电子密码锁开题报告

毕业设计(论文)

开 题 报 告

题 目 电子密码锁的VHDL程序与仿真

学 院 电气与控制工程学院

专业及班级 微电子1102班

姓 名

学 号

指 导 教 师

日 期 2015.3.23

西安科技大学毕业设计(论文)开题报告

设计手段。 “自顶向下”的设计使用功能分割的方法，从顶向下逐次将设计内容进行分块和细化。在 设计过程中采用层次化和模块化方式，使系统变得简洁和方便。其是一种逐步求精的设计程序 的过程和方法。对要完成的任务进行分解，首先对最高层次中的问题进行定义、设计、编程和 测试，而将其中未解决的问题作为一个子任务放到下一层次中去解决。这样来逐层、逐个地进 行定义、设计、编程和测试，直到所有层次上的问题均由实用程序来解决完毕，就能设计出具 有层次结构的程序。按自顶向下的方法设计时，设计师首先对所设计的系统要有一个全面的理 解和把握。然后从顶层开始，连续地逐层向下分解，起到系统的所有模块都小到便于掌握为止， 这样有事半功倍的效果。

1.2

选题的研究意义

在日常生活中和工作中，住宅的安全,单位的文件,和一些个人资料的保存。人们往往采用 上锁的方法来解决。 如果采用传统的机械锁,人们往往需要携带很多钥匙,既不方便,钥匙的丢失 还会使安全性大打折扣。随着物质财富的积累和科学技术的发展,人们对锁的要求越来越高。密 码锁代替机械锁成为一种趋势。密码锁具有安全性高、低成本、低功耗、易于操作,等等优点。 在安保领域,有防盗报警功能的电子密码锁逐渐取代了传统机械密码锁。 机械密码锁结构的 复杂度和密码位数成正比成本高且安全性能差。而电子密码锁无论在技术上还是性能上都优于 机械密码锁。现存的密码锁大多是基于数字电路设计的，这种密码锁设计思路简单、易于实现， 但是过多的原器件的组合给推广和流行带来了不便。根据这种情况研究出来一种功能强大、易 于推广的密码锁已经迫在眉睫。现在广为流行的 VHDL 语言，描述能力强、覆盖面广、抽象能力 强，所以采用 VHDL 建立硬件模型可以解决原器件过多而导致设计复杂的问题。 用 VHDL 可以快速灵活地设计出符合各种要求的数字密码锁，而且操作简单，稍加修改就可 以改变密码的位数，增强其安全性，且很容易做成 ASIC 芯片，使设计过程达到高度自动化，并 能够在设计完成后在 Quartu

s II 环境下进行电路的模拟仿真。随着大规模集成电路技术的发 展,特别是硬件描述语言(VHDL),出现了用微型智能密码锁,它是除了具有电子密码锁的功能外, 还拥有了智能化管理,专家分析系统,从而使密码锁的作用,比如高安全性、可靠性,应用日益广 泛的应用。 人们对安全的重视和科学技术的发展,许多电子智能锁如，指纹识别、IC 识别等已经出现 在国内外。但是这些产品的特点需要一个特别的指纹或有效卡,成本相对较高不益于普及使用。 针对当前技术和水平、市场接纳、电子密码锁是这类电子防盗产品的主流。

参考文献： [1] 侯伯亨，刘凯，顾新：VHDL 硬件描述语言与数字逻辑电路设计[M],西安电子科技大 学出版社，2009.8。 [2] 褚振勇，齐亮，田红心，高楷娟：FPGA 设计与应用[M],西安电子科技大学出版社， 2009.9。 [3] Volnei A.Pedroni:Circuit Design with VHDL[M],电子工业出版社，2013.1。 [4] 刘昌华：EDA 技术与应用—基于 QuartusII 和 VHDL[M],北京航空航天大学出版社， 2012.8。 [5] 吴延海， 刘晓佩， 代新冠， 黄健： EDA 技术及应用[M], 西安电子科技大学出版社， 2012.1。 [6] 杨健，岳珣，王永喜：EDA 技术与 VHDL 基础[M],清华大学出版社，2013.3。 [7] 武超，靳孝峰：EDA 技术与应用[M],北京航空航天大学出版社，2013.5。 [8] 焦素敏：EDA 应用技术[M],清华大学出版社，2005。 [9] 潘松：EDA 技术与 VHDL[M],清华大学出版社，2005。 [10] 李洋：EDA 技术实用教程[M],机械工业出版社，2004 [11]李国洪：可编程器件 EDA 技术与实践[M].机械工业出版社，2004。

二、主要研究(设计)内容、研究(设计)思路及工作方法或工作流程 2.1 研究(设计)目标及内容

完成电子密码锁的 VHDL 程序与仿真，搭建硬件电路，具有电子密码锁的基本功能。 设计要求如下： 1).采用 6 位十进制数作为内置密码。 2).上锁功能，按下上锁键，系统上锁。 3).密码输入功能，即每按下一个数字键，就输入一个数值，并在数码管上显示该数值， 同时将先前输入的数据依次左移一个数字位置。 4).密码清除功能，清除所有输入的数字。 5).超时自锁功能，在输入密码后一定时间内未按下开锁键，系统自动上锁。 6).报警功能，系统允许错误开门 2 次，当第 3 次错误开门将报警。处于报警状态时，上 锁键、清除键、变更键、开锁键、数字键 0~9 应不起作用，需用另一内部设置键解除锁定键， 该按键在实际应用中可放置在保安室或其他使用者不能接触的地方。在本设计中将其置于键盘

中。 7).改密功能。先输入正确密码解锁后，输入新的密码按下修改键，此时新密码设置完成。

2.2 研究方案及原理 1).研究方

案

其系统整体框图如图 1 所示

上锁 确认 清除密码 更改密码 解除锁定 位数计数器 控制器 报警计数器

开锁信号 报警信号

密码输入

编 码 器

比 较 器

寄存器

密码存储

密码更改

图 1 整体框图

键盘用于 6 位的密码输入，由于输入都采用键盘输入，其按下时刻和持续时间长短是随机的，且存在 因簧片反弹引起的电平抖动现象。必须在每个开关后面安排一个消抖同步模块，以保证系统能真确捕捉到 输入脉冲。消抖同步模块的作用是保证系统能捕捉到输入脉冲，并保证每按一次键只形成一个宽度等于系 统时钟周期的脉冲。 编码器的作用是将键盘输入的信号编成 BCD 码，并且每键入一个数码，应向控制器送一个脉冲表示有 数据输入。 比较器的作用是将输入的密码和内置密码进行比较，并将结果反馈给控制器。 寄存器的作用是预置内部密码，因为内部预置密码采用 6 位十进制数，且用 BCD 码表示。 位数计数器用来记录密码输入位数用于比较。 报警计数器的作用是，每一次开启错误，控制器向报警计数器提供一个时钟信号，使计数器加 1,当 计数器到 3 时，说明错误次数达到 3 次，进位信号反馈给控制器，控制器发出报警信号 WL。解除锁定或正 确开门后控制器向报警计数器发出清零信号，使计数器清零。 系统主要包括密码锁输入模块、密码锁控制模块和密码锁显示译码模块三部分组成。 三大模块如下： ① 密码锁输入电路：这个模块包括时序产生电路、键盘扫描电路、键盘弹跳消除电路、键盘译码电 路等功能电路组。 ② 密码锁控制电路：这个模块包括按键数据的缓冲存储电路，密码的清除、变更、存储，密码核对 (即数值比较电路) ,解锁电路(即开\关门锁电路)等。 ③ 密码显示电路：这个模块主要将要显示数据的 BCD 码转换成数码器的七段显示驱动编码，在数码 管上依次显示出来。 以上是三大模块的基本设计思路，其次，采用 4*4 矩阵式键盘。这种机械式键盘具有成本低，可靠性 高，构成电路简单，应用广泛等特点，将其应用于电子密码锁中是比较不错的选择。但是须克服机械式键 盘存在的一些弹跳消除问题。 数字密码的显示采用 LED 数码管来实现，相对而言其电路简单，成本低，且具有一定的可靠性。 结果显示部分，通过一个红色的发光二极管和一个绿色的发光二极管来表示，密码正确绿灯点亮，密 码错误，红灯点亮，绿灯熄灭。 密码连续三次错误，即报警，将报警信号接至一个蜂鸣器，报警信号由开锁信号来控制，在报警状态， 上锁键、复位键、确认键、数字键 0~9 应不起作用，需用另一内部设置解除锁定

键解除锁定。

2).密码锁系统流程图 开始

输入 6 位密码

按开锁键

比较器 一致绿灯亮开锁

不一致

红灯亮不开锁

输入 6 位新密码

连续三次错误蜂鸣器报警

按密码修改键 按下解除锁定键解除报警 按上锁键上锁 重新输入密码

结束 图 2 系统流程图

2.3 工作流程 程序部分： 先编好各个模块程序，再利用 Quartus II 软件进行程序仿真，再对键盘扫描电路、消抖电路、 键盘译码电路、控制电路进行时序仿真，所有仿真无误后即可搭建硬件电路。 硬件部分： 熟悉元器件，先弄清各个器件的引脚连接，再根据电路原理图焊接元器件，器件焊接完成检查无 误后下载程序，然后测试功能，若功能有误则检查程序和硬件，修改其错误之处，若功能满足设计要求则 调试完成。

三、毕业设计(论文)工作进度安排

1. 第 1-4 周：查阅资料，了解 EDA 技术及发展，熟悉 EDA 软件应用。 2. 第 5-6 周：熟悉可编程器件 FPGA 的原理及应用，掌握使用 VHDL 的电路设计方法。 3. 第 7-8 周：对各功能模块进行设计并仿真。 4. 第 9-10 周：完成 VHDL 程序编译和仿真。 5. 第 11-12 周：将生成的配置文件下载到芯片 FPGA 中进行功能验证并调试。 6. 第 13 周：编写论文。 7. 第 14 周：指导教师审阅，提出修改意见。 8. 第 15 周：论文装订。 9. 第 16 周：答辩。

7

难 度

份量

综合训练 程度

是否隶属 科研项目

是否具有 创新性

指导 教师 评审 意见

指导教师签字:____________ 年 学院 毕业 设计 (论文) 指导 委员 会审 核意 见意 月 日

教学院长：____________ (公 章) 年 月 日

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