【正文】 《EDA技術(shù) 》 設(shè)計(jì)報(bào)告題 目： 學(xué) 院： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 電子密碼鎖的現(xiàn)狀隨著我國(guó)對(duì)外開(kāi)放的不斷深入，高檔建筑發(fā)展很快，高檔密碼鎖具市場(chǎng)的前景樂(lè)觀。我國(guó)密碼鎖具行業(yè)對(duì)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(chǎng)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(gè)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(gè)安防工程的質(zhì)量和驗(yàn)收。目前，市場(chǎng)上比較先進(jìn)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(shí)別電子密碼鎖和瞳孔識(shí)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(wú)須電源等優(yōu)點(diǎn)占領(lǐng)了一定的市場(chǎng)份額，但是由于有機(jī)械接觸，會(huì)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(dāng)，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(shí)別電子密碼鎖和瞳孔識(shí)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(méi)進(jìn)入大眾化使用階段。在國(guó)外，美國(guó)、日本、德國(guó)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(shí)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(gè)國(guó)家的密碼鎖識(shí)別的密碼更復(fù)雜，并且綜合性比較好，已經(jīng)進(jìn)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(shí)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?cè)诎踩?，方便性，易管理性等方面都各有特長(zhǎng)，新型的電子密碼鎖系統(tǒng)的應(yīng)用也越來(lái)越廣。基于FPGA的電子密碼鎖是新型現(xiàn)代化安全管理系統(tǒng)，它集微機(jī)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)和現(xiàn)代安全管理措施為一體，它涉及電子，機(jī)械，計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)安全防范管理的有效措施，適用各種場(chǎng)合，如銀行、賓館、機(jī)房、軍械庫(kù)、機(jī)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(jìn)行電梯控制、車輛進(jìn)出控制，物業(yè)消防監(jiān)控、餐飲收費(fèi)、私家車庫(kù)管理等，真正實(shí)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(jī)技術(shù), 以單片機(jī)為主要器件, 其編碼器與解碼器的生成為軟件方式。在實(shí)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(xiǎn)柜、房門、防盜門等等。用電子密碼鎖代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械式密碼鎖，克服了機(jī)械式密碼鎖密碼量少、安全性能差的缺點(diǎn)。由于采用的是可編程邏輯器件FPGA，使得系統(tǒng)有相當(dāng)大的靈活性，隨時(shí)可以進(jìn)行硬件升級(jí)、擴(kuò)展，而且系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jí)，還可隨時(shí)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(wèn)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(jì)的問(wèn)題；軟件方面主要問(wèn)題是利用Verilog HDL語(yǔ)言完成基于FPGA的電子密碼鎖的編程問(wèn)題。除此之外，程序還要完成基本的密碼開(kāi)鎖功能，并通過(guò)揚(yáng)聲器長(zhǎng)時(shí)間鳴叫報(bào)警。本設(shè)計(jì)是由FPGA可編程邏輯器件編程實(shí)現(xiàn)的控制電路，具體有按鍵指示、輸入錯(cuò)誤提示、密碼有效指示、控制開(kāi)鎖、控制報(bào)警等功能。它具有安全可靠、連接方便、簡(jiǎn)單易用、結(jié)構(gòu)緊湊、系統(tǒng)可擴(kuò)展性好等特點(diǎn)。 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)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(kuò)展設(shè)計(jì)，整個(gè)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(jì)一個(gè)密碼鎖，密碼為一個(gè)4位的十進(jìn)制數(shù)，密碼固化在鎖內(nèi)，用戶輸入密碼正確，則開(kāi)鎖（綠燈亮)；若不正確，則報(bào)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(shí)現(xiàn)方案的論證比較方案一 ：采樣臺(tái)灣凌陽(yáng)科技有限公司推出的以凌陽(yáng)自主研發(fā)的SPCE061A芯片為主控芯片，用一條下載線連接到計(jì)算機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)在線仿真、在線調(diào)試、在線下載，低廉的價(jià)格保證了系統(tǒng)可靠開(kāi)發(fā)；此外，61板具有SOC概念、DSP功能和語(yǔ)音特色，為電子密碼鎖的語(yǔ)音報(bào)警提供了方便，但是基于單片機(jī)設(shè)計(jì)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(gè)方案。 方案二：設(shè)計(jì)一種基于FPGA的電子密碼鎖的設(shè)計(jì)，用FPGA設(shè)計(jì)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(guò)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(cuò)誤便通過(guò)報(bào)警電路發(fā)出報(bào)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(jī)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(dāng)大的靈活性，隨時(shí)可以進(jìn)行硬件升級(jí)、擴(kuò)展。而且系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)的電子密碼鎖克服了基于單片機(jī)設(shè)計(jì)密碼鎖的缺點(diǎn)?；谏鲜霰容^以上兩種方案，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，采用方案二。 方案的總體設(shè)計(jì)原理框圖本系統(tǒng)由主控芯片（FPGA），鍵盤，顯示電路，報(bào)警電路和開(kāi)/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(jì)原理本系統(tǒng)有8個(gè)按鍵，K0,K1,K2,K3,K4,K5代表數(shù)字09共10個(gè)數(shù)字和1個(gè)
確認(rèn)鍵，1個(gè)復(fù)位鍵。密碼長(zhǎng)度為四位，并且固化在鎖內(nèi)，輸入正確密碼后，按確認(rèn)鍵即可開(kāi)門，本系統(tǒng)設(shè)置為綠燈亮。在輸入密碼的過(guò)程中，當(dāng)用戶鍵入錯(cuò)誤密碼時(shí)，報(bào)警燈紅燈亮。按下復(fù)位鍵，可使報(bào)警停止，同時(shí)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(rèn)鍵即可開(kāi)門。門開(kāi)后可通過(guò)鎖門按鈕關(guān)門，門關(guān)上后要再次輸入密碼才能開(kāi)門。在輸入密碼的過(guò)程中，當(dāng)用戶鍵入錯(cuò)誤密碼時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)報(bào)警，由揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲，當(dāng)連續(xù)三次出現(xiàn)密碼錯(cuò)誤時(shí)，則系統(tǒng)會(huì)長(zhǎng)時(shí)間報(bào)警不止，這時(shí)必須按警報(bào)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(dāng)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(gè)邏輯陣列塊 包含8 個(gè)邏輯單元LE（logic element）和一個(gè)局部互聯(lián)。每個(gè)邏輯單元?jiǎng)t由一個(gè)4 輸入查找 表（LUT）、一個(gè)可編程觸發(fā)器、快速進(jìn)位鏈、級(jí)連鏈組成，多個(gè)LAB 和多個(gè)EAB 則可通過(guò)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(jì)上的一個(gè)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(shí)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(gè)獨(dú)立按鍵，K0,K1,K2,K3,K4,K5代表