【正文】 《EDA技術(shù) 》 設(shè)計報告題 目： 學 院： 專 業(yè)： 班 級： 姓 名： 學 號： 電子密碼鎖的現(xiàn)狀隨著我國對外開放的不斷深入，高檔建筑發(fā)展很快，高檔密碼鎖具市場的前景樂觀。我國密碼鎖具行業(yè)對密碼鎖具高新技術(shù)的投入正逐年增大，高檔密碼鎖的市場需求也逐年增加。在安防工程中，鎖具產(chǎn)品是關(guān)系到整個系統(tǒng)安全性的重要設(shè)備，所以鎖具產(chǎn)品的優(yōu)劣也關(guān)系了整個安防工程的質(zhì)量和驗收。目前，市場上比較先進的智能電子密碼鎖分別有：IC卡電子密碼鎖、射頻卡式電子密碼鎖、紅外遙控電子密碼鎖、指紋識別電子密碼鎖和瞳孔識別電子密碼鎖等。IC卡電子密碼鎖成本低，體積小，卡片本身無須電源等優(yōu)點占領(lǐng)了一定的市場份額，但是由于有機械接觸，會產(chǎn)生接觸磨損，而且使用不太方便，在一定程度上限制了它的應(yīng)用；射頻卡式電子密碼鎖是非接觸式電子密碼鎖，成本也不太高，體積跟IC卡密碼鎖相當，卡片使用感應(yīng)電源，重量很輕，技術(shù)成熟，受到了廣泛的歡迎，但是與IC卡電子密碼鎖相比，成本偏高；指紋識別電子密碼鎖和瞳孔識別電子密碼鎖可靠性很高，安全性是目前應(yīng)用系統(tǒng)中最高的，但是成本高昂，還沒進入大眾化使用階段。在國外，美國、日本、德國的電子密碼鎖保密性較好，并結(jié)合感應(yīng)卡技術(shù)，生物識別技術(shù)，使電子密碼鎖系統(tǒng)得到了飛躍式的發(fā)展。這幾個國家的密碼鎖識別的密碼更復(fù)雜，并且綜合性比較好，已經(jīng)進入了成熟期，出現(xiàn)了感應(yīng)卡式密碼鎖，指紋式密碼鎖，虹膜密碼鎖，面部識別密碼鎖，序列混亂的鍵盤密碼鎖等各種技術(shù)的系統(tǒng)，它們在安全性，方便性，易管理性等方面都各有特長，新型的電子密碼鎖系統(tǒng)的應(yīng)用也越來越廣?；贔PGA的電子密碼鎖是新型現(xiàn)代化安全管理系統(tǒng)，它集微機自動識別技術(shù)和現(xiàn)代安全管理措施為一體，它涉及電子，機械，計算機技術(shù)，通訊技術(shù)，生物技術(shù)等諸多新技術(shù)。它是解決重要部門出入口實現(xiàn)安全防范管理的有效措施，適用各種場合，如銀行、賓館、機房、軍械庫、機要室、辦公間、智能化小區(qū)、工廠、家庭等。在數(shù)字技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，電子密碼鎖技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展。它早已超越了單純的門道及鑰匙管理，逐漸發(fā)展成為一套完整的出入管理系統(tǒng)。它在工作環(huán)境安全、人事考勤管理等行政管理工作中發(fā)揮著巨大的作用。在該系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加相應(yīng)的輔助設(shè)備可以進行電梯控制、車輛進出控制，物業(yè)消防監(jiān)控、餐飲收費、私家車庫管理等，真正實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)一卡智能管理。 目前使用的電子密碼鎖大部分是基于單片機技術(shù), 以單片機為主要器件, 其編碼器與解碼器的生成為軟件方式。在實際應(yīng)用中, 由于程序容易跑飛, 系統(tǒng)的可靠性能較差?；贔PGA的電子密碼鎖已經(jīng)是現(xiàn)代生活中經(jīng)常用到的工具之一，用于各類保險柜、房門、防盜門等等。用電子密碼鎖代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械式密碼鎖，克服了機械式密碼鎖密碼量少、安全性能差的缺點。由于采用的是可編程邏輯器件FPGA，使得系統(tǒng)有相當大的靈活性，隨時可以進行硬件升級、擴展，而且系統(tǒng)設(shè)計完善以后還可以將主控的FPGA固化成一片ASIC，那么這塊ASIC就可以作為專用的數(shù)字密碼鎖芯片。而且由于硬件可升級，還可隨時增加密碼位數(shù)或增加新的功能，使得密碼鎖有更高的安全性、可靠性和方便性。 主要完成的工作課題主要解決系統(tǒng)硬件和軟件兩方面的問題。硬件方面要解決FPGA可編程器件與其外圍電路的接口設(shè)計的問題；軟件方面主要問題是利用Verilog HDL語言完成基于FPGA的電子密碼鎖的編程問題。除此之外，程序還要完成基本的密碼開鎖功能，并通過揚聲器長時間鳴叫報警。本設(shè)計是由FPGA可編程邏輯器件編程實現(xiàn)的控制電路，具體有按鍵指示、輸入錯誤提示、密碼有效指示、控制開鎖、控制報警等功能。它具有安全可靠、連接方便、簡單易用、結(jié)構(gòu)緊湊、系統(tǒng)可擴展性好等特點。 系統(tǒng)硬件設(shè)計 設(shè)計方案 功能需求分析本系統(tǒng)主要集中在以FPGA以核心外圍擴展設(shè)計，整個電路主要電子鎖具的組成框圖是以可編程邏輯器件（FPGA）為核心，配以相應(yīng)硬件電路，設(shè)計一個密碼鎖，密碼為一個4位的十進制數(shù)，密碼固化在鎖內(nèi)，用戶輸入密碼正確，則開鎖（綠燈亮)；若不正確，則報警（紅燈亮）若用戶輸入密碼不正確，可以按復(fù)位鍵重新輸入密碼。 系統(tǒng)實現(xiàn)方案的論證比較方案一 ：采樣臺灣凌陽科技有限公司推出的以凌陽自主研發(fā)的SPCE061A芯片為主控芯片，用一條下載線連接到計算機就可以實現(xiàn)在線仿真、在線調(diào)試、在線下載，低廉的價格保證了系統(tǒng)可靠開發(fā)；此外，61板具有SOC概念、DSP功能和語音特色，為電子密碼鎖的語音報警提供了方便，但是基于單片機設(shè)計的密碼鎖外圍電路比較復(fù)雜，系統(tǒng)可靠性差，密碼的數(shù)量少，尤其是系統(tǒng)的程序不夠穩(wěn)定，功率較大，需要專門的電源供電，所以不采用這個方案。 方案二：設(shè)計一種基于FPGA的電子密碼鎖的設(shè)計，用FPGA設(shè)計的系統(tǒng)已經(jīng)是現(xiàn)代生活中經(jīng)常用到的工具之一，通過鍵盤輸入密碼，用FPGA作為主控芯片，用數(shù)碼管顯示輸入的數(shù)字，如果出現(xiàn)錯誤便通過報警電路發(fā)出報警，主控芯片又可分為按鍵處理部分、控制部分和譯碼顯示部分用電子密碼鎖代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械式密碼鎖。由于采用的是可編程邏輯器件FPGA，使得系統(tǒng)有相當大的靈活性，隨時可以進行硬件升級、擴展。而且系統(tǒng)設(shè)計完善以后還可以將主控的FPGA固化成一片ASIC，那么這塊ASIC就可以作為專用的數(shù)字密碼鎖芯片。方案的論證比較 在實際應(yīng)用中, 由于程序容易跑飛, 系統(tǒng)的可靠性能較差，而基于FPGA設(shè)計的電子密碼鎖克服了基于單片機設(shè)計密碼鎖的缺點?；谏鲜霰容^以上兩種方案，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，采用方案二。 方案的總體設(shè)計原理框圖本系統(tǒng)由主控芯片（FPGA），鍵盤，顯示電路，報警電路和開/關(guān)門電路組成，而主控芯片又可分為按鍵處理部分，控制部分和譯碼顯示部分。： 總體框架總體設(shè)計原理本系統(tǒng)有8個按鍵，K0,K1,K2,K3,K4,K5代表數(shù)字09共10個數(shù)字和1個
確認鍵，1個復(fù)位鍵。密碼長度為四位，并且固化在鎖內(nèi)，輸入正確密碼后，按確認鍵即可開門，本系統(tǒng)設(shè)置為綠燈亮。在輸入密碼的過程中，當用戶鍵入錯誤密碼時，報警燈紅燈亮。按下復(fù)位鍵，可使報警停止，同時清除所有密碼顯示。每輸入一位數(shù)字，密碼在數(shù)碼管上的顯示左移一位。即上電后，按確認鍵即可開門。門開后可通過鎖門按鈕關(guān)門，門關(guān)上后要再次輸入密碼才能開門。在輸入密碼的過程中，當用戶鍵入錯誤密碼時，系統(tǒng)就會報警，由揚聲器發(fā)出報警聲，當連續(xù)三次出現(xiàn)密碼錯誤時，則系統(tǒng)會長時間報警不止，這時必須按警報復(fù)位鍵方可停止。 主控模塊 主控芯片EP4CE6E22C8的介紹主控芯片采用ACEX1K 系列的EP4CE6E22C8。Cyclone IV系列是當今Altera CPLD 中應(yīng) 用前景最好的器件系列之一，該系列的FPGA 由邏輯陣列塊LAB（Logic array block）、 嵌入式陣列塊EAB（embedded array block）、快速互聯(lián)以及IO 單元構(gòu)成，每個邏輯陣列塊 包含8 個邏輯單元LE（logic element）和一個局部互聯(lián)。每個邏輯單元則由一個4 輸入查找 表（LUT）、一個可編程觸發(fā)器、快速進位鏈、級連鏈組成，多個LAB 和多個EAB 則可通過快速通道互相連接[3]。EAB 是Cyclone IV系列器件在結(jié)構(gòu)設(shè)計上的一個重要部件，他是輸入 端口和輸出端口都帶有觸發(fā)器的一種靈活的RAM 塊，其主要功能是實現(xiàn)一些規(guī)模不太大的 FIFO、ROM、RAM 和雙端口RAM 等。 鍵盤模塊按鍵方式分為8個獨立按鍵，K0,K1,K2,K3,K4,K5代表