论文参考

安徽机电职业技术学院

毕业论文

基于FPGA的电子密码锁设计与仿真

系别电气工程系

专业应用电子专业

班级电子3101班

姓名

学号

指导教师孙青锋

201 ～ 201 学年第学期

目前使用的电子密码锁大部分是基于单片机技术了，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VerilogHDL语言对系统进行描述，随着电子技术的发展，具有防盗报警等功能的电子密码锁代替密码量少、安全性差的机械式密码锁已是必然趋势。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。

采用EDA技术，利用Quartus II工作平台和硬件描述语言，并通过一片FPGA芯片实现。设计充分利用了FPGA的资源可编程特性，可高效率的对系统进行升级与改进。

关键词：电子密码锁；FPGA；硬件描述语言；EDA

第一章绪论 (2)

1.1 本课题的研究现状 (2)

1.2 本课题的研究意义 (2)

第二章 FPGA硬件结构 (3)

2.1 FPGA硬件设计描述 (3)

2.2 VHDL语言、仿真与开发系统 (4)

2.3 用QuartusⅡ进行系统开发的设计流程 (4)

第三章系统方案的总体设计 (5)

3.1 系统原理图 (5)

3.2 电子密码锁计的原理 (5)

3.3 电子密码锁的功能要求 (5)

3.5 系统设计要求及描述 (5)

3.6 功能模块描述 (6)

3.7 系统的流程 (6)

第四章系统各功能模块的设计 (7)

4.1 输入电路框图 (7)

4.2 系统各功能模块的设计 (7)

第五章测试与仿真 (7)

5.1 系统的有关编译与仿真 (8)

5.2 去抖模块的仿真 (8)

5.3 密码锁输入电路的仿真 (8)

5.4 密码锁控制电路的仿真图 (8)

5.5 系统整体仿真 (9)

5.6 数码管译码器仿真 (10)

5.7 结论 (10)

致谢 (11)

参考文献 (12)

第一章绪论

1.1 本课题的研究现状

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。

1.2 本课题的研究意义

本文介绍的基于FPGA的电子密码锁电路具有显示接口，显示时可以是明文也可以是密文星号。

第二章 FPGA硬件结构

2.1 FPGA硬件设计描述

对于FPGA的设计而言，只考虑系统级、算法级、RTL级、门级4个层次的行为域描述和结构域描述即可。上述的FPGA系统设计中的系统实际上是指系统级和算法级，而“RTL级描述”主要是指RTL级行为域的描述。

FPGA的设计流程和相关概念说明如下图2.1：

图2.1系统设计流程

一个完整的VHDL语言程序通常包含实体(Entity)、结构体（Architecture）、配置（Configuration）、包集合（Package）和库（Library）五个部分。

（1）实体(Entity)

实体是说明一个器件的外观视图，即从器件外部看到的器件外貌，其中包括器件的端口，同时也可以定义参数，并把参数从外部传入模块内部，主要用于描述所设计的系统的外部接口。

（2）结构体（Architecture）

结构体是描述一个器件的内部视图，是次级设计单元。在其对应的初级设计单元实体说明被编译并且被并入设计库之后，它就可以单独地被并入该设计库中。结构体描述一个设计的结构和行为，把设计的输入和输出之间的关系建立起来。一个设计可以有多个结构，分别代表该器件的不同实现方案。根据对一个器件设计由抽象到具体的过程，可把结构体的描述方式分为三个层次：行为描述方式、寄存器传输描述方式（RTL）和结构描述方式。

2.2 VHDL语言、仿真与开发系统

（1）硬件描述语言

（2）QuartusⅡ软件开发工具

设计中采用的EDA实验开发系统，主要用于提供可编程逻辑器件的下载电路及EDA 实验开发的外围资源，供硬件验证用。一般包括：

①实验或开发所需的各类基本信号发生模块；

②FPGA/CPLD输出信息显示模块；

③监控程序模块；

④目标芯片适配座以及上面的FPGA/CPLD目标芯片和下载电路。

2.3 用QuartusⅡ进行系统开发的设计流程

第三章系统方案的总体设计

3.1 系统原理图

本系统由主控芯片（FPGA）、键盘、显示电路、报警电路和开/关门电路组成，而主控芯片又可分为按键处理部分、控制部分和译码显示部分。系统原理框图如图3-1所示：

图3-1系统原理框图

3.2 电子密码锁计的原理

1、编码总量的确定

电子密码锁随机开锁成功的概率定义为：

P=1/NT （3-1）

3.3 电子密码锁的功能要求

3.4 提出方案

方案一：

方案二：

方案三：

通过以上比较描述，本设计采用基于FPGA的电子密码锁设计方案。

3.5 系统设计要求及描述

3.6 功能模块描述

3.7 系统的流程

系统的流程如图3-4所示；

图3-4系统流程图