試議密碼鎖一種基于FPGA狀態(tài)機的智能電子密碼鎖的設計免費

1、試議密碼鎖一種基于FPGA狀態(tài)機的智能電子密碼鎖的設計免費摘要：電子密碼鎖和普通機械鎖相比具有很多優(yōu)點，廣泛適用于商業(yè)、辦公、個人等應用領域。本文討論了一種基于FPGA的電子密碼鎖的設計方案，軟件部分采用狀態(tài)機描述的方法實現(xiàn)，采用狀態(tài)機的描述方法，可以使程序的編寫清晰簡化，具有一定的實用價值。關鍵詞：電子密碼鎖；FPGA；狀態(tài)機10079599 （2012） 14000002一、引言電子密碼鎖是一種通過輸入密碼來控制開鎖、閉鎖的數(shù)字電子產(chǎn)品。和傳統(tǒng)機械鎖相比，電子密碼鎖具有許多優(yōu)點：無需配鑰匙，僅需憑密碼實現(xiàn)開閉鎖；保密性比機械鎖高；操作簡單，只需要用按鍵進行控制即可；密碼可以反復改變；當密碼

2、輸入錯誤還可以進行聲光報警等。電子密碼鎖的實現(xiàn)方法很多，以芯片為控制核心的密碼鎖是目前市場上的主流產(chǎn)品，這類產(chǎn)品主要以單片機的控制實現(xiàn)密碼鎖的主要功能。EDA技術是目前數(shù)字系統(tǒng)設計的核心和發(fā)展方向，本文討論了一種通過狀態(tài)機描述實現(xiàn)電子密碼鎖的設計方法，采用FPGA器件實現(xiàn)核心控制功能，由于FPGA器件具有在線可編程的特點，可以對系統(tǒng)實現(xiàn)升級和擴展。二、電子密碼鎖的系統(tǒng)功能要求該電子密碼鎖可以在FPGA芯片的控制下實現(xiàn)以下功能：（1）系統(tǒng)上電復位后，可通過“設置密碼”鍵，設定6位數(shù)字密碼。（2）每輸入一位密碼，都在LED數(shù)碼管上進行移位顯示。密碼設置好后，按“上鎖”鍵進行上鎖操作。（3）在閉鎖狀

3、態(tài)下，按“核對密碼”鍵，可以輸入密碼開鎖，且每輸入一位密碼，在數(shù)碼管上移位顯示“”，提示已輸入密碼的位數(shù)。（4）輸入四位核對密碼后，按“開鎖”鍵，若密碼正確則系統(tǒng)開鎖，若密碼錯誤三次以內(nèi)，則系統(tǒng)仍然處于閉鎖狀態(tài)。（5）密碼連續(xù)輸錯三次，蜂鳴器發(fā)出警告信號響10秒鐘。三、系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)該系統(tǒng)以FPGA芯片作為核心控制部件，實現(xiàn)密碼鎖的主要功能。采用44矩陣鍵盤作為數(shù)據(jù)和控制信號輸入，由LED數(shù)碼管動態(tài)顯示、蜂鳴器等作為輸出部分。（一）核心控制電路由FPGA芯片作為核心控制部件，實現(xiàn)密碼的主要功能。本設計采用Altera公司的Cyclone系列芯片，該系列芯片片內(nèi)資源豐富，片外只需擴展時鐘、電源、

4、配置電路、I/O擴展接口即可。（二）鍵盤輸入電路本方案采用44矩陣鍵盤產(chǎn)生輸入控制信號和數(shù)字密碼。矩陣鍵盤只需4條行線和4條列線進行控制，節(jié)省了FPGA芯片的I/O口資源。該電路配備消抖動電路、按鍵掃描信號、按鍵數(shù)據(jù)緩存等模塊即可工作。數(shù)字鍵盤中共有“09”10個數(shù)字鍵，另外6個按鍵為功能鍵。功能鍵的設定如下：1.設置密碼鍵：按下后可以輸入四位數(shù)字密碼，考慮到密碼鎖的實際使用，在鎖開狀態(tài)時該鍵有效，鎖閉時無效。2.核對密碼鍵：按下后，可輸入四位密碼進行核對。該鍵在鎖開狀態(tài)下無效，鎖閉狀態(tài)下有效。3.上鎖鍵：在設置密碼狀態(tài)下輸入設置的密碼后，按下該鍵，系統(tǒng)進行閉鎖操作。4.開鎖鍵：在核對密碼狀態(tài)

5、下，輸入4位密碼后，若密碼正確，系統(tǒng)發(fā)出開鎖控制信號進行開鎖操作，密碼有誤則不開鎖。5.清除鍵：在設置密碼或核對密碼時，按下此鍵可以清除前面輸入的密碼，等待重新輸入。6.復位鍵：按下該鍵，系統(tǒng)進入復位狀態(tài)，考慮到實際應用，該鍵只在鎖開的狀態(tài)下有效。（三）顯示電路本方案采用四位動態(tài)顯示的數(shù)碼管顯示密碼，在設置密碼時移位顯示密碼的摘自：本科畢業(yè)論文結論值，在核對密碼的時候移位顯示“”，確保密碼安全。四、系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)在Quarters II軟件平臺下，編寫VHDL語言源文件，實現(xiàn)FPGA的邏輯功能。軟件的設計采用狀態(tài)機的描述法，將密碼鎖的控制過程分為準備、設置密碼、核對密碼、開鎖、閉鎖等狀態(tài)，不同

6、狀態(tài)之間的切換通過相應的控制信號來完成。S0：復位狀態(tài)，系統(tǒng)上電復位后或“復位”信號有效即進入此狀態(tài)，在該狀態(tài)下可進行密碼的設置。S1：設置密碼狀態(tài)，在該狀態(tài)可設置4位數(shù)字密碼，并允許進行“清除”操作。S2：閉鎖狀態(tài)，設置密碼成功后進入該狀態(tài)，F(xiàn)PGA存儲密碼并控制機械鎖閉合。S3：核對密碼狀態(tài)：在該狀態(tài)下可進行密碼核對操作，允許進行“清除”操作。S4：開鎖狀態(tài)，4位密碼核對正確后，進入該狀態(tài)，F(xiàn)PGA控制機械鎖打開并將存儲區(qū)內(nèi)保存的密碼清除。在該狀態(tài)下按“復位”鍵，可回到狀態(tài)S0。S5：核對一次錯誤狀態(tài)，核對密碼時，輸入一次錯誤進入此狀態(tài)。S6：核對兩次錯誤狀態(tài)， 核對密碼時，輸入兩次錯誤進入此狀態(tài)。S7：核對三次錯誤狀態(tài)，此時FPGA控制蜂鳴器發(fā)出10秒的報警音。各個狀態(tài)之間轉換關系如圖1所示：五、結束語本設計采用狀態(tài)機的描述方法實現(xiàn)密碼鎖的邏輯功能，基于狀態(tài)機的編程方法使程序結構清晰，在Quarters II軟件平臺下通過編譯、鎖定引腳、配置，系統(tǒng)的仿真結果和設計要求一致，能夠完成控制任務。由于FPGA的可重復編程性，可在此基礎上還通過修改源程序和相應外圍電路對密碼鎖的功能進行升級和擴展，該密碼鎖的設計和開發(fā)方法靈活、高效，具有一定的實際應用價值。參考文獻：焦素敏.EDA應用技術M.北京：清華大學出版社，2005趙立民.可編程邏輯