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關鍵詞：電子密碼鎖；FPGA；硬件描述語言；EDA 目 錄 1 緒 論 1 1.1 國內外現(xiàn)狀及其發(fā)展 1 1.2 電子密碼鎖的原理 2 1.3 電子密碼鎖的系統(tǒng)簡介 4 1.4 系統(tǒng)設計要求 4 1.5 本課題的研究目的和意義 5 2 現(xiàn)場可編程門陣列FPGA 6 2.1 FPGA的基本結構 6 2.2 FPGA的優(yōu)點 10 2.3 FPGA的設計流程 11 2.4 自頂向下設計法 17 2.5用模塊化設計FPGA 18 3 VHDL硬件描述語言 20 3.1 VHDL語言的基本結構 20 3.2 結構體的描述方式 21 3.3 自上而下（TOP DOWN）的設計方法 22 4 電子密碼鎖的設計與仿真 24 4.1 硬件設備 24 4.2 幾個主要功能模塊的設計 25 4.3 計算機仿真 32 結 束 語 38 參考文獻 39 附錄1英文原文 41 附錄2中文譯文 50 附錄3源程序 57 1.1 國內外現(xiàn)狀及其發(fā)展 隨著人們生活水平的提高和安全意識的加強，對安全的要求也就越來越高。鎖自古以來就是把守護門的鐵將軍，人們對它要求甚高，既要安全可靠的防盜，又要使用方便，這也是制鎖者長期以來研制的主題。隨著電子技術的發(fā)展，各類電子產品應運而生，電子密碼鎖就是其中之一。據(jù)有關資料介紹，電子密碼鎖的研究從20世紀30年代就開始了，在一些特殊場所早就有所應用。這種鎖是通過鍵盤輸入一組密碼完成開鎖過程。研究這種鎖的初衷，就是為提高鎖的安全性。由于電子鎖的密鑰量（密碼量）極大，可以與機械鎖配合使用，并且可以避免因鑰匙被仿制而留下安全隱患。電子鎖只需記住一組密碼，無需攜帶金屬鑰匙，免除了人們攜帶金屬鑰匙的煩惱，而被越來越多的人所欣賞。電子鎖的種類繁多，例如數(shù)碼鎖，指紋鎖，磁卡鎖，IC卡鎖，生物鎖等。但較實用的還是按鍵式電子密碼鎖。 20世紀80年代后，隨著電子鎖專用集成電路的出現(xiàn)，電子鎖的體積縮小，可靠性提高，成本較高，是適合使用在安全性要求較高的場合，且需要有電源提供能量，使用還局限在一定范圍，難以普及，所以對它的研究一直沒有明顯進展。 目前，在西方發(fā)達國家，電子密碼鎖技術相對先進，種類齊全，電子密碼鎖已被廣泛應用于智能門禁系統(tǒng)中，通過多種更加安全，更加可靠的技術實現(xiàn)大門的管理。在我國電子鎖整體水平尚處于國際上70年代左右，電子密碼鎖的成本還很高，市場上仍以按鍵電子鎖為主，按鍵式和卡片鑰匙式電子鎖已引進國際先進水平，現(xiàn)國內有幾個廠生產供應市場。但國內自行研制開發(fā)的電子鎖，其市場結構尚未形成，應用還不廣泛。國內的不少企業(yè)也引進了世界上先進的技術，發(fā)展前景非�？捎^。希望通過不斷的努力，使電子密碼鎖在我國也能得到廣泛應用[1]。 目前使用的電子密碼鎖大部分是基于單片機技術，以單片機為主要器件，其編碼器與解碼器的生成為軟件方式[2]。在實際應用中，由于程序容易跑飛，系統(tǒng)的可靠性能較差�；�于現(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA器件的電子密碼鎖，用FPGA器件構造系統(tǒng)，所有算法完全由硬件電路來實現(xiàn)，使得系統(tǒng)的工作可靠性大為提高。由于FPGA具有現(xiàn)場可編程功能，當設計需要更改時，只需更改FPGA中的控制和接口電路，利用EDA工具將更新后的設計下載到FPGA中即可，無需更改外部電路的設計，大大提高了設計的效率。 1.3 電子密碼鎖的系統(tǒng)簡介 通用的電子密碼鎖主要由三個部分組成：數(shù)字密碼輸入電路、密碼鎖控制電路和密碼鎖顯示電路。 （1） 密碼鎖輸入電路包括時序產生電路、鍵盤掃描電路、鍵盤彈跳消除電路、鍵盤譯碼電路等幾個小的功能電路。 （2）密碼鎖控制電路包括按鍵數(shù)據(jù)的緩沖存儲電路，密碼的清除、變更、存儲、激活電鎖電路（寄存器清除信號發(fā)生電路），密碼核對（數(shù)值比較電路），解鎖電路（開/關門鎖電路）等幾個小的功能電路。 （3）密碼顯示電路主要將顯示數(shù)據(jù)的BCD碼轉換成相對應的編碼。如，若選用七段數(shù)碼管顯示電路，主要將待顯示數(shù)據(jù)的BCD碼轉換成數(shù)碼器的七段顯示驅動編碼[4]。 1.4 系統(tǒng)設計要求 設計一個具有較高安全性和較低成本的通用電子密碼鎖，具體功能要求如下： （1）數(shù)碼輸入：每按下一個數(shù)字鍵，就輸入一個數(shù)值，并在顯示器上的顯示出該數(shù)值，同時將先前輸入的數(shù)據(jù)依序左移一個數(shù)字位置。 （2）數(shù)碼清除：按下此鍵可清除前面所有的輸入值，清除為“0000”。 （3）密碼更改：按下此鍵時會將目前的數(shù)字設定成新的密碼。 （4）激活電鎖：按下此鍵可將密碼鎖上鎖。 （5）解除電鎖：按下此鍵會檢查輸入的密碼是否正確，密碼正確即開鎖。 1.5 本課題的研究目的和意義 隨著人們生活水平的提高，對家庭防盜技術的要求也是越來越高，傳統(tǒng)的機械鎖由于其構造的簡單，被撬的事件屢見不鮮，電子鎖由于其保密性高，使用靈活性好，安全系數(shù)高，受到了廣大用戶的歡迎�，F(xiàn)在市場上主要是基于單片機技術的電子密碼鎖，但可靠性較差。FPGA即現(xiàn)場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、EPLD等可編程器件的基礎上進一步發(fā)展的產物，是一種超大規(guī)模集成電路，具有對電路可重配置能力。通常FPGA都有著上萬次的重寫次數(shù)，也就是說現(xiàn)在的硬件設計和軟件設計一樣靈活、方便。相對于基于單片機技術的電子密碼鎖，用FPGA器件來構成系統(tǒng)，可靠性提高，并且由于FPGA具有的現(xiàn)場可編程功能，使得電子密碼鎖的更改與升級更為方便簡單[3]。 通過本次設計掌握FPGA系統(tǒng)設計的方法，熟悉FPGA設計的相關軟件，以及硬件描述語言的使用，了解電子密碼鎖的系統(tǒng)構成，利用FPGA實現(xiàn)電子密碼鎖的設計與實現(xiàn)，可以加深自己對所學專業(yè)的認識，關聯(lián)知識，增強自己的動手能力，積累實踐經(jīng)驗，為以后的工作打好基礎。 參考文獻 [1] 李連華.基于FPGA的電子密碼鎖設計.中國科技信息,2006,(01):64 [2] 許琦.基于FPGA的電子密碼鎖的設計.科技信息,2006,(10):240-241 [3] 王衛(wèi)兵,劉克剛,朱秋萍.用FPGA的電子密碼鎖.電子技術,2005,(01):26-28 [4] 趙益丹,徐曉林,周振峰.電子密碼鎖的系統(tǒng)原理、設計程序及流程圖.嘉興學院學報,2003,15(S1):103-105 [5] 陸重陽,盧東華.FPGA技術及其發(fā)展趨勢.微電子技術,2003,(01):5-7 [6] 王曉勇.FPGA的基本原理及運用.艦船電子工程,2005,(02):82-85 [7] 程耀林.FPGA的系統(tǒng)設計方法解析.現(xiàn)代電子技術,2005,(19):90-93

回答者：19隨緣842016-07-04 00:00