电子密码锁文献综述

关键词：电子密码锁；FPGA；硬件描述语言；EDA 目 录 1 绪 论 1 1.1 国内外现状及其发展 1 1.2 电子密码锁的原理 2 1.3 电子密码锁的系统简介 4 1.4 系统设计要求 4 1.5 本课题的研究目的和意义 5 2 现场可编程门阵列FPGA 6 2.1 FPGA的基本结构 6 2.2 FPGA的优点 10 2.3 FPGA的设计流程 11 2.4 自顶向下设计法 17 2.5用模块化设计FPGA 18 3 VHDL硬件描述语言 20 3.1 VHDL语言的基本结构 20 3.2 结构体的描述方式 21 3.3 自上而下（TOP DOWN）的设计方法 22 4 电子密码锁的设计与仿真 24 4.1 硬件设备 24 4.2 几个主要功能模块的设计 25 4.3 计算机仿真 32 结 束 语 38 参考文献 39 附录1英文原文 41 附录2中文译文 50 附录3源程序 57 1.1 国内外现状及其发展 随着人们生活水平的提高和安全意识的加强，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[1]。 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[2]。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FPGA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 电子密码锁的系统简介 通用的电子密码锁主要由三个部分组成：数字密码输入电路、密码锁控制电路和密码锁显示电路。 （1） 密码锁输入电路包括时序产生电路、键盘扫描电路、键盘弹跳消除电路、键盘译码电路等几个小的功能电路。 （2）密码锁控制电路包括按键数据的缓冲存储电路，密码的清除、变更、存储、激活电锁电路（寄存器清除信号发生电路），密码核对（数值比较电路），解锁电路（开/关门锁电路）等几个小的功能电路。 （3）密码显示电路主要将显示数据的BCD码转换成相对应的编码。如，若选用七段数码管显示电路，主要将待显示数据的BCD码转换成数码器的七段显示驱动编码[4]。 1.4 系统设计要求 设计一个具有较高安全性和较低成本的通用电子密码锁，具体功能要求如下： （1）数码输入：每按下一个数字键，就输入一个数值，并在显示器上的显示出该数值，同时将先前输入的数据依序左移一个数字位置。 （2）数码清除：按下此键可清除前面所有的输入值，清除为“0000”。 （3）密码更改：按下此键时会将目前的数字设定成新的密码。 （4）激活电锁：按下此键可将密码锁上锁。 （5）解除电锁：按下此键会检查输入的密码是否正确，密码正确即开锁。 1.5 本课题的研究目的和意义 随着人们生活水平的提高，对家庭防盗技术的要求也是越来越高，传统的机械锁由于其构造的简单，被撬的事件屡见不鲜，电子锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的欢迎。现在市场上主要是基于单片机技术的电子密码锁，但可靠性较差。FPGA即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物，是一种超大规模集成电路，具有对电路可重配置能力。通常FPGA都有着上万次的重写次数，也就是说现在的硬件设计和软件设计一样灵活、方便。相对于基于单片机技术的电子密码锁，用FPGA器件来构成系统，可靠性提高，并且由于FPGA具有的现场可编程功能，使得电子密码锁的更改与升级更为方便简单[3]。 通过本次设计掌握FPGA系统设计的方法，熟悉FPGA设计的相关软件，以及硬件描述语言的使用，了解电子密码锁的系统构成，利用FPGA实现电子密码锁的设计与实现，可以加深自己对所学专业的认识，关联知识，增强自己的动手能力，积累实践经验，为以后的工作打好基础。 参考文献 [1] 李连华.基于FPGA的电子密码锁设计.中国科技信息,2006,(01):64 [2] 许琦.基于FPGA的电子密码锁的设计.科技信息,2006,(10):240-241 [3] 王卫兵,刘克刚,朱秋萍.用FPGA的电子密码锁.电子技术,2005,(01):26-28 [4] 赵益丹,徐晓林,周振峰.电子密码锁的系统原理、设计程序及流程图.嘉兴学院学报,2003,15(S1):103-105 [5] 陆重阳,卢东华.FPGA技术及其发展趋势.微电子技术,2003,(01):5-7 [6] 王晓勇.FPGA的基本原理及运用.舰船电子工程,2005,(02):82-85 [7] 程耀林.FPGA的系统设计方法解析.现代电子技术,2005,(19):90-93