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基于FPGA的电子密码锁的设计.doc

发布时间：2022-06-25 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.67M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    引言
    第一章 绪论
    1.1 国内外现状及其发展
    1.2 本课题的研究目的和意义
    1.3 课程设计的实现目的
    第二章 现场可编程门阵列FPAG
    2.1 可编程逻辑器件的介绍
    2.2 FPGA的应用特点
    2.3 VHDL语言的简介
    第三章 系统设计方案的研究
    3. 1 具体系统设计原理
    3.2密码锁输入电路
    3.3 密码锁输入电路各主要功能模块的设计
    3.3.1 键盘扫描电路
    3.3.2时序产生电路
    3.3.3 键盘译码电路
    3.3.4 弹跳消除电路
    3.3.5 输入电路的例化图
    3.4 密码锁控制电路设计
    3.4.1 数字按键输入的响应控制
    3.4.2 功能按键输入的响应控制
    3.4.3 密码锁控制模块图
    3.5密码锁显示电路的设计
    3.5.1 密码译码电路
    3.5.2 LED显示器结构与原理
    3.5.3 报警电路
    3.5.4 密码锁结构
    第四章 密码锁的顶层电路图
    第五章 系统有关编译和仿真
    5.1 系统相关的编译
    5.2 防抖模块的仿真
    5.3 密码锁输入电路的仿真
    5.4 密码锁控制电路的仿真
    5.5 显示电路的部分的仿真
    结论
    致谢
    参考文献
    附录A
    ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 本 科 毕 业 论 文 基于 FPGA 的电子密码锁的设计 The design of electronic password lock based on FPGA 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导 下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的 地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为 获得安阳工学院及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提 供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了 谢意。 作 者 签 名： 日 期：
    指导教师签名： 日 期： 使用授权说明 本人完全了解安阳工学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规 定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有 权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为 目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名： 日 期： 目录 摘要 ............................................................ I Abatract .......................................................II 引言 ............................................................ 1 第一章 绪论 ..................................................... 2 1.1 国内外现状及其发展.......................................................................................................2 1.2 本课题的研究目的和意义...............................................................................................2 1.3 课程设计的实现目的.......................................................................................................3 第二章 现场可编程门阵列 FPAG ...................................4
    2.1 可编程逻辑器件的介绍...................................................................................................4 2.2 FPGA 的应用特点............................................................................................................4 2.3 VHDL 语言的简介............................................................................................................5 第三章 系统设计方案的研究 ...................................... 6 3. 1 具体系统设计原理.........................................................................................................7 3.2 密码锁输入电路................................................................................................................8 3.3 密码锁输入电路各主要功能模块的设计..................................................................... 8 3.3.1 键盘扫描电路................................................................................................................8 3.3.2 时序产生电路...............................................................................................................10 3.3.3 键盘译码电路..............................................................................................................10 3.3.4 弹跳消除电路............................................................................................................11 3.3.5 输入电路的例化图....................................................................................................13 3.4 密码锁控制电路设计.....................................................................................................13 3.4.1 数字按键输入的响应控制..........................................................................................13 3.4.2 功能按键输入的响应控制........................................................................................14 3.4.3 密码锁控制模块图....................................................................................................15 3.5 密码锁显示电路的设计..................................................................................................15 3.5.1 密码译码电路..............................................................................................................16 3.5.2 LED 显示器结构与原理............................................................................................ 16 3.5.3 报警电路......................................................................................................................17 3.5.4 密码锁结构..................................................................................................................18 第四章 密码锁的顶层电路图 ...................................... 20 第五章 系统有关编译和仿真 ..................................... 21 5.1 系统相关的编译.............................................................................................................21 5.2 防抖模块的仿真.............................................................................................................21 5.3 密码锁输入电路的仿真.................................................................................................22
    5.4 密码锁控制电路的仿真.................................................................................................22 5.5 显示电路的部分的仿真.................................................................................................23 结论 ........................................................... 24 致谢 ........................................................... 25 参考文献 ....................................................... 26 附录 A ......................................................... 27
    基于 FPGA 的电子密码锁的设计 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。 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：电子密码锁 FPGA 硬件描述语言 I
    The design of electronic password lock based on FPGA Abatract:With the development of electronic technology, electronic password lock with burglar alarm and other functions replacing less password and poor security mechanical code lock is an inevitable trend. compared electronic password lock with ordinary mechanical locks, it has many unique advantages：confidentiality, and security in nature, do not use the key, remember password can unlock it etc .Most electronic password locks we used now is based upon SCM technology ,SCM is its mainly device ,and the creating of encoding and decoding devices is the fashion of Software mode. In practical application, the reliability of the system may be worse because of easy running fly of the programme. This paper mainly expatiates a design method of electronic password lock based upon Field Programmable Gate Array device. We use FPGA devices to construct system , all of the algorithm entirely achieved by the hardware circuit , because of FPGA has the function of ISP , when the design needs to be changed We only need to change the control and interface circuit of FPGA, tools are used to download the updated design to FPGA without changing the design of the external circuit , this greatly enhance the efficiency of the design .Therefore , we use FPGA to empolder the digital system has not only high reliability but also extremely convenient of upgrading and improvement .In this paper ,we use technology , Quartus II platform and hardware description language designing an electronic password lock ,and it achieved through an FPGA chip. Keywords：electronic password lock FPGA hardware description language II
    引言 电子密码锁的使用体现了人们的消费水平、保安意识和科技水平的提高，而且避免 了携带甚至丢失钥匙的麻烦。目前设计密码锁的方法很多，例如传统的 PCB 板设计、用 PLC 设计或者单片机设计等等。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。VHDL 是一种符合 IEEE 标准的硬件描述语言，其最大的特点是借 鉴高级程序语言的功能特性，对电路的行为与结构进行高度的抽象化、规范化的形式描述， 并对设计的不同层次、不同领域的模拟验证与综合优化等处理，使设计过程延到高度自动 化。 1
    第一章 绪论 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。 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 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。 1.2 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 2
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