，适用各种场合，如银行、宾馆、机房、军械库、机要室、办公间、智能化小区、工厂、家庭等。

在数字技术网络技术飞速发展的今天，电子密码锁技术得到了迅猛的发展。

它早已超越了单纯的门道及钥匙管理，逐渐发展成为一套完整的出入管理系统[1]。

它在工作环境安全、人事考勤管理等行政管理工作中发挥着巨大的作用。

在该系统的基础上增加相应的辅助设备可以进行电梯控制、车辆进出控制，物业消防监控、餐饮收费、私家车库管理等，真正实现区域内一卡智能管理。

目前使用的电子密码锁大部分是基于单片机技术,以单片机为主要器件,其编码器与解码器的生成为软件方式。

在实际应用中,由于程序容易跑飞,系统的可靠性能较差[2]。

基于FPGA的电子密码锁已经是现代生活中经常用到的工具之一，用于各类保险柜、房门、防盗门等等。

用电子密码锁代替传统的机械式密码锁，克服了机械式密码锁密码量少、安全性能差的缺点。

由于采用的是可编程逻辑器件FPGA，使得系统有相当大的灵活性，随时可以进行硬件升级、扩展，而且系统设计完善以后还可以将主控的FPGA固化成一片ASIC，那么这块ASIC就可以作为专用的数字密码锁芯片。

而且由于硬件可升级，还可随时增加密码位数或增加新的功能，使得密码锁有更高的安全性、可靠性和方便性[3]。

1.2课题研究的目的和意义

电子杂志、报刊经常刊登有密码开关、密码锁这样的电路，大多数是使用常用的数字电路，如CD4017，然后通过不同的连接方式实现密码控制功能。

这种电路的特点就是密码修改只能通过改变电路的连接来实现，密码很容易被破解，电路复杂，故障率高。

本制作是针对这些电路而设计的，将以往的以单片机实现设计改为可编程器件FPGA利用VHDL编程实现电子密码锁的设计。

这种设计移动方便。

基于FPGA的电子密码锁具有保密强、灵活性高、适用范围广等特点，它在键盘上输入，与打电话差不多，因而易于掌握，其突出优点是“密码”是记在被授权人脑子里的数字和字符，既准确又可靠，不会丢失（除了忘记），难以被窃（除非自己泄露）。

但是密码不能太简单，太简单了就容易被他人在键盘上试探出来，或者可能被旁观者窥测出来，造成保密性不足。

当然，密码又不能太复杂，太复杂了可能自己都糊涂了，或者输入密码操作成功率低，造成使用不便。

因此，为了发扬优点、克服弱点，本设计采用“任意设定数字密码”技术使得被授权人可以根据自己的需要或喜好设定密码，常用常新，在输入密码的过程中，当用户键入错误密码时，系统就会报警，由扬声器发出5秒报警声，当连续三次出现密码错误时，则系统会长时间报警不止，这时必须按复位方可停止。

本设计的FPGA电子密码锁的特点是：

体积小、功耗低、价格便宜、安全可靠,维护和升级都十分方便,具有较好的应用前景。

它与传统锁具的不同之处在于：

它与可编程逻辑器件实现系统的设计，应用简洁清晰的VHDL语言实现设计编程思想，能够实现适时、智能控制管理功能，特别是在系统的扩展上有很好的优势。

1.3国内外概况

随着我国对外开放的不断深入，高档建筑发展很快，高档密码锁具市场的前景乐观。

我国密码锁具行业对密码锁具高新技术的投入正逐年增大，高档密码锁的市场需求也逐年增加[4]。

在安防工程中，锁具产品是关系到整个系统安全性的重要设备，所以锁具产品的优劣也关系了整个安防工程的质量和验收。

目前，市场上比较先进的智能电子密码锁分别有：

IC卡电子密码锁、射频卡式电子密码锁、红外遥控电子密码锁、指纹识别电子密码锁和瞳孔识别电子密码锁等。

IC卡电子密码锁成本低，体积小，卡片本身无须电源等优点占领了一定的市场份额，但是由于有机械接触，会产生接触磨损，而且使用不太方便，在一定程度上限制了它的应用；

射频卡式电子密码锁是非接触式电子密码锁，成本也不太高，体积跟IC卡密码锁相当，卡片使用感应电源，重量很轻，技术成熟，受到了广泛的欢迎，但是与IC卡电子密码锁相比，成本偏高；

指纹识别电子密码锁和瞳孔识别电子密码锁可靠性很高，安全性是目前应用系统中最高的，但是成本高昂，还没进入大众化使用阶段[5]。

在国外，美国、日本、德国的电子密码锁保密性较好，并结合感应卡技术，生物识别技术，使电子密码锁系统得到了飞跃式的发展。

这几个国家的密码锁识别的密码更复杂，并且综合性比较好，已经进入了成熟期，出现了感应卡式密码锁，指纹式密码锁，虹膜密码锁，面部识别密码锁，序列混乱的键盘密码锁等各种技术的系统，它们在安全性，方便性，易管理性等方面都各有特长，新型的电子密码锁系统的应用也越来越广[6]。

1.4课题的主要研究工作

课题主要解决系统硬件和软件两方面的问题。

硬件方面要解决FPGA可编程器件与其外围电路的接口设计的问题；

软件方面主要问题是利用VHDL语言完成基于FPGA的电子密码锁的编程问题。

除此之外，程序还要完成基本的密码开锁功能，并通过扬声器长时间鸣叫报警。

本设计是由FPGA可编程逻辑器件编程实现的控制电路，具体有按键指示、输入错误提示、密码有效指示、控制开锁、控制报警等功能。

它具有安全可靠、连接方便、简单易用、结构紧凑、系统可扩展性好等特点。

2FPGA的相关介绍

2.1可编程逻辑器件

在数字电子系统领域，存在三种基本的器件类型：

存储器、微处理器和逻辑器件。

存储器用来存储随机信息，如数据表或数据库的内容。

微处理器执行软件指令来完成范围广泛的任务，如运行字处理程序或视频游戏。

逻辑器件提供特定的功能，包括器件与器件间的接口、数据通信、信号处理、数据显示、定时和控制操作、以及系统运行所需要的所有其它功能[7]。

逻辑器件可分为两大类，即固定逻辑器件和可编程逻辑器件。

正如其命名一样，固定逻辑器件中的电路是永久性的，它们完成一种或一组功能，一旦制造完成，就无法改变。

另一方面，可编程逻辑器件（PLD）是能够为客户提供范围广泛的多种逻辑容量、特性、速度和电压参数的标准成品部件——而且此类器件可在任何时间改变，从而完成许多种不同的功能[8]。

对于固定逻辑器件，根据器件复杂性不同，从设计、原型到最终生产所需要的时间可从数月至一年多不等。

而且，如果器件工作不合适，或者如果应用要求发生了变化，那么就必须开发全新的设计。

设计和验证固定逻辑的前期工作需要大量的NRE成本。

NRE代表在固定逻辑器件最终从芯片制造厂制造出来以前客户需要投入的所有成本，这些成本包括工程资源、昂贵的软件设计工具、用来制造芯片不同金属层的昂贵光刻掩膜组以及初始原型器件的生产成本。

这些NRE成本可能从数十万美元至数百万美元。

对于可编程逻辑器件，设计人员可利用价格低廉的软件工具快速开发、仿真和测试其设计。

然后，可快速将设计编程到器件中，并立即在实际运行的电路中对设计进行测试。

原型中使用的PLD器件与正式生产最终设备（如网络路由器、DSL调制解调器、DVD播放器、