FPGA技术在电子密码锁设计中的应用

版权申诉
0 下载量 114 浏览量 更新于2024-06-25 收藏 1.16MB DOC 举报
"基于EDA技术的电子密码锁的设计" 本文探讨了一种创新的电子密码锁设计,该设计利用了现场可编程门阵列(FPGA)技术和电子设计自动化(EDA)工具。传统的电子密码锁大多基于单片机技术,但存在程序跑飞导致系统可靠性下降的问题。相比之下,FPGA方案通过硬件电路实现算法,显著提高了系统的工作可靠性。 首先,文章强调了使用FPGA器件的优势。FPGA具有可现场编程的特性,这意味着在设计需要修改时,只需更新FPGA内部的控制和接口电路,而无需改动外部硬件,大大提升了设计的灵活性和效率。此外,采用硬件描述语言(如VHDL)进行设计,可以实现自顶向下的模块化方法,便于系统的升级和优化。 在设计过程中,作者采用了EDA工具Quartus II,这是一个广泛使用的FPGA开发平台。通过这个平台,设计者能够用VHDL语言描述电子密码锁的逻辑,并将设计映射到具体的FPGA芯片——Cyclone II系列。这种设计允许用户设置任意长度的密码,从而提供了比传统四位密码锁更高的安全级别。 文章还对比了国内外电子密码锁的发展现状。随着科技的进步和人们对安全需求的增加,电子密码锁的应用越来越广泛。尽管早期的研究始于20世纪30年代,但这类产品在特定领域的应用已经相当成熟。然而,随着消费者对安全性和便利性的更高追求,基于FPGA的电子密码锁因其高可靠性、易升级性和良好的经济效益,展现出广阔的应用前景。 基于EDA技术的FPGA电子密码锁设计提供了一个高效、安全且可灵活调整的解决方案,对于提升电子密码锁的安全性和用户体验具有重要意义。这样的设计不仅适用于住宅和商业环境,还可能在汽车、保险箱、智能设备等多个领域找到应用。未来,随着FPGA技术的进一步发展,我们可以期待更加先进、智能的电子密码锁系统出现。
2023-02-27 上传
目录 摘要 2 1绪论 3 1.1电子密码锁简介 3 1.2电子密码锁的国内外研究现状和发展趋势 3 1.3 EDA技术及VHDL语言 4 2电子密码锁总体设计 6 2.1总体设计方案 6 2.2设计思路简述 7 2.3整体组装设计原理图 8 3单元模块程序设计 9 3.1 电子密码锁输入模块 9 3.1.1输入模块程序 9 3.1.2输入模块单元 12 3.1.3输入模块仿真 12 3.2电子密码锁系统控制模块 12 3.2.1 控制模块程序 13 3.2.2 控制模块单元 15 3.2.3 控制模块仿真图 15 3.3电子密码锁系统显示模块 16 3.3.1 显示模块程序 16 3.3.2 显示模块单元 17 3.3.3 显示模块仿真 17 4小结 18 参考文献 19 电子密码锁设计 摘要 随着人们生活水平的提高,如何实现家庭防盗这一问题逐渐变的尤为突出,传统的机 械锁由于其构造简单,故安全性能不容乐观,同时电子技术的高速发展使得具有防盗报 警等功能的电子密码锁代替密码量少、安全性差的机械式密码锁已是必然趋势。电子密 码锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作,从而控制机械开关的闭合,完成开 锁、闭锁任务的电子产品。目前设计密码锁的方法有很多,而用VHDL可以更加快速、灵 活地设计出符合各种要求的密码锁,优于其他设计方法。 关键字:家庭防盗 安全 电子密码锁 VHDL 1绪论 1.1电子密码锁简介 电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作,从而控制机械开关的闭合 ,完成开锁、闭锁任务的电子产品。它的种类很多,有简易的电路产品,也有基于芯片 的性价比较高的产品。现在应用较广的电子密码锁是以芯片为核心,通过编程来实现的 。其性能和安全性已大大超过了机械锁。其特点如下:保密性好,编码量多,远远大于 弹子锁,随机开锁成功率几乎为零;密码可变,用户可以随时更改密码,防止密码被盗 ,同时也可以避免因 人员的更替而使锁的密级下降;误码输入保护,当输入密码多次错误时,报警系统自动 启动;无活动零件,不会磨损,寿命长;使用灵活性好,不像机械锁必须佩带钥匙才能 开锁;电子密码锁操作简单易行,一学即会。 1.2电子密码锁的国内外研究现状和发展趋势 随着生活水平的提高和安全意识的加强,人们对安全的要求也就越来越高。锁自古以 来就是把守护门的铁将军,人们对它要求甚高,既要安全可靠的防盗,又要使用方便, 这也是制锁者长期以来研制的主题。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(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 积缩小,可靠性提高,成本较高,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。目 前,在西方发达国家,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。在我国电子 锁整体水平尚处于国际上70年代左右,电子密码锁的成本还很高,市场上仍以按键电子 锁为主,按键式和卡片钥匙式电子锁已引进国际先进水平,现国内有几个厂生产供应市 场。但国内自行研制开发的电子锁,其市场结构尚未形成,应用还不广泛。国内的不少 企业也引进了世界上先进的技术,发展前景非常可观。希望通过不断的努力,使电子密 码锁在我国也能得到广泛应用。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。基于现场可编程逻辑门阵列FPGA器件的电子密码锁,用FP GA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。 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。 1.3 EDA技术及VHDL语言 在电子设计技术领域,可编程逻辑器件(如PLD,GAL)的应用,已有了很好的普及。这些 器件为数字系统的设计带来极大的灵活性。由于这类器件可以通过软件编程而对其硬件 的结