基于fpga的电子密码锁的设计.doc

随着社会物质财富的日益增长，安全防盗已成为人们所关注的焦点。然而传统机械弹子锁安全性低，密码量少且需时刻携带钥匙使其无法满足一些特定场合的应用要求，特别是在人员经常变动的公共场所，目前使用的电子密码锁主要有两个方案：一是基于单片机用分立元件实现的，二是通过现代人体生物特征识别技术实现的，前者电路较复杂且灵活性差，无法满足应用要求；后者有其先进性但需考虑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，采用FPGA芯片，目前以硬件描述语言（Verilog 或 VHDL）所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至 FPGA 上进行测试，是现代 IC 设计验证的技术主流。这些可编辑元件可以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记忆元件例如触发器（Flip－flop）或者其他更加完整的记忆块。
FPGA一般来说比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。但是他们也有很多的优点比如可以快速成品，可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。厂商也可能会提供便宜的但是编辑能力差的FPGA。因为这些芯片有比较差的可编辑能力，所以这些设计的开发是在普通的FPGA上完成的，然后将设计转移到一个类似于ASIC的芯片上。另外一种方法是用CPLD（复杂可编程逻辑器件备）。
1 系统功能描述
　　本设计主要实现以下六个功能：
　　（1）初始密码设置：系统上电后输入4位数字并按“*”后密码设置成功系统进入上锁状态。为了实际需要，系统另设置了一个4位数的优先级密码，当用户忘记密码或被他人更改密码后，可以用优先级密码清除所设密码。
　　（2）密码更改：为了密码安全及避免误操作，只能在***状态下先输入旧密码后才能更改系统密码，然后输入4位新密码后按“*”。
　　（3）解锁：输入密码或优先级密码后按“#”，系统即解锁。
　　（4）密码保护：密码输入错误时，系统自动记录一次错误输入，当错误输入次数等于3次时，系统报警并使键盘失效5分钟，以免密码被盗。
　　（5）清除输入错误：当输入数位小于4位时可以按“*”清除前面所有的输入值，清除为“0000”。
　　（6）系统复位：按“*”和“#”后系统即复位到初始状态。考虑到实际情况，系统只在密码更改状态和系统初始状态下才能复位。
2 系统设计思路
　　VHDL主要用于描述数字系统的结构，行为，功能和接口。除了含有许多具有硬件特征的语句外，VHDL的语言形式、描述风格以及语法是十分类似于一般的计算机高级语言。VHDL的程序结构特点是将一项工程设计，或称设计实体（可以是一个元件，一个电路模块或一个系统）分成外部（或称可视部分，及端口）和部（或称不可视部分），既涉及实体的部功能和算法完成部分。在对一个设计实体定义了外部界面后，一旦其部开发完成后，其他的设计就可以直接调用这个实体。
　　本文采用自顶向下的模块化设计方法，先对系统级进行功能描述，再进行功能模块的划分，最后分别对各个子模块进行VHDL建模。所设计的电子密码锁系统结构如图1所示。
键盘消抖 键盘编码 输入处理 显示
系