電子密碼鎖開題報(bào)告

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開 題 報(bào) 告 題 目 電子密碼鎖的VHDL程序與仿真 學(xué) 院 電氣與控制工程學(xué)院 專業(yè)及班級(jí) 微電子1102班 姓 名 學(xué) 號(hào) 指 導(dǎo) 教 師 日 期 2015.3.23 西安科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告題 目電子密碼鎖的程序與仿真選題類型應(yīng)用研究 一、選題依據(jù) 1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)隨著人們生活水平的提高和安全意識(shí)的加強(qiáng)，對(duì)安全的要求也就越來越高。鎖自古以來就是把守護(hù)門的鐵將軍，人們對(duì)它要求甚高，既要安全可靠的防盜，又要使用方便，這也是制鎖者長期以來研制的主題。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，各類電子產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，電子密碼鎖就是其中之一。據(jù)有關(guān)資料介紹，電子密碼鎖的研究從

2、20世紀(jì)30年代就開始了，在一些特殊場(chǎng)所早就有所應(yīng)用。這種鎖是通過鍵盤輸入一組密碼完成開鎖過程。研究這種鎖的初衷，就是為提高鎖的安全性。由于電子鎖的密鑰量（密碼量）極大，可以與機(jī)械鎖配合使用，并且可以避免因鑰匙被仿制而留下安全隱患。電子鎖只需記住一組密碼，無需攜帶金屬鑰匙，免除了人們攜帶金屬鑰匙的煩惱，而被越來越多的人所欣賞。電子鎖的種類繁多，例如數(shù)碼鎖，指紋鎖，磁卡鎖，IC 卡鎖，生物鎖等。但較實(shí)用的還是按鍵式電子密碼鎖。 20 世紀(jì)80年代后，隨著電子鎖專用集成電路的出現(xiàn)，電子鎖的體積縮小，可靠性提高，成本較高，是適合使用在安全性要求較高的場(chǎng)合，且需要有電源提供能量，使用還局限在一定范圍，

3、難以普及，所以對(duì)它的研究一直沒有明顯進(jìn)展。目前，在西方發(fā)達(dá)國家，電子密碼鎖技術(shù)相對(duì)先進(jìn)，種類齊全，電子密碼鎖已被廣泛應(yīng)用于智能門禁系統(tǒng)中，通過多種更加安全，更加可靠的技術(shù)實(shí)現(xiàn)大門的管理。在我國電子鎖整體水平尚處于國際上70年代左右，電子密碼鎖的成本還很高，市場(chǎng)上仍以按鍵電子鎖為主，按鍵式和卡片鑰匙式電子鎖已引進(jìn)國際先進(jìn)水平，現(xiàn)國內(nèi)有幾個(gè)廠生產(chǎn)供應(yīng)市場(chǎng)。但國內(nèi)自行研制開發(fā)的電子鎖，其市場(chǎng)結(jié)構(gòu)尚未形成，應(yīng)用還不廣泛。國內(nèi)的不少企業(yè)也引進(jìn)了世界上先進(jìn)的技術(shù)，發(fā)展前景非常可觀。 目前使用的電子密碼鎖大部分是基于單片機(jī)技術(shù)，以單片機(jī)為主要器件，其編碼器與解碼器的生成為軟件方式。在實(shí)際應(yīng)用中，由于程序容易

4、跑飛，系統(tǒng)的可靠性能較差?；诂F(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列 FPGA 器件的電子密碼鎖，用 FPGA 器件構(gòu)造系統(tǒng)，所有算法完全由硬件電路來實(shí)現(xiàn)，使得系統(tǒng)的工作可靠性大為提高。由于硬件描述語言VHDL能夠把復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)用形象化的語言描述成功，可以描述硬件電路的功能、信號(hào)連接關(guān)系以及定時(shí)關(guān)系，它比電路原理圖更能有效的表示電路的特征。憑借硬件描述語言編程來表示邏輯器件及系統(tǒng)硬件的功能和行為，是自頂向下設(shè)計(jì)方法的一個(gè)重要特征。這種方法必須基于功能強(qiáng)大的EDA工具軟件，集系統(tǒng)描述、行為描述和結(jié)構(gòu)描述功能為一體的硬件描述語言，還有先進(jìn)的ASIC制造工藝和FPGA開發(fā)技術(shù)。當(dāng)今，“自頂向下”的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)成為現(xiàn)

5、代數(shù)字電子系統(tǒng)的首選設(shè)計(jì)方法，是ASIC和FPGA開發(fā)的主要設(shè)計(jì)手段。“自頂向下”的設(shè)計(jì)使用功能分割的方法，從頂向下逐次將設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行分塊和細(xì)化。在設(shè)計(jì)過程中采用層次化和模塊化方式，使系統(tǒng)變得簡潔和方便。其是一種逐步求精的設(shè)計(jì)程序的過程和方法。對(duì)要完成的任務(wù)進(jìn)行分解，首先對(duì)最高層次中的問題進(jìn)行定義、設(shè)計(jì)、編程和測(cè)試，而將其中未解決的問題作為一個(gè)子任務(wù)放到下一層次中去解決。這樣來逐層、逐個(gè)地進(jìn)行定義、設(shè)計(jì)、編程和測(cè)試，直到所有層次上的問題均由實(shí)用程序來解決完畢，就能設(shè)計(jì)出具有層次結(jié)構(gòu)的程序。按自頂向下的方法設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)師首先對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)要有一個(gè)全面的理解和把握。然后從頂層開始，連續(xù)地逐層向下分

6、解，起到系統(tǒng)的所有模塊都小到便于掌握為止，這樣有事半功倍的效果。 1.2 選題的研究意義在日常生活中和工作中，住宅的安全,單位的文件,和一些個(gè)人資料的保存。人們往往采用上鎖的方法來解決。如果采用傳統(tǒng)的機(jī)械鎖,人們往往需要攜帶很多鑰匙,既不方便,鑰匙的丟失還會(huì)使安全性大打折扣。隨著物質(zhì)財(cái)富的積累和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人們對(duì)鎖的要求越來越高。密碼鎖代替機(jī)械鎖成為一種趨勢(shì)。密碼鎖具有安全性高、低成本、低功耗、易于操作,等等優(yōu)點(diǎn)。在安保領(lǐng)域,有防盜報(bào)警功能的電子密碼鎖逐漸取代了傳統(tǒng)機(jī)械密碼鎖。機(jī)械密碼鎖結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度和密碼位數(shù)成正比成本高且安全性能差。而電子密碼鎖無論在技術(shù)上還是性能上都優(yōu)于機(jī)械密碼鎖?，F(xiàn)存

7、的密碼鎖大多是基于數(shù)字電路設(shè)計(jì)的，這種密碼鎖設(shè)計(jì)思路簡單、易于實(shí)現(xiàn)，但是過多的原器件的組合給推廣和流行帶來了不便。根據(jù)這種情況研究出來一種功能強(qiáng)大、易于推廣的密碼鎖已經(jīng)迫在眉睫?，F(xiàn)在廣為流行的VHDL語言，描述能力強(qiáng)、覆蓋面廣、抽象能力強(qiáng)，所以采用VHDL建立硬件模型可以解決原器件過多而導(dǎo)致設(shè)計(jì)復(fù)雜的問題。用VHDL可以快速靈活地設(shè)計(jì)出符合各種要求的數(shù)字密碼鎖，而且操作簡單，稍加修改就可以改變密碼的位數(shù)，增強(qiáng)其安全性，且很容易做成ASIC芯片，使設(shè)計(jì)過程達(dá)到高度自動(dòng)化，并能夠在設(shè)計(jì)完成后在Quartus II 環(huán)境下進(jìn)行電路的模擬仿真。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展,特別是硬件描述語言(VHDL

8、),出現(xiàn)了用微型智能密碼鎖,它是除了具有電子密碼鎖的功能外,還擁有了智能化管理,專家分析系統(tǒng),從而使密碼鎖的作用,比如高安全性、可靠性,應(yīng)用日益廣泛的應(yīng)用。人們對(duì)安全的重視和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,許多電子智能鎖如，指紋識(shí)別、IC識(shí)別等已經(jīng)出現(xiàn)在國內(nèi)外。但是這些產(chǎn)品的特點(diǎn)需要一個(gè)特別的指紋或有效卡,成本相對(duì)較高不益于普及使用。針對(duì)當(dāng)前技術(shù)和水平、市場(chǎng)接納、電子密碼鎖是這類電子防盜產(chǎn)品的主流。參考文獻(xiàn)： 1 侯伯亨，劉凱，顧新：VHDL硬件描述語言與數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)M，西安電子科技大學(xué)出版社，2009.8。2 褚振勇，齊亮，田紅心，高楷娟：FPGA設(shè)計(jì)與應(yīng)用M，西安電子科技大學(xué)出版社，2009.9。3

9、Volnei A.Pedroni:Circuit Design with VHDLM,電子工業(yè)出版社，2013.1。4 劉昌華：EDA技術(shù)與應(yīng)用基于QuartusII和VHDLM，北京航空航天大學(xué)出版社，2012.8。5 吳延海，劉曉佩，代新冠，黃?。篍DA技術(shù)及應(yīng)用M，西安電子科技大學(xué)出版社，2012.1。6 楊健，岳珣，王永喜：EDA技術(shù)與VHDL基礎(chǔ)M，清華大學(xué)出版社，2013.3。7 武超，靳孝峰：EDA技術(shù)與應(yīng)用M，北京航空航天大學(xué)出版社，2013.5。8 焦素敏：EDA應(yīng)用技術(shù)M,清華大學(xué)出版社，2005。9 潘松：EDA技術(shù)與VHDLM，清華大學(xué)出版社，2005。10 李洋：ED

10、A技術(shù)實(shí)用教程M，機(jī)械工業(yè)出版社，200411李國洪：可編程器件EDA技術(shù)與實(shí)踐M.機(jī)械工業(yè)出版社，2004。二、主要研究(設(shè)計(jì))內(nèi)容、研究（設(shè)計(jì)）思路及工作方法或工作流程 2.1 研究（設(shè)計(jì)）目標(biāo)及內(nèi)容 完成電子密碼鎖的VHDL程序與仿真，搭建硬件電路，具有電子密碼鎖的基本功能。 設(shè)計(jì)要求如下： 1).采用6位十進(jìn)制數(shù)作為內(nèi)置密碼。 2).上鎖功能，按下上鎖鍵，系統(tǒng)上鎖。 3).密碼輸入功能，即每按下一個(gè)數(shù)字鍵，就輸入一個(gè)數(shù)值，并在數(shù)碼管上顯示該數(shù)值，同時(shí)將先前輸入的數(shù)據(jù)依次左移一個(gè)數(shù)字位置。 4).密碼清除功能，清除所有輸入的數(shù)字。 5).超時(shí)自鎖功能，在輸入密碼后一定時(shí)間內(nèi)未按下開鎖鍵，

11、系統(tǒng)自動(dòng)上鎖。 6).報(bào)警功能，系統(tǒng)允許錯(cuò)誤開門2次，當(dāng)?shù)?次錯(cuò)誤開門將報(bào)警。處于報(bào)警狀態(tài)時(shí)，上鎖鍵、清除鍵、變更鍵、開鎖鍵、數(shù)字鍵09應(yīng)不起作用，需用另一內(nèi)部設(shè)置鍵解除鎖定鍵，該按鍵在實(shí)際應(yīng)用中可放置在保安室或其他使用者不能接觸的地方。在本設(shè)計(jì)中將其置于鍵盤中。 7).改密功能。先輸入正確密碼解鎖后，輸入新的密碼按下修改鍵，此時(shí)新密碼設(shè)置完成。 2.2 研究方案及原理 1).研究方案 其系統(tǒng)整體框圖如圖1所示 控制器 報(bào)警計(jì)數(shù)器 上鎖 開鎖信號(hào) 確認(rèn) 報(bào)警信號(hào)位數(shù)計(jì)數(shù)器 清除密碼 更改密碼 解除鎖定 比 較 器 編 碼 器 寄存器 密碼輸入 密碼存儲(chǔ) 密碼更改 圖1整體框圖 鍵盤用于6位的密

12、碼輸入，由于輸入都采用鍵盤輸入，其按下時(shí)刻和持續(xù)時(shí)間長短是隨機(jī)的，且存在因簧片反彈引起的電平抖動(dòng)現(xiàn)象。必須在每個(gè)開關(guān)后面安排一個(gè)消抖同步模塊，以保證系統(tǒng)能真確捕捉到輸入脈沖。消抖同步模塊的作用是保證系統(tǒng)能捕捉到輸入脈沖，并保證每按一次鍵只形成一個(gè)寬度等于系統(tǒng)時(shí)鐘周期的脈沖。 編碼器的作用是將鍵盤輸入的信號(hào)編成BCD碼，并且每鍵入一個(gè)數(shù)碼，應(yīng)向控制器送一個(gè)脈沖表示有數(shù)據(jù)輸入。比較器的作用是將輸入的密碼和內(nèi)置密碼進(jìn)行比較，并將結(jié)果反饋給控制器。寄存器的作用是預(yù)置內(nèi)部密碼，因?yàn)閮?nèi)部預(yù)置密碼采用6位十進(jìn)制數(shù)，且用BCD碼表示。位數(shù)計(jì)數(shù)器用來記錄密碼輸入位數(shù)用于比較。 報(bào)警計(jì)數(shù)器的作用是，每一次開啟錯(cuò)誤

13、，控制器向報(bào)警計(jì)數(shù)器提供一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，使計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)計(jì)數(shù)器到3時(shí)，說明錯(cuò)誤次數(shù)達(dá)到3次，進(jìn)位信號(hào)反饋給控制器，控制器發(fā)出報(bào)警信號(hào)WL。解除鎖定或正確開門后控制器向報(bào)警計(jì)數(shù)器發(fā)出清零信號(hào)，使計(jì)數(shù)器清零。 系統(tǒng)主要包括密碼鎖輸入模塊、密碼鎖控制模塊和密碼鎖顯示譯碼模塊三部分組成。三大模塊如下： 密碼鎖輸入電路：這個(gè)模塊包括時(shí)序產(chǎn)生電路、鍵盤掃描電路、鍵盤彈跳消除電路、鍵盤譯碼電路等功能電路組。 密碼鎖控制電路：這個(gè)模塊包括按鍵數(shù)據(jù)的緩沖存儲(chǔ)電路，密碼的清除、變更、存儲(chǔ)，密碼核對(duì)（即數(shù)值比較電路），解鎖電路（即開關(guān)門鎖電路）等。 密碼顯示電路：這個(gè)模塊主要將要顯示數(shù)據(jù)的BCD碼轉(zhuǎn)換成數(shù)碼器的七段顯

14、示驅(qū)動(dòng)編碼，在數(shù)碼管上依次顯示出來。以上是三大模塊的基本設(shè)計(jì)思路，其次，采用4*4矩陣式鍵盤。這種機(jī)械式鍵盤具有成本低，可靠性高，構(gòu)成電路簡單，應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)，將其應(yīng)用于電子密碼鎖中是比較不錯(cuò)的選擇。但是須克服機(jī)械式鍵盤存在的一些彈跳消除問題。數(shù)字密碼的顯示采用LED數(shù)碼管來實(shí)現(xiàn)，相對(duì)而言其電路簡單，成本低，且具有一定的可靠性。結(jié)果顯示部分，通過一個(gè)紅色的發(fā)光二極管和一個(gè)綠色的發(fā)光二極管來表示，密碼正確綠燈點(diǎn)亮，密碼錯(cuò)誤，紅燈點(diǎn)亮，綠燈熄滅。密碼連續(xù)三次錯(cuò)誤，即報(bào)警，將報(bào)警信號(hào)接至一個(gè)蜂鳴器，報(bào)警信號(hào)由開鎖信號(hào)來控制，在報(bào)警狀態(tài)，上鎖鍵、復(fù)位鍵、確認(rèn)鍵、數(shù)字鍵09應(yīng)不起作用，需用另一內(nèi)部設(shè)置解

15、除鎖定鍵解除鎖定。2).密碼鎖系統(tǒng)流程圖 開始 輸入6位密碼按開鎖鍵比較器 不一致 一致 紅燈亮不開鎖綠燈亮開鎖連續(xù)三次錯(cuò)誤蜂鳴器報(bào)警輸入6位新密碼按密碼修改鍵按下解除鎖定鍵解除報(bào)警 按上鎖鍵上鎖重新輸入密碼 結(jié)束 圖2系統(tǒng)流程圖 2.3 工作流程 程序部分： 先編好各個(gè)模塊程序，再利用Quartus II軟件進(jìn)行程序仿真，再對(duì)鍵盤掃描電路、消抖電路、鍵盤譯碼電路、控制電路進(jìn)行時(shí)序仿真，所有仿真無誤后即可搭建硬件電路。 硬件部分： 熟悉元器件，先弄清各個(gè)器件的引腳連接，再根據(jù)電路原理圖焊接元器件，器件焊接完成檢查無誤后下載程序，然后測(cè)試功能，若功能有誤則檢查程序和硬件，修改其錯(cuò)誤之處，若功能滿足設(shè)計(jì)要求則調(diào)試完成。 三、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作進(jìn)度安排 1. 第1-4周：查閱資料，了解EDA技術(shù)及發(fā)展，熟悉EDA軟件應(yīng)用。 2. 第5-6周：熟悉可編程器件FPGA的原理及應(yīng)用，掌握使用VHDL的電路設(shè)