基于FPGA的電子密碼鎖的設(shè)計(jì)+汪金濤.doc

淮南師范學(xué)院電氣信息工程學(xué)院2015屆電子信息工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 成績(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目： 基于FPGA的數(shù)字密碼鎖設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 汪金濤 學(xué)生學(xué)號(hào)： 1114020232 系 別： 電氣信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 屆 別： 2015屆 指導(dǎo)教師： 李 營(yíng) 電氣信息工程學(xué)院制2014年5月第 1 頁(yè) 目 錄1 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求11.1 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)11.2課程設(shè)計(jì)的要求12 電子密碼鎖簡(jiǎn)介12.1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展和現(xiàn)狀12.2 課題研究目的和意義23 設(shè)計(jì)方案的制定23.1設(shè)計(jì)思路23.2總體方案設(shè)計(jì)43.2.1 密碼鎖輸入電路設(shè)計(jì)43.2.2 矩陣式鍵盤工作原理43.2.3 密碼鎖輸入電路主要功能模塊設(shè)計(jì)53.2.4 密碼鎖控制電路設(shè)計(jì)73.2.5 密碼鎖顯示電路設(shè)計(jì)93.2.6 Quartus 軟件引腳配置94 系統(tǒng)時(shí)序仿真結(jié)果105 總結(jié)與體會(huì)115.1 總結(jié)115.2 體會(huì)126 參考文獻(xiàn)12附錄13基于FPGA的數(shù)字密碼鎖設(shè)計(jì)學(xué)生：汪金濤指導(dǎo)教師：李營(yíng)電氣信息工程學(xué)院電子信息工程專業(yè)1 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求1.1 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)通用的電子密碼鎖主要由三個(gè)部分組成：數(shù)字密碼輸入電路、密碼鎖控制電路和密碼鎖顯示電路。（1）密碼鎖輸入電路包括時(shí)序產(chǎn)生電路、鍵盤掃描電路、鍵盤彈跳消除電路、鍵盤譯碼電路等幾個(gè)小的功能電路。（2）密碼鎖控制電路包括按鍵數(shù)據(jù)的緩沖存儲(chǔ)電路，密碼的清除、變更、存儲(chǔ)、激活電鎖電路（寄存器清除信號(hào)發(fā)生電路），密碼核對(duì)（數(shù)值比較電路），解鎖電路（開/關(guān)門鎖電路）等幾個(gè)小的功能電路。（3）密碼顯示電路主要將顯示數(shù)據(jù)的BCD碼轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的編碼。如，若選用七段數(shù)碼管顯示電路，主要將待顯示數(shù)據(jù)的BCD碼轉(zhuǎn)換成數(shù)碼器的七段顯示驅(qū)動(dòng)編碼。1.2課程設(shè)計(jì)的要求設(shè)計(jì)一個(gè)具有較高安全性和較低成本的通用電子密碼鎖，具體功能要求如下：（1）數(shù)碼輸入：每按下一個(gè)數(shù)字鍵，就輸入一個(gè)數(shù)值，并在顯示器上的顯示出該數(shù)值，同時(shí)將先前輸入的數(shù)據(jù)依序左移一個(gè)數(shù)字位置。（2）數(shù)碼清除：按下此鍵可清除前面所有的輸入值，清除為“0000”。（3）密碼更改：按下此鍵時(shí)會(huì)將目前的數(shù)字設(shè)定成新的密碼。（4）激活電鎖：按下此鍵可將密碼鎖上鎖。（5）解除電鎖：按下此鍵會(huì)檢查輸入的密碼是否正確，密碼正確即開鎖。2 電子密碼鎖簡(jiǎn)介2.1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展和現(xiàn)狀隨著人們生活水平的提高和安全意識(shí)的加強(qiáng)，對(duì)安全的要求也就越來(lái)越高。鎖自古以來(lái)就是把守護(hù)門的鐵將軍，人們對(duì)它要求甚高，既要安全可靠的防盜，又要使用方便，這也是制鎖者長(zhǎng)期以來(lái)研制的主題。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，各類電子產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，電子密碼鎖就是其中之一。據(jù)有關(guān)資料介紹，電子密碼鎖的研究從20世紀(jì)30年代就開始了，在一些特殊場(chǎng)所早就有所應(yīng)用。這種鎖是通過鍵盤輸入一組密碼完成開鎖過程。研究這種鎖的初衷，就是為提高鎖的安全性。由于電子鎖的密鑰量（密碼量）極大，可以與機(jī)械鎖配合使用，并且可以避免因鑰匙被仿制而留下安全隱患。電子鎖只需記住一組密碼，無(wú)需攜帶金屬鑰匙，免除了人們攜帶金屬鑰匙的煩惱，而被越來(lái)越多的人所欣賞。電子鎖的種類繁多，例如數(shù)碼鎖，指紋鎖，磁卡鎖，IC卡鎖，生物鎖等。但較實(shí)用的還是按鍵式電子密碼鎖。目前，在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，電子密碼鎖技術(shù)相對(duì)先進(jìn)，種類齊全，電子密碼鎖已被廣泛應(yīng)用于智能門禁系統(tǒng)中，通過多種更加安全，更加可靠的技術(shù)實(shí)現(xiàn)大門的管理。在我國(guó)電子鎖整體水平尚處于國(guó)際上70年代左右，電子密碼鎖的成本還很高，市場(chǎng)上仍以按鍵電子鎖為主，按鍵式和卡片鑰匙式電子鎖已引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)水平，現(xiàn)國(guó)內(nèi)有幾個(gè)廠生產(chǎn)供應(yīng)市場(chǎng)。但國(guó)內(nèi)自行研制開發(fā)的電子鎖，其市場(chǎng)結(jié)構(gòu)尚未形成，應(yīng)用還不廣泛。希望通過不斷的努力，使電子密碼鎖在我國(guó)也能得到廣泛應(yīng)用。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?；诂F(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列FPGA器件的電子密碼鎖，用FPGA器件構(gòu)造系統(tǒng)，所有算法完全由硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，使得系統(tǒng)的工作可靠性大為提高。由于FPGA具有現(xiàn)場(chǎng)可編程功能，當(dāng)設(shè)計(jì)需要更改時(shí)，只需更改FPGA中的控制和接口電路，利用EDA工具將更新后的設(shè)計(jì)下載到FPGA中即可，無(wú)需更改外部電路的設(shè)計(jì)，大大提高了設(shè)計(jì)的效率。2.2 課題研究目的和意義隨著人們生活水平的提高，對(duì)家庭防盜技術(shù)的要求也是越來(lái)越高，傳統(tǒng)的機(jī)械鎖由于其構(gòu)造的簡(jiǎn)單，被撬的事件屢見不鮮，電子鎖由于其保密性高，使用靈活性好，安全系數(shù)高，受到了廣大用戶的歡迎。FPGA即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，它是在PAL、GAL、EPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物，是一種超大規(guī)模集成電路，具有對(duì)電路可重配置能力。相對(duì)于基于單片機(jī)技術(shù)的電子密碼鎖，用FPGA器件來(lái)構(gòu)成系統(tǒng)，可靠性提高，并且由于FPGA具有的現(xiàn)場(chǎng)可編程功能，使得電子密碼鎖的更改與升級(jí)更為方便簡(jiǎn)單。通過本次設(shè)計(jì)掌握FPGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，熟悉FPGA設(shè)計(jì)的相關(guān)軟件，以及硬件描述語(yǔ)言的使用，了解電子密碼鎖的系統(tǒng)構(gòu)成，利用FPGA實(shí)現(xiàn)電子密碼鎖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，可以加深自己對(duì)所學(xué)專業(yè)的認(rèn)識(shí)，關(guān)聯(lián)知識(shí)，增強(qiáng)自己的動(dòng)手能力，積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為以后的工作打好基礎(chǔ)。3 設(shè)計(jì)方案的制定3.1設(shè)計(jì)思路作為通用數(shù)字密碼鎖，主要有三部分組成：數(shù)字密碼輸入電路、密碼控制電路和密碼顯示電路。控制器模塊是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心,負(fù)責(zé)接收其它模塊傳來(lái)的輸入信號(hào),再根據(jù)系統(tǒng)的功能產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)送到相關(guān)的模塊。消抖同步電路用來(lái)消去開關(guān)電平抖動(dòng)現(xiàn)象并提供同步信號(hào)；編碼器接收消抖同步電路傳來(lái)的數(shù)字密碼信號(hào)后編碼輸出給比較器和RAM,并提供一個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)。作為數(shù)字密碼鎖的輸入電路，可供選擇的方案有數(shù)字機(jī)械式鍵盤和鍵觸式數(shù)字鍵盤等多種。雖然機(jī)械式鍵盤存在一些諸如機(jī)械的彈跳消除問題和機(jī)械部分的接觸問題，但是和接觸式3x4鍵盤相比，機(jī)械式鍵盤具有低成本、可靠性高、構(gòu)成電路簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟和應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)，因此是比較合適的。根據(jù)以上選定的輸入設(shè)備和顯示器件，并考慮到實(shí)現(xiàn)的具體要求，整個(gè)數(shù)字密碼鎖系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示。密碼輸入電路包括時(shí)序產(chǎn)生電路、鍵盤掃描電路、鍵盤彈跳消除電路、鍵盤譯碼電路等幾個(gè)小的功能電路。鍵盤時(shí)序產(chǎn)生電路彈跳消除電路鍵盤譯碼電路寄存器清除信號(hào)發(fā)生電路開/關(guān)鎖電路數(shù)值比較電路按鍵數(shù)值緩沖器BCD至七段譯碼器電路鍵盤掃描電路 圖1 系統(tǒng)方框圖3.2總體方案設(shè)計(jì)3.2.1 密碼鎖輸入電路設(shè)計(jì)圖2是數(shù)字密碼鎖的輸入電路框圖，由鍵盤掃描電路、清抖電路、鍵盤譯碼電路、按鍵數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，加上外接的一個(gè)3*4矩陣式鍵盤組成。 1234705689#*清抖電路鍵盤掃描鍵盤譯碼按鍵存儲(chǔ)圖2 密碼鎖輸入框圖3.2.2 矩陣式鍵盤工作原理矩陣式鍵盤是一種常見的輸入裝置，如圖3-3所示為一個(gè)3*4矩陣式鍵盤。鍵盤上的每一個(gè)按鍵盤其實(shí)是一個(gè)開關(guān)電路，當(dāng)某鍵被按下時(shí)，該按鍵所對(duì)應(yīng)的位置就呈現(xiàn)邏輯0的狀態(tài)，圖中鍵盤的掃描為行掃方式，其中的某一位為0即掃描其中的一行，具體掃描信號(hào)對(duì)應(yīng)如表1所示。表1 掃描信號(hào)對(duì)應(yīng)表KEYR3.0KEYC2.0對(duì)應(yīng)的按鍵01110111101211031011011410151106110101171018110911100110101*110#鍵盤掃描信號(hào)KEYR3與第一行相連，KEYR2與第二行相連，依此類推。很顯然，掃描信號(hào)的變化順序?yàn)椋?111、1011、1101、1110，周而復(fù)始。在掃描的過程中，當(dāng)有鍵按下時(shí)，對(duì)應(yīng)的鍵位就為邏輯0狀態(tài)，從而從KEYC2.0 讀出的鍵值相應(yīng)列為0.具體情況如表1所示：若從KEYC2.0 讀出的值全為1 時(shí)，表示沒有鍵被按下，則不進(jìn)行按鍵的處理。如果有鍵被按下，則將KEYC2.0 讀出的送至鍵盤譯碼電路進(jìn)行譯碼。3.2.3 密碼鎖輸入電路主要功能模塊設(shè)計(jì) 時(shí)序產(chǎn)生電路：本時(shí)序產(chǎn)生電路中使用了三種不同的工作脈沖波形：系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖、彈跳消除脈沖、鍵盤掃描信號(hào)。本設(shè)計(jì)選用信號(hào)Q建立一個(gè)9位自由計(jì)數(shù)器，對(duì)輸入主時(shí)鐘進(jìn)行降頻處理。 首選信號(hào)Q建立一個(gè)9位自由計(jì)數(shù)器，對(duì)輸入主時(shí)鐘進(jìn)行降頻處理。分頻仿真圖如下圖3所示。圖3 分頻模塊仿真圖使用CLK_A=Q(1)語(yǔ)句，取得一個(gè)脈沖波形，對(duì)主時(shí)鐘進(jìn)行2分頻，其值為0、1、0、1；使用CLK_B=Q(4 DOWNTO 3)語(yǔ)句，取得一脈沖序列，依次為00、01、10、11、00； 鍵盤掃描電路：目標(biāo)：提供鍵盤掃描信號(hào)，即表1中的KEYR30，變化順序依次為0111、1011、1101、1110，依次重復(fù)出現(xiàn)。 說(shuō)明：在程序中，S信號(hào)是用來(lái)產(chǎn)生掃描信號(hào)的四個(gè)狀態(tài)，Q是為了對(duì)輸入主時(shí)鐘進(jìn)行降頻處理。 鍵盤消抖電路因?yàn)榘存I大多是機(jī)械式開關(guān)，在開關(guān)切換的瞬間會(huì)在接解點(diǎn)出現(xiàn)來(lái)回彈跳的現(xiàn)象，其現(xiàn)象如圖4所知,雖然只是按了一次鍵，實(shí)際產(chǎn)生的按鍵信號(hào)卻不只跳動(dòng)一次，經(jīng)過取樣信號(hào)的檢查后，將會(huì)造成誤碼判，認(rèn)為是按了兩次鍵。如果調(diào)整取樣頻率，可以發(fā)現(xiàn)抖現(xiàn)象得到了改善。 調(diào)整取樣頻率后的情況如圖4所示。圖4 鍵盤消抖信號(hào)圖 鍵盤譯碼電路從前面所述的鍵盤掃描電路的輸出可以看出，掃描得到的信號(hào)規(guī)律性不強(qiáng)，例如數(shù)字鍵主要用來(lái)輸入數(shù)字，但鍵盤掃描輸出無(wú)法拿來(lái)直接使用，必須對(duì)其進(jìn)行譯碼才能使用。如表2所示，只要使用begincase或ifelse語(yǔ)句，便可完成設(shè)計(jì)。鍵盤譯碼電路主要負(fù)責(zé)的工作是：首先判斷是否有鍵按下，若被按下的是數(shù)字按鍵，則解釋成相應(yīng)的BCD碼，若被按下的是功能鍵，則譯成四位的數(shù)字碼，由密碼控制電路做相應(yīng)的工作。表2 鍵盤參數(shù)表KEYR3.0KEYC2.0對(duì)應(yīng)的按鍵譯碼輸出功能011101110001數(shù)碼輸入10120010數(shù)碼輸入11030011數(shù)碼輸入101101140100數(shù)碼輸入10150101數(shù)碼輸入11060110數(shù)碼輸入110101170111數(shù)碼輸入10181000數(shù)碼輸入11091001數(shù)碼輸入111001100100擊活電鎖101*0000數(shù)碼輸入110#0001清除/解鎖電路 按鍵存儲(chǔ)電路因?yàn)槊看伟存I都會(huì)產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)，可能會(huì)覆蓋前面的數(shù)據(jù)，所以需要一個(gè)按鍵存儲(chǔ)電路，將鍵盤掃描譯碼后的結(jié)果記錄下來(lái)。這一功能可以用移位寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)。3.2.4 密碼鎖控制電路設(shè)計(jì)數(shù)字密碼鎖控制電路是整個(gè)電路的控制中心，主要完成如下功能： 數(shù)字按鍵輸入部分如果輸入數(shù)字鍵，第一個(gè)數(shù)字會(huì)從顯示器的最右端開始顯示，此后每新按一個(gè)數(shù)字時(shí)，顯示器上的數(shù)字必須往左移動(dòng)一位。若想要更改輸入的數(shù)字，可按退格鍵來(lái)清除前一個(gè)輸入的數(shù)字，或按清除鍵清除輸入的所有數(shù)字，再重新輸入4位數(shù)字。既然設(shè)計(jì)的是四位電子密碼鎖，當(dāng)輸入的數(shù)字鍵超過4位時(shí)，電路不應(yīng)理會(huì)。 功能鍵輸入部分退格鍵：只清除前一個(gè)輸入的數(shù)字。清除鍵：清除所有輸入。密碼核對(duì)：在密碼更改，開鎖之前必須先核對(duì)密碼。密碼變更：按下此鍵將目前輸入的數(shù)字設(shè)定為新的密碼。激活電鎖：上鎖之前必須先設(shè)定密碼才能上鎖。解除電鎖：檢查輸入的密碼是否正確，正確才開鎖。萬(wàn)用密碼：電子密碼鎖維護(hù)者使用。 六種工作狀態(tài)控制器實(shí)際上是一個(gè)有限狀態(tài)機(jī)，它一共有六個(gè)狀態(tài)：初始狀態(tài)S0、接收數(shù)碼狀態(tài)S1、準(zhǔn)備開鎖狀態(tài)S2、S3狀態(tài)表示每正確接受一次數(shù)碼，計(jì)數(shù)器C加1、開鎖狀態(tài)S4和錯(cuò)誤報(bào)警狀態(tài)S5。初始狀態(tài)S0:系統(tǒng)開鎖、報(bào)警或上電后進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)，這時(shí)系統(tǒng)不接收除READY 信號(hào)外的任何輸入信號(hào)。接收數(shù)碼狀態(tài)S1:在該狀態(tài)下, 如果按下“READY” 則保持該狀態(tài)不變；如果按下“OK”和“OPEN”則轉(zhuǎn)到報(bào)警狀態(tài)；如果有數(shù)據(jù)輸入,則控制器輸入一個(gè)DATA-IN信號(hào),輸出RD和CNP1信號(hào)，從RAM中讀取密碼進(jìn)行比較,同時(shí)使計(jì)數(shù)器加1；檢查計(jì)數(shù)是否計(jì)數(shù)到100 ,若CNTe1有效，表示已經(jīng)接收到4個(gè)正確的密碼，可以轉(zhuǎn)入下一個(gè)狀態(tài)，否則返回本狀態(tài)，繼續(xù)接收其它密碼。檢查Dep信號(hào)狀態(tài),Dep=1則密碼正確,進(jìn)入確認(rèn)狀態(tài),反之則輸出CNP2信號(hào)進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)；如果仍然有數(shù)據(jù)輸入,則說(shuō)明輸入密碼錯(cuò)誤,則輸出CNP2信號(hào)進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)。準(zhǔn)備開鎖狀態(tài)S2：在確認(rèn)狀態(tài)下按“SET”鍵進(jìn)入該狀態(tài),EN信號(hào)有效。該狀態(tài)首先由控制器發(fā)RESET-CNT信號(hào)；檢查是否有數(shù)據(jù)輸入，如果沒有則等待；若有數(shù)據(jù)輸入，控制器則輸出WR和CNP1信號(hào)，向RAM發(fā)出信號(hào)，并使計(jì)數(shù)器加1，檢查計(jì)數(shù)器是否計(jì)數(shù)到100，若CNTe1有效，表示已經(jīng)接收到4個(gè)正確的密碼,進(jìn)入確認(rèn)狀態(tài),否則返回本狀態(tài)，繼續(xù)接收其它密碼。確認(rèn)狀態(tài)S3：輸入密碼正確后進(jìn)入該狀態(tài)。密碼輸入得到確認(rèn)才可以進(jìn)入開鎖狀態(tài),密碼設(shè)置完畢后，只有得到確認(rèn)才可生效，并返回準(zhǔn)備狀態(tài)。開鎖狀態(tài)S4：輸入密碼確認(rèn)后進(jìn)入該狀態(tài),此時(shí)按“OPEN”鍵,控制器便發(fā)出SLT信號(hào)開鎖并返回到準(zhǔn)備狀態(tài)。錯(cuò)誤報(bào)警狀態(tài)S5：每次進(jìn)入該狀態(tài)首先檢查計(jì)數(shù)器2是否計(jì)數(shù)到11。若輸入錯(cuò)誤密碼達(dá)到三次,則CNTe2有效，控制器輸出SLB信號(hào)，報(bào)警電路報(bào)警；若輸入錯(cuò)誤次數(shù)不超過三次,則CNTe2無(wú)效，返回到輸入密碼狀態(tài)。3.2.5 密碼鎖顯示電路設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)的密碼鎖采用7段LED數(shù)碼管來(lái)分別顯示其在不同工作狀態(tài)下的信息，并能對(duì)輸入的口令消隱顯示。以下為顯示模塊部分程序。always (posedge CLK or negedge nCLR)begin:counter if (nCLR)Q =3b000; else if (CNT=1b1)Q =Q+1b1; else Q =Q;end assign M=(Q =3b111);assign A2,A1,A0=Q;assign D=Password;always (A2 or A1 or A0 or D) begin :Muxltiplexer case (A2,A1,A0) 3d0:Mux_out=D0; 3d1:Mux_out=D1; 3d2:Mux_out=D2; 3d3:Mux_out=D3; 3d4:Mux_out=D4; 3d5:Mux_out=D5; 3d6:Mux_out=D6; 3d7:Mux_out=D7; endcase end 程序中cnt為編碼計(jì)數(shù)器，它的每一個(gè)值代表一種狀態(tài)，在不同狀態(tài)下encode端口輸出不同的LED選擇編碼。此編碼作為譯碼器74LS138的地址輸入，用于選擇操作哪一位LED數(shù)碼管。3.2.6 Quartus 軟件引腳配置 引腳配置圖如圖5所示。圖5 引腳配置圖4 系統(tǒng)時(shí)序仿真結(jié)果該密碼鎖利用Quartus工作平臺(tái)進(jìn)行編譯和綜合仿真，系統(tǒng)最后仿真結(jié)果如下，由圖7可以很明顯的看到，此數(shù)字密碼鎖能夠很好的完成對(duì)電子鎖上鎖和解鎖的過程，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)中的各項(xiàng)要求。說(shuō)明我們對(duì)模塊的設(shè)計(jì)是正確的。（a）正確開鎖過程仿真（b）錯(cuò)誤開鎖過程 圖6 系統(tǒng)仿真波形圖若系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置的密碼為01011001。分析波形圖可知，nRESET信號(hào)使系統(tǒng)首先進(jìn)入初始狀態(tài)。BIT開關(guān)用于產(chǎn)生一位數(shù)碼，READ開關(guān)將BIT產(chǎn)生的當(dāng)前數(shù)碼讀入系統(tǒng)，并與系統(tǒng)內(nèi)所設(shè)置的密碼的相應(yīng)位進(jìn)行比較，比較的順序是從低位到高位。當(dāng)讀入8位數(shù)碼與開鎖密碼一致時(shí)，按下開鎖的TRY信號(hào)，系統(tǒng)將產(chǎn)生高電平的開鎖信號(hào)OPEN,如圖6（a）所示。如果開鎖過程中任何一次送入的數(shù)碼與設(shè)置的密碼數(shù)值不一致，例如圖6（b）中輸入的第二位數(shù)碼為1，與設(shè)置的0不符，系統(tǒng)發(fā)出錯(cuò)誤信號(hào)ERROR?；蛘逿RY信號(hào)使用不當(dāng)，也會(huì)產(chǎn)生ERROR信號(hào)。為了便于分析開鎖過程中，系統(tǒng)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，圖6中給出了中間變量的波形圖。5 總結(jié)與體會(huì)5.1 總結(jié)本設(shè)計(jì)中采用了Altera公司的FPGA芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以極大地減少其他分立元件或其他芯片的使用，有效地縮小了印制電路板面積，提高了系統(tǒng)的可靠性，大大縮短了系統(tǒng)開發(fā)的周期。由于采用Verilog HDL進(jìn)行設(shè)計(jì)，用軟件實(shí)現(xiàn)硬件電路，具有良好的可移植性，可隨時(shí)在線更改邏輯設(shè)計(jì)及有關(guān)參數(shù)，充分體現(xiàn)FPGA的優(yōu)越性，具有一定的實(shí)用性。本文設(shè)計(jì)的密碼鎖克服了基于單片機(jī)的密碼鎖的可靠性較差的缺點(diǎn)，利用了FPGA 的ISP功能可高效的進(jìn)行功能擴(kuò)展和產(chǎn)品升級(jí)，具有使用靈活，性能可靠，安全保密性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn), 將有十分良好的應(yīng)用前景。本設(shè)計(jì)參考和結(jié)合了很多有關(guān)電子密碼鎖問題的論文，經(jīng)過多次修改和整理，可以滿足人們的基本要求，防盜系數(shù)高，安全性能好。但因?yàn)樗接邢?，可能也存在一定的問題。5.2 體會(huì)通過本次課程設(shè)計(jì)，我得到了大量的鍛煉并受益匪淺，不但提高了自身對(duì)理論基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，同時(shí)還鍛煉了自己的動(dòng)手實(shí)踐能力。讓我更牢固地掌握了有關(guān)的理論知識(shí)，并簡(jiǎn)單了解了系統(tǒng)仿真建模的基本步驟，同時(shí)還加深了我對(duì)quartus軟件的理解與應(yīng)用。在做設(shè)計(jì)的過程中，我深刻地體會(huì)到，對(duì)理論知識(shí)的掌握并不以意味著自己就能將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際的系統(tǒng)。但是，理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)深刻與否，對(duì)實(shí)踐活動(dòng)有著重要的作用，只有對(duì)理論基礎(chǔ)知識(shí)有深入地了解，才能通過理論來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐，如果沒有掌握理論知識(shí)，是不可能獲得實(shí)踐上的成功。同時(shí)，通過此次課程設(shè)計(jì)，充分調(diào)動(dòng)了自身對(duì)知識(shí)的運(yùn)用和對(duì)以前學(xué)過的知識(shí)的靈活調(diào)用。在設(shè)計(jì)過程中遇到過許多困難，但通過查閱相關(guān)資料以及前人的結(jié)果，從而解決了許多問題，同時(shí)也提高了自己分析問題解決問題的能力。最后，課程設(shè)計(jì)中與老師和同學(xué)的交流是很有必要的。畢竟每個(gè)人對(duì)課程設(shè)計(jì)的思路和自己遇到的問題都有不同的理解，所以遇到問題共同交流還是能夠解決各種問題的。6 參考文獻(xiàn)1 潘松，陳龍，黃繼業(yè).EDA技術(shù)與Verilog HDL（第二版）M.北京：清華大學(xué)出版社，2010, 4:44-702 周潤(rùn)景，蘇良碧.基于Quartus 的數(shù)字系統(tǒng)Verilog HDL設(shè)計(jì)實(shí)例詳解 M.北京：電子工業(yè)出版社，2010,5:6-1543 王衛(wèi)兵,劉克剛,朱秋萍.用FPGA的電子密碼鎖M.北京：中國(guó)機(jī)械工業(yè)出版社,2011:26-284 趙益丹,徐曉林,周振峰.電子密碼鎖的系統(tǒng)原理、設(shè)計(jì)程序及流程圖N.嘉興學(xué)院學(xué)報(bào), 2003, 15(S1):103-1055 李連華.基于FPGA的電子密碼鎖設(shè)計(jì)N.中國(guó)科技信息報(bào),2010,5:646 許琦.基于FPGA的電子密碼鎖的設(shè)計(jì)M.北京：電子工業(yè)出版社,2009,10:240 -241 7 康華光，鄒壽彬.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第五版）M.北京：高等教育出版社，2005,7:58-698 李士雄，丁康源.數(shù)字集成電子技術(shù)教程M.北京：高等教育出版社，2010,7:58-699 王金明，楊吉斌.數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)與Verilog HDLM.北京：電子工業(yè)出版社，2010,10:34-6810 任愛鋒.基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2010, 7:35-169附錄數(shù)字密碼鎖源程序module Lock_RTL (OPEN,ERROR,nRESET,TRY,READ,BIT,CLK,W,B,Q,M); /* 定義輸入/輸出 */input nRESET,TRY,READ,BIT,CLK;output OPEN,ERROR,B,M;output 3:0W;output 2:0 Q;assign W=0001;reg OPEN,ERROR;wire nRESET,TRY,READ,BIT,CLK; /對(duì)狀態(tài)進(jìn)行編碼parameter S0=6b000001,S1=6b000010,S2=6b000100,S3=6b001000,S4=6b010000,S5=6b100000;parameter Password=8b01011001; /定義系統(tǒng)內(nèi)部信號(hào)變量及其類型reg 5:0 CurrentState,NextState; /控制寄存器reg nCLR,CNT; /CNT=1,計(jì)數(shù)器工作；CNT=0，暫停計(jì)數(shù)wire B,M; /數(shù)據(jù)處理器輸出reg 2:0Q; /計(jì)數(shù)器輸出wire A2,A1,A0; /數(shù)據(jù)選擇器控制信號(hào)wire 7:0D; /數(shù)據(jù)選擇器輸入信號(hào)reg Mux_out; /數(shù)據(jù)選擇器輸出信號(hào)/* 控制單元狀態(tài)轉(zhuǎn)換的描述 */always(posedge CLK or negedge nRESET) begin:ststereg if(nRESET) begin CurrentState =S0; nCLR =1b0;end else begin CurrentState =NextState; nCLR =1b1; end endalways(BIT or READ or TRY or B or M or CurrentState) begin:fsm OPEN=1b0; ERROR=