基于fpga的电子密码锁的设计

I摘要基于FPGA设计的电子密码锁是一个小型的数字系统，与普通机械锁相比,具有许多独特的优点:保密性好,防盗性强,可以不用钥匙,记住密码即可开锁等。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。本文介绍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采用VHDL语言对系统进行描述，并在FLEX10K10LC84-4上实现。系统所实现的功能：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IIAbstractFPGA-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,speakerIII目目录摘要..................................................................IABSTRACT.............................................................II目录................................................................III1绪言.................................................................11.1课题背景...........................................................11.2课题研究的目的和意义...............................................11.3国内外概况.........................................................21.4课题的主要研究工作.................................................32FPGA的相关介绍.......................................................42.1可编程逻辑器件.....................................................42.2FPGA的简介.........................................................42.3FPGA的应用特点.....................................................52.4FPGA的应用前景.....................................................63基于FPGA设计的硬件描述语言VHDL.....................................83.1VHDL语言简介.......................................................83.2VHDL语言的特点..................................................83.3VHDL语言的优点.....................................................83.4VHDL语言的基本结构................................................93.5VHDL语言的应用....................................................104系统设计方案的研究..................................................114.1系统功能需求分析..................................................114.2系统实现方案的论证比较............................................114.3系统方案的总体设计................................................114.3.1系统原理框图....................................................114.3.2总体设计原理....................................................125系统硬件设计........................................................135.1系统的硬件模块实现................................................135.2基于FPGA的设计...................................................135.2.1主控芯片EPF10K10LC84-4的介绍...................................135.2.2FPGA逻辑功能结构及开发..........................................145.3键盘控制电路结构与原理............................................145.4LED显示器结构与原理...............................................155.5报警电路..........................................................176系统的软件设计......................................................186.1系统主控制流程框图................................................186.2键盘扫描程序框图..................................................196.3获取键值程序框图..................................................206.4解码、报警模块....................................................217系统的原理实现......................................................227.1系统的层次化设计..................................................227.2顶层图形设计......................................................227.3系统仿真演示结果..................................................23IV总结与展望...........................................................24致谢.................................................................25参考文献.............................................................26附录.................................................................2811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