基于FPGA的数字密码锁(DOC)

千里之行，始于足下。第2页/共2页精品文档推荐基于FPGA的数字密码锁(DOC)CPLD/FPGA课程设计项目名称：基于FPGA的数字密码锁设计

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20XX年6月4日

摘要

本设计是基于现场可编程门阵列FPGA器件的电子密码锁的设计。经过Verilog语言操纵4位二进制数，组成数字罗列，形成一具简单的数字密码锁，假设预设密码为4位数：0000，当输入正确时输出为1、输入错误时输出为0。并且输出输入的次数，当3次以上输入错误时，输出一具报警信号，即使第四、五次输入正确也输出报警信号。

本设计利用Modelsim软件编写VerilogHDL硬件描述语言程序以实现输入密码、开锁、报警功能。经过仿真调试，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。

关键词：现场可编程门阵列；数字密码锁；VerilogHDL；

Abstract

ThisdesignistheelectroniccodelockfieldprogrammablegatearrayFPGAdevicesbaseddesign.ByVeriloglanguagecontrol4-bitbinarynumber,composedoffiguresarrangedtoformasimpledigitallock,assumingthatthedefaultpasswordis4digits:0000,correctoutputwhentheinputis1,theoutputoftheinputerrortozero.Atthesametimethenumberofinputandoutput,andwhenmorethanthreetimestheinputerror,analarmsignalisoutput,evenifthefourthandfifthalsoenterthecorrectoutputalarmsignal.

ThisdesignusesModelsimsoftwarewriteVerilogHDLhardwaredescriptionlanguageprogramtoimplementapasswordlock,alarmfunction.Thesimulationdebugging,usingtheprogrammabledeviceFPGAdesignbasicelectroniclockstoachievethedesiredpurpose.

Keywords:FPGA；Thedigitalcombinationlock；VerilogHDL；

名目

摘要IAbstractII第1章所选项目的研究意义(1)

1.1概述(1)

1.2数字密码锁的研究现状(2)

1.2.1数字密码锁的应用(3)

1.2.2数字密码锁的困难(3)

1.3本文研究意义(3)

1.4设计思路(4)

第2章设计方案(5)

2.1功能定义(5)

2.2模块设计(5)

第3章系统软件设计(7)

3.1设计概括(7)

3.2设计流程(7)

3.2.1密码存储模块(7)

3.2.2编码模块(8)

3.2.3比较模块(8)

3.3要紧程序模块(9)

第4章软件仿真(14)

4.1仿真过程(14)

4.2仿真结果(15)

4.3仿真分析(16)

4.3.1仿真过程(17)

结论(18)

参考文献(19)

附录1程序代码(20)

项目创新及特群(26)

第1章所选项目的研究意义

1.1概述

数字密码锁是一具小型的数字系统，与一般机械锁相比,具有许多独特的优点:保密性好,防盗性强,能够别用钥匙,记住密码即可开锁等。在人们平常日子中，贵重物品或个人信息资料大多数都已加锁的方式举行保管。假如使用传统的机械锁举行对物品及资料的保管，这么人们要携带非常多把钥匙在身上，携带很别便，而且钥匙丢失将对物品保管的安全性大打折扣，也为人们的日子及心情带来别便。

随着日子质量的别断提高，加强家庭防盗安全变得很重要，但传统机械锁的构造过于简单，非常容易被打开，从而落低了安全性。数字密码锁因为它的保密性非常高，安全系数也很高，再加上其别需要携带幸免了丢失的也许，省去了因钥匙丢失而需要换锁的烦恼，受到了越来越多的人的欢迎。随着人们对高科技产品也越来越推崇，在当今社会科技的高度集中和创新，人们对日常日子中爱护自身及财产安全的物品很追捧，对其安全性的要求也很的高。为了达到人们对锁具安全性的高要求，加强锁具的安全保密性，用密码锁来取代传统机械锁的锁具是必定趋势。数字密码锁比传统机械锁具更加的安全[1]。

锁具进展到如今已有若干年的历史了，锁是用于保管物品的器件，用来关住某种器物的一种器具。其必须用钥匙才干打开。因此在人们的日常日子中离别开锁，这使得我们队锁具的结构和原理也多少有点了解，所以，就有了别借用钥匙就打开锁的办法。锁具都存在致命的弱点，比如锁芯采纳常见的铜、锌、铝等材料容易遭到暴力破坏，还有算是锁具制作工艺的技术降后,从而导致防盗功能缺失,目前，国内市场的锁具，实际上都别具备真正的防盗功能,在惯偷面前用几件简单工具就能够轻松打开这些锁,事实上别是他们多么的高超，而是普通锁具的原理过于简单,面对这一社会现状，新时代提出了锁具必须改革的迫切需求[2]。

安全防盗已成为人们所关注的焦点。但是传统机械弹子锁安全性低，密码量少且需时间携带钥匙使其无法满脚一些特定场合的应用要求，特殊是在人员经常变动的公共场所，目前使用的电子密码锁要紧有两个方案：一是基于单片机用分立元件实现的，二是经过现代人体生物特征识不技术实现的，前者电路较复杂且灵便性差，无法满脚应用要求；后者有其先进性但需思考成本和安全性等诸多因素。基于此，本文设计了一种新型电子密码锁，采纳FPGA芯片，目前以硬件描述语言（Verilog或VHDL）所完成的电路设计，能够通过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA上举行测试，是现代IC设计验证的技术主流[3]。这些可编辑元件能够被用来实现一些基本的逻辑门电路（比如AND、OR、XOR、NOT）或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。在大多数

的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含经历元件例如触发器（Flip－flop）或者其他更加完整的经历块。

FPGA普通来讲比ASIC（专用集成芯片）的速度要慢，无法完成复杂的设计，而且消耗更多的电能。然而他们也有非常多的优点比如能够快速成品，能够被修改来改正程序中的错误和更廉价的造价。厂商也也许会提供廉价的然而编辑能力差的FPGA。因为这些芯片有比较差的可编辑能力，因此这些设计的开辟是在一般的FPGA上完成的，然后将设计转移到一具类似于ASIC的芯片上。另外一种办法是用CPLD（复杂可编程逻辑器件备）[4]。

所以，随着电子技术的飞快进展数字密码锁的产生是必定，其在使用的方便性、防盗报警功能、智能治理等方面基本上传统机械锁无法比拟的，在对安全性有较高要求的设施及场所中得到了广泛应用。

1.2数字密码锁的研究现状

现现在，随着高新技术的涌入，对传统锁具举行了非常大的的改进，锁具的防盗性能得到了充分的加强，由传统锁具改进的智能密码锁已成为现现在安防系统中最强大的组成部分，它的作用是每一具传统机械锁具无法取代的。由于其在市场中巨大的潜力，国内外许多的公司都投入非常大的人力、物力来从事智能数字密码锁的研究开辟生产。

目前，市场上比较先进的智能电子密码锁分不有：IC卡电子密码锁、射频卡式电子密码锁、红外遥控电子密码锁、指纹识不电子密码锁和瞳孔识不电子密码锁等。IC卡电子密码锁成本低，体积小，卡片本身无须电源等优点占据了一定的市场份额，然而由于有机械接触，会产生接触磨损，而且使用别太方便，在一定程度上限制了它的应用；射频卡式电子密码锁是非接触式电子密码锁，成本也别太高，体积跟IC卡密码锁相当，卡片使用感应电源，分量非常轻，技术成熟，受到了广泛的欢迎，然而与IC卡电子密码锁相比，成本偏高；指纹识不电子密码锁和瞳孔识不电子密码锁可靠性非常高，安全性是目前应用系统中最高的，然而成本高昂，还没进入大众化使用时期[5]。

在国外，美国、XXX、德国的电子密码锁保密性较好，并结合感应卡技术，生物识不技术，使电子密码锁系统得到了飞跃式的进展。这几个国家的密码锁识不的密码更复杂，同时综合性比较好，差不多进入了成熟期，浮现了感应卡式密码锁，指纹式密码锁，虹膜密码锁，面部识不密码锁，序列混乱的键盘密码锁等各种技术的系统，它们在安全性，方便性，易治理性等方面都各有特长，新型的电子密码锁系统的应用也越来越广。

1.2.1数字密码锁的应用

密码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点。在安全技术防范领域，具有防盗报警功能的电子密码锁逐渐代替传统的机械式密码锁，克服了机械式密码锁密码量少、安全性能差的缺点，使密码锁不管在技术上依然在性能上都大大提高一步[6]。随着大规模集成电路技术的进展，浮现了带微处理器的智能密码锁，它除具有电子密码锁的功能外，还引入了智能化治理、专家分析系统等功能，从而使密码锁具有非常高的安全性、可靠性，应用日益广泛[7].随着人们对安全的重视和科技的进展，许多电子智能锁（指纹识不、IC卡辨认）已在国内外相继面世。然而这些产品的特点是针对特定的指纹和有效卡，只能适用于保密要求的箱、柜、门等。而且指纹识识不器若在公共场所使用存在容易机械损坏，IC卡还存在容易丢失、损坏等特点。加上其成本较高，一定程度上限制了这类产品的普及和推广。鉴于目前的技术水平与市场的接收程度，电子密码锁是这类电子防盗产品的主流[8]。

1.2.2数字密码锁的困难

1.VerilogHDL语言的程序设计和操纵函数的调用

编写VerilogHDL语言时，输入4位密码未能和程序预设密码举行比较，不管密码输入正确与否，锁均别打开，而且报警计数器也别举行+1操作。在程序编译时，函数调未能调用成功。

2.报警程序模块的设计

计数器+1操作举行时，系统中断，从而导致系统重置，计数器又从0开始举行+1操作，导致系统别报警。

3.用Modelsim仿真软件波形时，为准确输出正确波形

在程序编写时，未思考初始密码，导致波形错误。

1.3本文研究意义

电子杂志、报刊经常刊登有密码开关、密码锁如此的电路，大多数是使用常用的数字电路，如CD4017，然后经过别同的连接方式实现密码操纵功能。这种电路的特点算是密码修改只能经过改变电路的连接来实现，密码非常容易被破解，电路复杂，故障率高。本制作是针对这些电路而设计的，将以往的以单片机实现设计改为可编程器件FPGA利用VerilogHDL编程实现电子密码锁的设计。这种设计挪移方便。基于FPGA的电子密码锁具有保密强、灵便性高、适用范围广等特点，它在键盘上输入，与打电话已经，

因而易于掌握，其突出优点是“密码”是记在被授权人脑子里的数字和字符，既准确又可靠，不可能丢失（除了不记得），难以被窃（除非自个儿泄露）。然而密码别能太简单，太简单了就容易被他人在键盘上试探出来，或者也许被旁观者窥测出来，造成保密性别脚。固然，密码又别能太复杂，太复杂了也许自个儿都糊涂了，或者输入密码操作成功率低，造成使用别便。所以，为了发扬优点、克服弱点，本设计采纳“任意设定数字密码”技术使得被授权人能够依照自个儿的需要或喜好设定密码，常用常新，在输入密码的过程中，当延续三次浮现密码错误时，则系统会长时刻报警别止，这时必须按复位方可停止。

本设计的FPGA电子密码锁的特点是：体积小、功耗低、价格廉价、安全可靠,维护和升级都十分方便,具有较好的应用前景。它与传统锁具的别同之处在于：它与可编程逻辑器件实现系统的设计，应用简洁清楚的VerilogHDL语言实现设计编程思想，可以实现适时、智能操纵治理功能，特殊是在系统的扩展上有非常好的优势[9]。

1.4设计思路

基于FPGA实现的数字密码锁设计中，要紧包括4大部分：FPGA器件、密码存储、译码电路、报警电路。其中FPGA为主控部分，将消除同步模块、计数器模块、操纵器模块都用VerilogHDL语言写入FPGA中代替了传统复杂的电路设计，也省去了非常多繁琐的调试步骤。惟独这些模块在Modelsim平台经过了仿真，就能够实现传统电路模块的功能。本次设计的数字密码锁要紧是利用软件的编程来对主控模块的实现。当经过按键输入密码后，就把输入的信号送给FPGA，FPGA通过里面个模块的处理后传给了各输出电路模块。密码存储器要紧是用来存储密码和防止电源掉电而导致密码锁的数据丢失和提高密码锁的安全性。

关于本次密码锁的初步设计，首先要有一具大体的思路。本次设计采纳FPGA为核心器件，经过Modelsim对其举行程序仿真，组成的完整系统。程序经过采集输入信息，与FPGA的存储值举行比较，假如密码正确，则开锁电路打开；假如密码错误，锁别打开，同时计数器举行+1操作；累计3次输入密码错误，给警报一具高电平，让其报警。

第2章设计方案

2.1功能定义

数字密码锁具体功能如下：

（1）用户初次使用，可按下am_en键举行密码设置。

（2）开锁时一次完整的输入密码，当输入的密码与设置的密码相并且密码锁打开，即lockopen为高电平，连接的绿灯亮；否则密码锁关闭，即warn_en为高电平，连接的红灯亮。

（3）当输入错误的次数>3时，密码锁强制自动关闭。

表2-1数字密码锁的FPGA引足定义

Inputrst复位信号高电平有效

Inputam_en密码设置键高电平有效

Inputcipher_in

密码输入

[3:0]

InputEnter确定键高电平有效

OutputReturn清除键高电平有效

Outputwarn_en密码错误或输入次>3高电平有效

2.2模块设计

2.2.1密码设置或修改模块

用户初次使用密码锁时可经过按am_en键举行密码设置，先输入初始密码0000，则进入密码设置，高电平有效。密码是二进制的四位数字密码。

往后修改密码时，按am_en键，然后输入旧密码，正确时方可进入密码设置选项，

否则重新开始。

1.密码输入模块

开锁时，一次完整输入密码后，按下enter键举行密码验证，高电平有效，看输入的数字是否等于原密码的值，密码正确时开锁，否则关闭。

当输入有误时，按下return键，清除输入的数字，重新输入