試議密碼鎖一種基于FPGA狀態(tài)機(jī)的智能電子密碼鎖的設(shè)計(jì)免費(fèi)

1、試議密碼鎖一種基于FPGA狀態(tài)機(jī)的智能電子密碼鎖的設(shè)計(jì)免費(fèi)摘要：電子密碼鎖和普通機(jī)械鎖相比具有很多優(yōu)點(diǎn)，廣泛適用于商業(yè)、辦公、個(gè)人等應(yīng)用領(lǐng)域。本文討論了一種基于FPGA的電子密碼鎖的設(shè)計(jì)方案，軟件部分采用狀態(tài)機(jī)描述的方法實(shí)現(xiàn)，采用狀態(tài)機(jī)的描述方法，可以使程序的編寫清晰簡(jiǎn)化，具有一定的實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：電子密碼鎖；FPGA；狀態(tài)機(jī)10079599 （2012） 14000002一、引言電子密碼鎖是一種通過輸入密碼來控制開鎖、閉鎖的數(shù)字電子產(chǎn)品。和傳統(tǒng)機(jī)械鎖相比，電子密碼鎖具有許多優(yōu)點(diǎn)：無需配鑰匙，僅需憑密碼實(shí)現(xiàn)開閉鎖；保密性比機(jī)械鎖高；操作簡(jiǎn)單，只需要用按鍵進(jìn)行控制即可；密碼可以反復(fù)改變；當(dāng)密碼

2、輸入錯(cuò)誤還可以進(jìn)行聲光報(bào)警等。電子密碼鎖的實(shí)現(xiàn)方法很多，以芯片為控制核心的密碼鎖是目前市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品，這類產(chǎn)品主要以單片機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)密碼鎖的主要功能。EDA技術(shù)是目前數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心和發(fā)展方向，本文討論了一種通過狀態(tài)機(jī)描述實(shí)現(xiàn)電子密碼鎖的設(shè)計(jì)方法，采用FPGA器件實(shí)現(xiàn)核心控制功能，由于FPGA器件具有在線可編程的特點(diǎn)，可以對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)升級(jí)和擴(kuò)展。二、電子密碼鎖的系統(tǒng)功能要求該電子密碼鎖可以在FPGA芯片的控制下實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）系統(tǒng)上電復(fù)位后，可通過“設(shè)置密碼”鍵，設(shè)定6位數(shù)字密碼。（2）每輸入一位密碼，都在LED數(shù)碼管上進(jìn)行移位顯示。密碼設(shè)置好后，按“上鎖”鍵進(jìn)行上鎖操作。（3）在閉鎖狀

3、態(tài)下，按“核對(duì)密碼”鍵，可以輸入密碼開鎖，且每輸入一位密碼，在數(shù)碼管上移位顯示“”，提示已輸入密碼的位數(shù)。（4）輸入四位核對(duì)密碼后，按“開鎖”鍵，若密碼正確則系統(tǒng)開鎖，若密碼錯(cuò)誤三次以內(nèi)，則系統(tǒng)仍然處于閉鎖狀態(tài)。（5）密碼連續(xù)輸錯(cuò)三次，蜂鳴器發(fā)出警告信號(hào)響10秒鐘。三、系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)以FPGA芯片作為核心控制部件，實(shí)現(xiàn)密碼鎖的主要功能。采用44矩陣鍵盤作為數(shù)據(jù)和控制信號(hào)輸入，由LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示、蜂鳴器等作為輸出部分。（一）核心控制電路由FPGA芯片作為核心控制部件，實(shí)現(xiàn)密碼的主要功能。本設(shè)計(jì)采用Altera公司的Cyclone系列芯片，該系列芯片片內(nèi)資源豐富，片外只需擴(kuò)展時(shí)鐘、電源、

4、配置電路、I/O擴(kuò)展接口即可。（二）鍵盤輸入電路本方案采用44矩陣鍵盤產(chǎn)生輸入控制信號(hào)和數(shù)字密碼。矩陣鍵盤只需4條行線和4條列線進(jìn)行控制，節(jié)省了FPGA芯片的I/O口資源。該電路配備消抖動(dòng)電路、按鍵掃描信號(hào)、按鍵數(shù)據(jù)緩存等模塊即可工作。數(shù)字鍵盤中共有“09”10個(gè)數(shù)字鍵，另外6個(gè)按鍵為功能鍵。功能鍵的設(shè)定如下：1.設(shè)置密碼鍵：按下后可以輸入四位數(shù)字密碼，考慮到密碼鎖的實(shí)際使用，在鎖開狀態(tài)時(shí)該鍵有效，鎖閉時(shí)無效。2.核對(duì)密碼鍵：按下后，可輸入四位密碼進(jìn)行核對(duì)。該鍵在鎖開狀態(tài)下無效，鎖閉狀態(tài)下有效。3.上鎖鍵：在設(shè)置密碼狀態(tài)下輸入設(shè)置的密碼后，按下該鍵，系統(tǒng)進(jìn)行閉鎖操作。4.開鎖鍵：在核對(duì)密碼狀態(tài)

5、下，輸入4位密碼后，若密碼正確，系統(tǒng)發(fā)出開鎖控制信號(hào)進(jìn)行開鎖操作，密碼有誤則不開鎖。5.清除鍵：在設(shè)置密碼或核對(duì)密碼時(shí)，按下此鍵可以清除前面輸入的密碼，等待重新輸入。6.復(fù)位鍵：按下該鍵，系統(tǒng)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，考慮到實(shí)際應(yīng)用，該鍵只在鎖開的狀態(tài)下有效。（三）顯示電路本方案采用四位動(dòng)態(tài)顯示的數(shù)碼管顯示密碼，在設(shè)置密碼時(shí)移位顯示密碼的摘自：本科畢業(yè)論文結(jié)論值，在核對(duì)密碼的時(shí)候移位顯示“”，確保密碼安全。四、系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)在Quarters II軟件平臺(tái)下，編寫VHDL語言源文件，實(shí)現(xiàn)FPGA的邏輯功能。軟件的設(shè)計(jì)采用狀態(tài)機(jī)的描述法，將密碼鎖的控制過程分為準(zhǔn)備、設(shè)置密碼、核對(duì)密碼、開鎖、閉鎖等狀態(tài)，不同

6、狀態(tài)之間的切換通過相應(yīng)的控制信號(hào)來完成。S0：復(fù)位狀態(tài)，系統(tǒng)上電復(fù)位后或“復(fù)位”信號(hào)有效即進(jìn)入此狀態(tài)，在該狀態(tài)下可進(jìn)行密碼的設(shè)置。S1：設(shè)置密碼狀態(tài)，在該狀態(tài)可設(shè)置4位數(shù)字密碼，并允許進(jìn)行“清除”操作。S2：閉鎖狀態(tài)，設(shè)置密碼成功后進(jìn)入該狀態(tài)，F(xiàn)PGA存儲(chǔ)密碼并控制機(jī)械鎖閉合。S3：核對(duì)密碼狀態(tài)：在該狀態(tài)下可進(jìn)行密碼核對(duì)操作，允許進(jìn)行“清除”操作。S4：開鎖狀態(tài)，4位密碼核對(duì)正確后，進(jìn)入該狀態(tài)，F(xiàn)PGA控制機(jī)械鎖打開并將存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)保存的密碼清除。在該狀態(tài)下按“復(fù)位”鍵，可回到狀態(tài)S0。S5：核對(duì)一次錯(cuò)誤狀態(tài)，核對(duì)密碼時(shí)，輸入一次錯(cuò)誤進(jìn)入此狀態(tài)。S6：核對(duì)兩次錯(cuò)誤狀態(tài)， 核對(duì)密碼時(shí)，輸入兩次錯(cuò)誤進(jìn)入此狀態(tài)。S7：核對(duì)三次錯(cuò)誤狀態(tài)，此時(shí)FPGA控制蜂鳴器發(fā)出10秒的報(bào)警音。各個(gè)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖1所示：五、結(jié)束語本設(shè)計(jì)采用狀態(tài)機(jī)的描述方法實(shí)現(xiàn)密碼鎖的邏輯功能，基于狀態(tài)機(jī)的編程方法使程序結(jié)構(gòu)清晰，在Quarters II軟件平臺(tái)下通過編譯、鎖定引腳、配置，系統(tǒng)的仿真結(jié)果和設(shè)計(jì)要求一致，能夠完成控制任務(wù)。由于FPGA的可重復(fù)編程性，可在此基礎(chǔ)上還通過修改源程序和相應(yīng)外圍電路對(duì)密碼鎖的功能進(jìn)行升級(jí)和擴(kuò)展，該密碼鎖的設(shè)計(jì)和開發(fā)方法靈活、高效，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。參考文獻(xiàn)：焦素敏.EDA應(yīng)用技術(shù)M.北京：清華大學(xué)出版社，2005趙立民.可編程邏輯