基于FPGA的电子密锁的设计毕业设计.docx
- 文档编号:8090790
- 上传时间:2023-01-28
- 格式:DOCX
- 页数:45
- 大小:449.12KB
基于FPGA的电子密锁的设计毕业设计.docx
《基于FPGA的电子密锁的设计毕业设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于FPGA的电子密锁的设计毕业设计.docx(45页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
基于FPGA的电子密锁的设计毕业设计
毕业论文(设计)
题目名称:
基于FPGA的电子密锁的设计
题目类型:
毕业设计
毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺:
所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名:
日 期:
指导教师签名:
日 期:
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:
按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名:
日 期:
毕业设计(论文)任务书Ⅰ
毕业设计(论文)开题报告Ⅱ
长江大学毕业设计(论文)指导教师评审意见Ⅲ
长江大学毕业设计(论文)评阅教师评语Ⅳ
长江大学毕业设计(论文)答辩记录及成绩评定Ⅴ
长江大学毕业设计(论文)中外文摘要Ⅵ
1.1本课题研究的国内外现状及其发展2
1.2本课题研究的目的和意义3
2设计背景知识介绍3
2.1常用EDA软件介绍4
2.2FPGA硬件设计描述5
2.2.1FPGA的设计流程5
2.2.2VHDL语言的基本结构及特点8
2.2.3自上而下(TOPDOWN)的设计方法10
2.3QuartusⅡ综述及设计流程11
3电子密码锁系统总体设计12
3.1电子密码锁系统设计要求12
3.2电子密码锁设计的原理12
3.3方案的提出14
3.4系统设计和各功能模块的描述14
3.5系统流程16
4系统详细设计17
4.1电子密码锁输入模块17
4.1.1时序产生电路17
4.1.2按键消抖电路18
4.1.3键盘扫描电路19
4.1.4键盘译码电路20
4.1.5键盘输入模块的实现20
4.3电子密码锁显示模块22
4.3.1数码管显示原理22
4.3.2译码显示的实现23
5系统仿真24
5.1去抖模块的仿真24
5.2密码锁输入电路的仿真25
5.3密码锁控制电路的仿真25
5.4数码管译码器仿真27
6结束语27
参考文献28
致谢29
附录1:
弹跳消除电路主要程序30
附录2:
dcfq模块的主要程序31
附录3:
debouncing模块主要程序32
附录4:
扫描信号发生器主要程序33
附录5:
键盘译码电路主要程序34
附录6:
七段译码器主要程序36
毕业设计(论文)任务书
学院(系)电子信息专业自动化班级学生姓名指导教师/职称陈英芝
1.毕业设计(论文)题目:
基于FPGA的电子密锁的设计
2.毕业设计(论文)起止时间:
2013年3月11日-2013年6月10日
3.毕业设计(论文)所需资料及原始数据(指导教师选定部分)
[1]谭会生,张昌凡,郑进.EDA技术及应用[M].第2版.西安:
西安电子科技大学出版社,2002
[2]夏宇闻.VerilogHDL[M].北京:
高等教育出版社,2006
[3]江国强.EDA技术及应用[M].北京:
电子工业出版社,2006
[4]谢自美.电子线路设计实验测试[M]武汉:
华中科技大学出版社,2003
[5]康华光.电子技术基础数字部分[M]武汉:
高等教育出版社,2005
[6]卢毅,赖杰编著.VHDL与数字电路设计[M]出版社:
科学出版社.2003
[7]王锁平编著.电子设计自动化(EDA)教程[M].电子科技大学出版社.2000
[8]通过查阅有关论文
4.毕业设计(论文)应完成的主要内容
密码锁输入电路和密码锁控制电路的实现
5.毕业设计(论文)的目标及具体要求
目标:
(1)应用EDA技术,在FPGA中实现一个简易电子密码锁电路设计。
该密码锁具备的功能有能设置4位密码,并在数码管上显示;
(2)培养学生查阅资料、分析问题和解决问题。
具体要求:
能利用QuartusII软件开发环境和硬件描述语言,编写所有的程序代码,并能绘制出系统顶层设计文件框图。
通过软件提供的仿真器,对所有模块进行时序仿真,并分析仿真结果。
最后将设计文件下载到目标器件中进行硬件模拟检测,观察结果。
3完成毕业设计(论文)所需的条件及上机时数要求
所需条件:
计算机设备、网络、QuartusⅡ条件、EDA实验箱
上机时数要求:
2小时30天=60小时
任务书批准日期2013年3月11日教研室(系)主任(签字)
任务书下达日期2013年3月11日指导教师(签字)
完成任务日期2013年3月17日学生(签名)
长江大学
毕业设计(论文)开题报告
题目名称:
基于FPGA的电子密锁的设计
题目类别:
毕业设计
学院(系):
电子信息学院
专业班级:
学生姓名:
指导教师:
陈英芝
辅导老师:
陈英芝
开题报告日期:
2013年3月12日
基于FPGA的电子密锁的设计
学生:
,电子信息学院
指导教师:
陈英芝,电子信息学院
1题目来源
社会实际
2研究目的与意义
随着人们生活水平的提高,对家庭防盗技术的要求也是越来越高,传统的机械锁由于其构造的简单,被撬的事件屡见不鲜,电子锁由于其保密性高,使用灵活性好,安全系数高,受到了广大用户的欢迎。
现在市场上主要是基于单片机技术的电子密码锁,但可靠性较差。
FPGA即现场可编程门阵列,它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物,是一种超大规模集成电路,具有对电路可重配置能力。
通常FPGA都有着上万次的重写次数,也就是说现在的硬件设计和软件设计一样灵活、方便。
相对于基于单片机技术的电子密码锁,用FPGA器件来构成系统,可靠性提高,并且由于FPGA具有的现场可编程功能,使得电子密码锁的更改与升级更为方便简单。
通过本次设计掌握FPGA系统设计的方法,熟悉FPGA设计的相关软件,以及硬件描述语言的使用,了解电子密码锁的系统构成,利用FPGA实现电子密码锁的设计与实现,可以加深自己对所学专业的认识,关联知识,增强自己的动手能力,积累实践经验,为以后的工作打好基础。
3阅读的主要参考文献及资料名称
[1]谭会生,张昌凡,郑进.EDA技术及应用[M].第2版.西安:
西安电子科技大学出版社,2002
[2]夏宇闻.VerilogHDL[M].北京:
高等教育出版社,2006
[3]江国强.EDA技术及应用[M].北京:
电子工业出版社,2006
[4]谢自美.电子线路设计实验测试[M]武汉:
华中科技大学出版社,2003
[5]康华光.电子技术基础数字部分[M]武汉:
高等教育出版社,2005
[6]卢毅,赖杰编著.VHDL与数字电路设计[M]出版社:
科学出版社.2003
[7]王锁平编著.电子设计自动化(EDA)教程[M].电子科技大学出版社.2000
4国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向
4.1国内外研究现状
随着人们生活水平的提高和安全意识的加强,对安全的要求也就越来越高。
锁自古以来就是把守护门的铁将军,人们对它要求甚高,既要安全可靠的防盗,又要使用方便,这也是制锁者长期以来研制的主题。
随着电子技术的发展,各类电子产品应运而生,电子密码锁就是其中之一。
据有关资料介绍,电子密码锁的研究从20世纪30年代就开始了,在一些特殊场所早就有所应用。
这种锁是通过键盘输入一组密码完成开锁过程。
研究这种锁的初衷,就是为提高锁的安全性。
由于电子锁的密钥量(密码量)极大,可以与机械锁配合使用,并且可以避免因钥匙被仿制而留下安全隐患。
电子锁只需记住一组密码,无需携带金属钥匙,免除了人们携带金属钥匙的烦恼,而被越来越多的人所欣赏。
电子锁的种类繁多,例如数码锁,指纹锁,磁卡锁,IC卡锁,生物锁等。
但较实用的还是按键式电子密码锁。
20世纪80年代后,随着电子锁专用集成电路的出现,电子锁的体积缩小,可靠性提高,成本较高,是适合使用在安全性要求较高的场合,且需要有电源提供能量,使用还局限在一定范围,难以普及,所以对它的研究一直没有明显进展。
目前,在西方发达国家,电子密码锁技术相对先进,种类齐全,电子密码锁已被广泛应用于智能门禁系统中,通过多种更加安全,更加可靠的技术实现大门的管理。
在我国电子锁整体水平尚处于国际上70年代左右,电子密码锁的成本还很高,市场上仍以按键电子锁为主,按键式和卡片钥匙式电子锁已引进国际先进水平,现国内有几个厂生产供应市场。
但国内自行研制开发的电子锁,其市场结构尚未形成,应用还不广泛。
国内的不少企业也引进了世界上先进的技术,发展前景非常可观。
希望通过不断的努力,使电子密码锁在我国也能得到广泛应用。
4.2发展方向
目前使用的电子密码锁大部分是基于单片机技术,以单片机为主要器件,其编码器与解码器的生成为软件方式。
在实际应用中,由于程序容易跑飞,系统的可靠性能较差。
基于现场可编程逻辑门阵列FPGA器件的电子密码锁,用FPGA器件构造系统,所有算法完全由硬件电路来实现,使得系统的工作可靠性大为提高。
由于FPGA具有现场可编程功能,当设计需要更改时,只需更改FPGA中的控制和接口电路,利用EDA工具将更新后的设计下载到FPGA中即可,无需更改外部电路的设计,大大提高了设计的效率。
5主要研究内容、需重点研究的关键问题及解决思路
5.1主要研究问题
设计可设定1到8位的密码,从键盘输入正确密码才可以修改密码和开锁,输入三次错误密码就不断报警
1、可设置密码2、按键按下是发出提示音3、设置新密码是要验证旧密码
5.2需重点研究的关键问题
密码锁输入电路和密码锁控制电路的实现
6完成毕业设计(论文)所必须具备的工作条件及解决的办法
6.1工作条件
计算机设备,网络,QuartusII软件,EDA实验箱。
6.2解决办法
通过到图书馆借书,到实验室借设备和充分利用学院安排的上机时间来完成毕业设计。
7工作的主要阶段、进度与时间安排
收集整理资料并撰写开题报告3月10日----3月16日
完成英文翻译3月17日----4月10日
学习课题相关内容4月11日----4月25日
编程、逐步实现各项功能4月26日----5月15日
调试程序、撰写毕业设计正文5月16日----5月31日
正文的进一步完善6月1日-----6月5日
准备毕业论文答辩6月6日-----6月10日
8指导教师审查意见
长江大学毕业论文(设计)指导教师评审意见
学生姓名
专业班级
毕业论文
(设计)题目
基于FPGA的电子密锁的设计
指导教师
陈英芝
职称
讲师
评阅
日期
评审参考内容:
毕业论文(设计)的研究内容、研究方法及研究结果,难度及工作量,质量和水平,存在的主要问题与不足。
学生的学习态度和组织纪律,学生掌握基础和专业知识的情况,解决实际问题的能力,毕业论文(设计)是否完成规定任务,达到了学士学位论文的水平,是否同意参加答辩。
评审意见:
指导教师签名:
评定成绩(百分制):
_______分
长江大学毕业论文(设计)评阅教师评语
学生姓名
专业班级
毕业论文
(设计)
题目
基于FPGA的电子密锁的设计
评阅教师
职称
评阅
日期
评阅参考内容:
毕业论文(设计)的研究内容、研究方法及研究结果,难度及工作量,质量和水平,存在的主要问题与不足。
学生掌握基础和专业知识的情况,解决实际问题的能力,毕业论文(设计)是否完成规定任务,达到了学士学位论文的水平,是否同意参加答辩。
评语:
评阅教师签名:
评定成绩(百分制):
______分
长江大学毕业论文(设计)答辩记录及成绩评定
学生姓名
专业班级
毕业论文
(设计)题目
基于FPGA的电子密锁的设计
答辩
时间
2013年6月16日~时
答辩
地点
一、答辩小组组成
答辩小组组长:
成员:
二、答辩记录摘要
答辩小组提问(分条摘要列举)
学生回答情况评判
三、答辩小组对学生答辩成绩的评定(百分制):
_______分
毕业论文(设计)最终成绩评定(依据指导教师评分、评阅教师
评分、答辩小组评分和学校关于毕业论文(设计)评分的相关规定)
等级(五级制):
_______
答辩小组组长(签名):
秘书(签名):
年月日
基于FPGA的电子密锁的设计
学生:
,电子信息学院
指导教师:
陈英芝,电子信息学院
【摘要】:
本文主要介绍了一种运用可编程逻辑器件(FPGA)技术来编程实现电子密码锁的设计方法。
在整个系统设计实现中采用FPGA器件作为控制器,所有算法完全由硬件电路来实现,使得系统的工作可靠性大大提高。
该密码锁具有的功能是可以设置4位密码,通过数字键盘进行输入并在数码管上进行显示。
同时,该密码锁还设计了一个万能密码,在忘记了密码的情况下可使用万能密码来开锁。
本文的内容主要包含以下几个部分:
EDA技术的介绍,电子密码锁总体设计,系统详细设计,系统仿真和结束语。
文中重点介绍了应用EDA技术和硬件描述语言,在QuartusII工作平台上完成电子密码锁系统总体设计的详细过程。
通过时序仿真,验证了整个设计的正确性以及系统的完整性。
【关键词】:
电子密码锁;可编程逻辑器件;EDA技术
CircuitDesignofDigitalLockBasedonFPGA
【Abstract】:
ThearticlemainlyintroducethetechnologyofdesigningadigitallockwiththeutilityofFPGA.Allthecalculationaretotallyfinishedbythehardware,basedontheFPGA,soastoimprovethereliabilityofthesystem.WejustchangethecontrolandinterfacecircuitofFPGAwhenthereissomethingneededtochangeinthedesigningbecauseofthefieldprogrammefunction.It’stremendouslyincreasetheefficiencybecauseweonlyneedtodownloadthenewestdesignintotheFPGAbythehelpofEDAwithoutmodifyingtheexternalcircuitdesign.Therefore,FPGAwillnotonlyimprovethereliability,buttheconveniencesofpromotion.Therearefourpasswordfordigitallockandwecanalsosetauniversalpasswordincaseofforgettingthepassword.
Thearticlemainlyincludesseveralparts:
TheintroductionofEDA,theoveralldesignofdigitallock,thedesignindetailofsystem,emulationandconclusion.ThroughtheintroductionofEDA,weknowthesoftwarerequirementofproductionthedigitallock.Intheoveralldesignanddetaildesignofdigitallock,itintroduceindetailthetheoryandthesystemdesigning.ThearticledesignedadigitallockandmadeitbeinformwithFPGA.
【KeyWord】:
EDA;verallPassword;DigitalLock;Chip
基于FPGA的电子密锁的设计
学生:
,电子信息学院
指导教师:
陈英芝,电子信息学院
1前言
当今人们对物质的积累越来越多,觉得要如何有效的保护好自己的财产,这已成为了全社会的问题,人们对锁的要求越来越高,既要安全性很高,又要能很好的防盗,又要能让他使用很方便,这也导致了电子行业的蓬勃发展。
而随着大规模和超大规模可编程器件在FPGA技术支持下的广泛应用,使现代化设计计算已进入一个全新的阶段,从设计思想、设计工具一直到实现方式都发生了诸多变化。
在FPGA技术中,最为引人瞩目的是以现代电子技术为特征的逻辑设计仿真测试技术。
改技术只需通过计算机就能对所设计的电子系统从不同层次的性能特点上进行一些列准确测试和仿真;在完成实际系统的设计后,还能对系统上的目标器件进行边界扫描测试。
电子密码锁系统主要由电子锁体、电子密匙等部分组成,一把电子密匙里能存放多组开锁密码,用户在使用过程中能够随时修改开锁密码,更新或配制钥匙里开锁密码。
一把电子锁可配制多把钥匙。
下面就是现在主流电子密码锁。
遥控式电子防盗锁目前常见的遥控式电子防盗锁主要有光遥控和无线电遥控两类。
键盘式电子密码锁从目前的技术水平和市场认可程度看,使用最为广泛的是键盘式电子密码锁,该产品主要应用于保险箱、保险柜和金库,还有一部分应用于保管箱和运钞车。
卡式电子防盗锁使用各种“卡”作为钥匙的电子防盗锁是当前最为活跃的产品,无论卡的种类如何多种多样,按照输入卡的操作方式,都可分为接触式卡和非接触式卡两大类。
生物特征防盗锁人的某些与生俱来的个性特征(如手、眼睛、声音的特征)几乎不可重复,作为“钥匙”就是唯一的(除非被逼迫或伤害),因此,利用生物特征做密码的电子防盗锁也特别适合金融业注重“验明正身”的行业特点。
本文介绍的基于FPGA的电子密锁具有显示接口,显示时可以是明文也可以是密文星号。
由于FPGA具有ISP功能,当用户需要更改时,如增加口令位数和更改口令权限管理时,只需更改FPGA中的控制和接口电路,利用EDA工具将更新后的设计下载到FPGA中即可,无需更改外部电路,这就大大提高了设计效率。
而且采用FPGA设计的电子密码锁与单片机控制的电子密码锁相比结构简单、具有更高的系统保密性和可靠性。
这种基于FPGA的电子密码锁可以应用在办公室、仓库、宾馆等人员经常变动的场所。
FPGA技术是现代电子工程领域的一门新技术,提供了基于计算机和信息技术的电路系统设计的方法。
它是从计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)和计算机辅助工程(CAE)等技术发展而来的。
设计者只需要对系统功能进行描述,在FPGA工具的帮助下即可完成系统设计,从而为电子产品的设计和开发缩短了实践降低了成本,提高了系统的可靠性。
1.1本课题研究的国内外现状及其发展
随着人们生活水平的提高和安全意识的加强,对安全的要求也就越来越高。
锁自古以来就是把守护门的铁将军,人们对它要求甚高,既要安全可靠的防盗,又要使用方便,这也是制锁者长期以来研制的主题。
随着电子技术的发展,各类电子产品应运而生,电子密码锁就是其中之一。
据有关资料介绍,电子密码锁的研究从20世纪30年代就开始了,在一些特殊场所早就有所应用。
这种锁是通过键盘输入一组密码完成开锁过程。
研究这种锁的初衷,就是为提高锁的安全性。
由于电子锁的密钥量(密码量)极大,可以与机械锁配合使用,并且可以避免因钥匙被仿制而留下安全隐患。
电子锁只需记住一组密码,无需携带金属钥匙,免除了人们携带金属钥匙的烦恼,而被越来越多的人所欣赏。
电子锁的种类繁多,例如数码锁,指纹锁,磁卡锁,IC卡锁,生物锁等。
但较实用的还是按键式电子密码锁。
20世纪80年代后,随着电子锁专用集成电路的出现,电子锁的体积缩小,可靠性提高,成本较高,是适合使用在安全性要求较高的场合,且需要有电源提供能量,使用还局限在一定范围,难以普及,所以对它的研究一直没有明显进展。
目前,在西方发达国家,电子密锁技术相对先进,种类齐全,电子密锁
已被广泛应用于智能门禁系统中,通过多种更加安全,更加可靠的技术实现大门的管理。
在我国电子锁整体水平尚处于国际上70年代左右,电子密码锁的成本还很高,市场上仍以按键电子锁为主,按键式和卡片钥匙式电子锁已引进国际先进水平,现国内有几个厂生产供应市场。
但国内自行研制开发的电子锁,其市场结构尚未形成,应用还不广泛。
国内的不少企业也引进了世界上先进的技术,发展前景非常可观。
希望通过不断的努力,使电子密码锁在我国也能得到广泛应用。
目前使用的电子密码锁大部分是基于单片机技术,以单片机为主要器件,其编码器与解码器的生成为软件方式。
在实际应用中,由于程序容易跑飞,系统的可靠性能较差。
基于现场可编程逻辑门阵列FPGA器件的电子密码锁,用FPGA器件构造系统,所有算法完全由硬件电路来实现,使得系统的工作可靠性大为提高。
由于FPGA具有现场可编程功能,当设计需要更改时,只需更改FPGA中的控制和接口电路,利用EDA工具将更新后的设计下载到FPGA中即可,无需更改外部电路的设计,大大提高了设计的效率。
1.2本课题研究的目的和意义
为了使现在的电子密码锁更能智能化的管理,让人们更能方便的使用,让其具有更高的安全性和经济性,针对基于单片机的电子密码锁的不足之处,本文采用EDA技术,利用QuartusⅡ工作平台硬件描述语言,设计一种电子密码锁,并通过一片FPGA芯片实现。
采用VHDL语言使用自顶向下的方法对系统进行了描述,并在FPGA芯片QuartusⅡ上实现。
设计充分利用了FPGA的资源可编程特性,可高效率的对系统进行升级与改进。
设计的密码锁可设置任意密码,比一般的密码锁具有更高的安全可靠性,因此,采用FPGA开发的数字系统,不仅具有很高的工作可靠性,其升级与改进也极其方便,应用前景十分良好。
2设计背景知识介绍
EDA技术是以计算机为工作平台,用相关的EDA开发软件技术为工具,以大规模可编程逻辑器件(包括CPLD,FPGA
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 FPGA 电子 设计 毕业设计