【正文】 ：工作狀態(tài) 菱形框：分支條件 平行四邊形框：條件輸出 開門鍵（ OPEN） 上鎖（ SETUP） 解除鎖定（ ISETUP） 上鎖（ STATR） 圖 控制器工作狀態(tài)流程圖 （ 1） 待鎖狀態(tài) A 待鎖狀態(tài)是指密碼鎖系統(tǒng)處于打開、報警后的狀態(tài)。 根據設計要求，可知控制器共有 6 個狀態(tài)，即待鎖狀態(tài) A、上鎖狀態(tài) B、輸入密碼狀態(tài) C、待啟動裝袋 D、預警狀態(tài) E 和報警狀態(tài) F。設計圖如圖 所示。當復位信號 RESET_L 有效時，指示燈 LD 和 HD 熄滅。 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 13 頁 圖 報警計數器 觸發(fā)器電路模塊 觸發(fā)器是一個門輸出電路，用 LD 表示密碼鎖打開， HD 表示開啟過程出錯。當復位信號 clr 為低電平時，脈沖信號 clk 每來一個脈沖計數一次，模 3 進位信號 co3用于判斷錯誤次數是否達到上限。同密碼比較計數器原理基本一樣。本系統(tǒng)采用 3 次錯誤報警設置。設計如圖 所示。系統(tǒng)內置 8 位密碼用 8421BCD 碼表示則需要 4 位輸出 y0～ y3。修改密碼 需重夠邏輯。設計如圖 所示。計數器是一種累積脈沖的邏輯部件， clr 為復位信號，高電平有效。如圖 所示。因此只需要比較兩組數據是否相等，不需要知道誰大誰小，所以采用等值比較器。由于干擾信號是一群寬度狹窄的隨機信號，在串入是，很難同時時與門輸出為 1，而只有正常信號才有足夠的寬度通過此電路，從而起到 “濾波 ”功能。信號的輸出口是 key_out。 2 個 D 觸發(fā)器連接成同步時序方式，即將他們的輸入端都連在一起。 圖 信號上升與下降沿都含有隨機干擾抖動信號 圖 所示電路有 2 個上升沿 D 觸發(fā)器和一個 2 輸入與門構成。 如圖 所示的信號波形，在正常信號的上升沿和下降沿含有一些隨即干擾信號，或隨即抖動。因此每個輸入端就各需要一個消抖電路。 圖 鍵盤編碼原理 按鍵消抖 電路模塊 由于本設計采用的是鍵盤輸入，按鍵時手部的抖動，輸入信號就會產生不穩(wěn)定脈沖。當有按鍵時，行線 和列線信號將相應有所改變，據此，可對此類信號 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 10 頁 進行編碼，達到識別的目的。行線 kc 送高電平（ 1111），列線 kr 送低電平（ 000）。 圖 鍵盤按鍵布局 根據 4*4 矩陣式鍵盤特點，采用行列式編碼方式 。 4*4 矩陣式鍵盤完全能滿足上述要求，且經濟美觀。將分受控電路和控制電路兩部分描述。自頂而下設計方法的主要思想是對數字系統(tǒng)分模塊，分層次進行設計，這樣可以將復雜的設計劃分成若干個相對簡單的模塊，不同的模塊可完成數字系統(tǒng)中某一部分的具體功能，從而使電路設計大為簡化。控制器分別向觸發(fā)器提供一個置位信號 S_LD、 S_HD，按下上鎖鍵時向觸發(fā)器提供一個復位 信號 RESET_L，用來控制綠燈 LD、紅燈 HD 工作。 密碼鎖系統(tǒng)的輸出有開鎖指示燈 LD（綠燈）、錯誤指示燈 HD（ 紅燈）和揚聲器。當密碼系統(tǒng)在按下開鎖鍵 OPEN 前收到第 9 個時鐘信號時，應裝入預警狀態(tài)，等待按下開鎖鍵 OPEN 后發(fā)出錯誤信號 HD。解除鎖定或正確開門后控制器向報警計數器發(fā)出清零信號 ISETUP，使計數器清零。消抖同步模塊的作用是保證系統(tǒng)能捕捉到輸入脈沖，并保證沒按一次鍵只形成一個寬度等于系統(tǒng)時鐘周期的脈沖。 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 8 頁 由于輸入都采用鍵盤輸入，其按下時刻和持續(xù)時間長短是隨機的 ，且存在因簧片反彈引起的電平抖動現象。 32 選 4 數據選擇器的 3 位地址碼用一個模 8 計數器控制。 密碼預置模塊的作用是預置內部密碼，因為內部預置密碼采用 8 位十進制數，且用BCD 碼表示，需 32 個輸入端送入，所以可選用 32 選 4 數據選擇 電路來選擇密碼。 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 7 頁 圖 數字密碼鎖 系統(tǒng)電路整體框圖 編碼器模塊的作用 是將鍵盤輸入的信號編成 BCD 碼，并且每鍵入一個數碼，應向控制器送一個脈沖 DATA_IN 表示有數據輸入。 數字密碼鎖控制系統(tǒng)的輸入信號包括：數字密碼鍵盤 0～ 9，上鎖鍵 STEUP，復位鍵START，解除鎖定鍵 ISETUP，開鎖鍵 OPEN；輸出信號包括：開門指示燈 LD，錯誤指示燈HD，報警器 BG。 方案論證 串行開發(fā)所需硬件資源少，本設計采用串行開發(fā)方案。在控制器的控制下與預存密碼進行比較正確則開啟密碼。原理圖如圖 所示。邊輸入 ， 邊比較。 達到錯誤次數報警。 圖 并行開發(fā)原理圖 數據通過鍵盤輸入，消抖后編碼存入數據緩沖器。密碼輸入完畢后再一次性比較。然后論證本設計采用的方案 —— 串行方案。例如， Altera 公司的 MAX7000S（ 5V）、MAX7000A（ ）和 MAX7000B（ ）系列， Xilinx 公司的 XC9500 系列以及 Lattice公司的 CPLD 器件等。 ISP 已成為系統(tǒng)在線遠程升級的技術手段。ISP 技術使得調試過程不需要反復撥插 芯片，從而不會產生引腳彎曲變形現象，提高了可靠性，而且可以隨時對焊接在電路板上的 ISP 器件的邏輯功能進行修改，從而加快了數字系統(tǒng)的調試過程。所謂在系統(tǒng)可編程是指未編程的 ISP 器件可以直接焊接在印制電路板上，然后通過計算機的數據傳輸端口和專用的編程電纜對焊接在電路板上的 ISP 器件直接多次編程，從而使器件具有所需要的邏輯功能。 早期的 CPLD 大多采用 EPROM 編程技術，其編程過程與簡單 PLD 一樣，每次編程需要在專用或通過設備上運行。可以使用 Quartus II 帶有的 RTL Viewer 觀察綜合后的 RTL 圖。 Quartus II 支持層次化設計，可以在一個新的編輯輸入環(huán)境中對使用不同輸入設計方式完成的模塊（元件）進行調用，從而解決了原理圖與 HDL 混合輸入設計的問題。在 Compiler Tool 窗口中，可以打開該模塊的設置文件或報告文件，或打開其他相關窗口?？梢酝ㄟ^選擇 Start Compiler 來運行所有的編譯器模塊，也可以通過選擇 Start 單獨運行各個模塊。編譯器包括的功能模塊由分析 /綜合器（ Analysis amp。此外， Quartus II 與 MATLAB 和 DSP Builder 結合，可以進行基于 FPGA 的DSP 系統(tǒng)開發(fā)和數字通信模塊的開發(fā)。 QuartusII 也可以利用第三方的綜合工具，如 Leonardo Spectrum、 Synplify Pro、 FPGA Compiler II，并能直接調用這些工具。 Altera 的 QuartusII 提供了完整的多平臺設計環(huán)境，能滿足各種特定設計的需要，也是單芯片可編程系統(tǒng)（ SOPC）設計的綜合性環(huán)境和 SOPC 開發(fā)的基本設計工具，并為Altera DSP 開發(fā)包進行系統(tǒng)模型設計提供了集成綜合環(huán)境 。 QuartusII 在 21 世紀初推出，是 Altera 前一代 FPGA/CPLD集成開發(fā)環(huán)境 MAX+PLUSII 的更新?lián)Q代產品，其界面友好，使用便捷。 Quartus II 簡介 本設計是基于 Quartus II 的， 在此 對它作一些介紹。在本設計中為描述方便，將內置與鍵盤中。系統(tǒng)允許錯誤開門 2 次，當第 3 次錯誤開門將報警。 VI 所有輸入采用鍵盤輸入。 IV 使用者按錯號碼，可在按開鎖鍵 OPEN 以前按復位鍵 START 消除輸入，重新輸入密碼。 II 輸入密碼，一次鍵入 8 個十進制數字。 3） 開鎖。 設計要求 根據實際需求數字密碼鎖應具有以下功能： 1） 采用 8 位十進制數字作為內置密碼，修改密碼必須重構邏輯。但是這些產品的特點需要一個特別的指紋或有效卡 ,成本相對較高不益于普及使用。隨著大規(guī)模集成電路技術 的發(fā) 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 2 頁 展 ,特別是硬件描述語言 (VHDL),出現了用微型智能密碼鎖 ,它是除了具有電子密碼鎖的功能外 ,還擁有了智能化管理 ,專家分析系統(tǒng) ,從而使密碼鎖的作用 ,比如高安全性、可靠性 ,應用日益廣泛的應用。而電子密碼鎖無論在技術上還是性能上都優(yōu)于機械密碼鎖。 在安保領域 ,有防盜報警功能的電子密碼鎖逐漸取代了傳統(tǒng)機械密碼鎖。密碼鎖代替機械鎖成為一種趨勢。如果采用傳統(tǒng)的機械鎖 ,人們往往需要攜帶很多鑰匙 ,既不方便 ,鑰匙的丟失還會使安全性大打折扣。 設計意義 在日常生活中和工作中，住宅的安全 ,單位的文件 ,和一些個人資料的保存。 使設計成本盡可能降低。 設計目的 硬件描述 VHDL 語言 ， 描述能力強 、 覆蓋面廣 、 抽象能力強 ， 采用 VHDL 建立硬件模型 可以 從繁瑣的元件設計轉向功能設計 。 本章首先介紹本設計的目的、設計意義以及設計要求。而鎖自古以來就是把守門戶的鐵將軍 ,人們對它要求甚高 ,既要安全可靠地防盜 ,又要使用方便 ,這也是制鎖者長期以來研制的主題。在報警時，警報的切斷只能由保安室或實用者不能接觸的地方控制，為無關操作人員增加了心理威懾作用。并且當錯誤開鎖次數達到 3次報警器將鳴叫，形成一個連鎖防盜系統(tǒng)。本系統(tǒng) 采用矩陣鍵盤輸入?？蓱糜谧≌?、保險箱等需要防盜的場所，實用性較強。在 Quartus II 環(huán)境下采用VHDL 硬件描述語言設計電子密碼鎖，闡述了其工作原理，給出了具體的電路圖和仿真波形。在當下技術環(huán)境下數字鎖成為一種趨勢。而鎖自古以來就是人們防盜的首選。 特此聲明。 本科畢業(yè) 論文（ 設計 ） 論文（ 設計 ）題目： 基于 VHDL 的電子密碼鎖設計與仿真 學 院： 計算機科學與信息 專 業(yè)： 信 息 安 全 班 級： 2020 級 學 號： 070806110221 學生姓名： 姜 峰 指導教師： 欒 嵐 年 月 日 貴州大學本科畢業(yè)設計 誠信責任書 本人鄭重聲明：本人所呈交的畢業(yè)論文（設計），是在導師的指導下獨立進行研究所完成。畢業(yè)論文（設計）中凡引用他人已經發(fā)表或未發(fā)表的成果、數據、觀點等，均已明確注明出處。 設計作者簽名： 日 期： 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 I 頁 目錄 中文摘要 .................................................................................................................................. IV 關鍵詞 ...................................................................................................................................... IV Abstract...................................................................................................................................... V Keywords ................................................................................................................................... V 第一章 引言 ........................................................................................................................... 1 設計目的 ................................................................................................................... 1 設計意義 ...........................................................................................