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基于VHDL的电子密码锁设计
作者:甄理 彭森
来源:《卷宗》2016年第02期
摘 要:本设计采用EDA技术设计一个防盗数字密码锁。在Quartus II 环境下采用VHDL硬件描述语言设计电子密码锁,阐述了其工作原理,给出了具体的电路图和仿真波形。该密码锁具有体积小、功耗低、保密性强、错误累积报警等功能。可应用于住宅、保险箱等需要防盗的场所,实用性较强。采用VHDL描述,产品的扩展性强,很容易于最新技术结合形成功能更加强大的系统。本系统采用矩阵键盘输入。密码由8位十进制数组成,密码多一位少一位都算错误,安全性有足够保障。并且当错误开锁次数达到3次报警器将鸣叫,形成一个连锁防盗系统。在错误尚未发生时,可通过复位回到密码输入状态,体现人性化的设计。在报警时,警报的切断只能由保安室或实用者不能接触的地方控制,为无关操作人员增加了心理威慑作用。 关键词:Quartus II;VHDL;密码锁;电路仿真 1.引言
随着社会物质财富的日益增长,安全防盗已成为社会问题。而锁自古以来就是把守门户的铁将军,人们对它要求甚高,既要安全可靠地防盗,又要使用方便,这也是制锁者长期以来研制的主题。数字密码锁是实际生活中运用广泛的一种数字电路,主要功能是对某些操作进行加密保护,目的是避免无权人员使用某些设施或者进行越权操作。 2.设计目的
硬件描述VHDL语言,描述能力强、覆盖面广、抽象能力强,采用VHDL建立硬件模型可以从繁琐的元件设计转向功能设计。用VHDL可以快速方便地设计出符合各种要求的数字密码锁,而且操作简单,密码的位数可适当增该,增强其安全性,且很容易做成ASIC芯片,设计过程达到高度自动化,设计完成后可在Quartus II 环境下进行电路的模拟仿真。使设计成本尽可能降低。 3.并行开发方案
并行开发方案,密码采用并行输入方式。密码输入完毕后再一次性比较。原理图如图1所示。
4.电路模块功能设计
数字密码锁系统电路设计采用自顶而下的设计方法。自顶而下设计方法的主要思想是对数字系统分模块,分层次进行设计,这样可以将复杂的设计划分成若干个相对简单的模块,不同的模块可完成数字系统中某一部分的具体功能,从而使电路设计大为简化。本章对个模块进行
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功能设计,即各模块的功能描述。将分受控电路和控制电路两部分描述。键盘的输入原理如图2所示。 5.结论
本设计设计了一个八位数字密码锁,使用Altera公司的Quartus II开发软件,硬件描述语言是VHDL。此八位数字密码锁具有如下几个特点:“复位”键清零,“上锁”键上锁,“开门”键开锁,“解除锁定”键解除警报。“解除锁定”键可设置在安全的地方,保安室或使用者一时无法接触的地方。密码采用串行输入,只有密码位数正确,且都正确的情况下密码才有效。连续开锁三次错误后,报警系统启动。三次的设计拥有不错的“容错”功能,并有抗暴力破解能力。报警系统一旦启动,除“解除锁定”键外,所有的功能键都将无效。这是通过“解除锁定”可关闭报警系统。 参考文献
[1] 曾繁态. EDA工程概论[M ].北京:清华大学出版社,2003.
[2] 潘松,黄继业. EDA技术与VHDL[M].北京:清华大学出版社,2009. [3] 颜昌银. 嵌入式多电平逆变技术的研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2008.. [4] 潘志浪. 基于FPGA的DDS信号源的设计[D].武汉:武汉理工大学,2007.. 作者简介
甄理(1994-),邵阳学院信息工程系电子科学与技术专业学生。 通讯作者
彭森(1983-),邵阳学院信息工程系教师。