FPGA基于verilog HDL的密码锁

EDA课程设计课设

密码锁

名称：

课设

2014.6.23——7.5 日期：

姓

陈飞

名：

学

110250101

号：

哈尔滨工业大学（威海）

信电学院电子信息工程

2014.6

一. 所用软件与硬件介绍

1.1所用软件介绍

QuartusII是Altera公司的综合性PLD/FPGA开发软件，支持原理图、VHDL、VerilogHDL以及AHDL（Altera Hardware Description Language）等多种设计输入形式，内嵌的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程。

QuartusII可以在XP、Linux以及Unix上使用，除了可以使用TCL脚本完成设计流程外，提供了完善的用户图形界面设计方式。具有运行速度快，界面统一，功能集中，易学易用等特点。

QuartusII支持Altera的IP核，包含了LPM/MegaFunction宏功能模块库，使用户可以充分利用成熟的模块，简化了设计的复杂性、加快了设计速度。对第三方EDA工具的良好支持也使用户可以在设计流程的各个阶段使用熟悉的第三方EDA工具。

此外，QuartusII 通过和DSP Builder工具与Matlab/Simulink相结合，可以方便地实现各种DSP应用系统；支持Altera的片上可编程系统（SOPC）开发，集系统级设计、嵌入式软件开发、可编程逻辑设计于一体，是一种综合性的开发平台。

Maxplus II 作为Altera的上一代PLD设计软件，由于其出色的易用性而得到了广泛的应用。目前Altera已经停止了对MaxplusII 的更新支持，QuartusII 与之相比不仅仅是支持器件类型的丰富和图形界面的改变。Altera在QuartusII 中包含了许多诸如SignalTapII、Chip Editor和RTL Viewer的设计辅助工具，集成了SOPC和HardCopy设计流程，并且继承了MaxplusII 友好的图形界面及简便的使用方法。

1.2所用硬件介绍

硬件的总体设计：

故由上图，将整个硬件电路部分主要分成五个部分，即：FPGA电路设计，

数码管显示驱动电路设计，温度传感器电路设计，报警电路设计，键盘矩阵控制电路设计。

I.FPGA芯片的介绍

在本次课程设计中选用Altera公司Cyclone II系列FPGA器件。

Altera公司2004年推出了新款Cyclone II系列FPGA器件。Cyclone II FPGA 的成本比第一代Cyclone器件低30%，逻辑容量大了三倍多，可满足低成本大批量应用需求。

随着低复杂度FPGA器件成本的不断下降，具有灵活性和及时面市优势的FPGA与 ASIC相比更有竞争性，在数字消费市场上的应用也急剧增加。第一代Cyclone系列迄今发售了3百多万片，在全球拥有3,000多位客户，对大批量低成本数字消费市场有着巨大的影响，该市场消纳了三分之一的器件。

同时，Cyclone II器件系列也在电信、计算机外设、工业和汽车市场上获得了巨大的进步。Cyclone II器件包含了许多新的特性，如嵌入存储器、嵌入乘法器、PLL和低成本的封装，这些都为诸如视频显示、数字电视(DTV)、机顶盒(STB)、DVD播放器、DSL调制解调器、家用网关和中低端路由器等批量应用进行了优化。

Cyclone II器件采用TSMC90nm低K绝缘材料工艺技术，这种技术结合Altera 低成本的设计方式，使之能够在更低的成本下制造出更大容量的器件。这种新的器件比第一代Cyclone产品具有两倍多的I/O引脚，且对可编程逻辑，存储块和其它特性进行了最优的组合，具有许多新的增强特性

低成本的配置器件编辑Altera为配置Cyclone II FPGA提供了低成本的串行配置器件。这些串行配置器件定价为批量应用，成本是相应Cyclone II FPGA 的10%。四个串行配置器件(1Mbit，4Mbit，16Mbit和64Mbit)提供了节省空间的8脚和16脚SOIC封装。器件中任何不用于配置的存储器可用于一般存储，进一步增强其价值。

IP编辑Altera也为Cylcone II器件客户提供了40多个可定制IP核，Altera 和Altera Megafunction伙伴计划(AMPPSM)合作者提供的不同的IP核是专为Cyclone II架构优化的，包括：Nios II嵌入式处理器；DDR SDRAM控制器；FFT/IFFT；PCI编译器；FIR编译器；NCO编译器；POS-PHY编译器；Reed Solomon 编译器；Viterbi编译器等等。

II.数码管显示器

液晶显示器按其功能可分为三类，笔段式液晶显示器，字符点阵式液晶显示器和图形点阵式液晶显示器。前两种可以显示数字，字符，符号等。而图形点阵式液晶显示器还可以显示汉子和任意图形，达到图文并茂的鲜果。

在本课程设计中，受到试验箱的限制，在这里使用的是基本的数码管显示。

当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的字样了。

如：显示一个“2”字，那么应当是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp 不亮。LED数码管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组成，而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管组成，一般情况下，单个发光二极管的管压降为1.8V左右，电流不超过30mA。发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管，发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。常用LED

数码管显示的数字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。

二．系统设计

2.1设计思想

2.1.1课题背景

众所周知，随着科学技术的发展，以及数字电路的各种产品广泛应用，传统意义上的机械锁应用领域有限，且方便性不高。由于其构造简单，多

数采用物理性结构且多数有常识的人对其构造了如指掌，安全性不高。相对机械锁，电子密码锁其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，可实时改变其密码，使用极

其方便，在当今社会得到了极其广泛的应用，也将是未来发展的趋势。本设计使用

EDA设计，使设计过程得到高度自动化，其具有强大的设计、测试、仿真分析、管

理等功能。使用EDA环境完成电路的系统综合设计和仿真。

在数字信息技术高速发展的今天，越来越多的地方需要电子密码锁来进行信息的加密与保密，而这种功能是传统机械锁无法实现的，因此，电子密

码锁的设计越来越重要。其设计直接关系到其使用的安全性，灵活性，实用性，以

及用户体验。

所以，在这个背景下，学会和掌握密码锁的设计是尤其重要的，而且要在这个基础上，不断提高其灵活，实用，及用户体验性。

2.1.2设计目的

1.以往机械锁使用繁琐，安全性低，灵活性差，应用领域有限。而密码

锁可以应用于各个领域，如电子产品的保密，系统程序的保密等各种数字信息产品

的加密保密。还可通过外接物理系统，取代传统机械锁，应用于日常生活的方方面

面，例如最基本的门锁。可以说电子密码锁功能强大，安全性高，灵活性强，必将

是未来发展的趋势。

本设计基于Verilog HDL语言来设计密码锁，可以快速、灵活地设计出符合各种要求的密码锁。

2.掌握FPGA的设计方法与应用。