1、毕业论文开题报告 电气工程及其自动化 基于 FPGA 的数字密码锁控制设计 一、课题研究意义及现状 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，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，数字密码锁就是其中之一。 目前使用的数字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。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，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
2、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。 当前，数字应用系统设计向小型化、快速化、大容量、重量轻的方向发展。 FPGA 是英文 Field Programmable Gate Array 的缩写，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。 FPGA 的结构一般分为三部分：可编程逻辑模块、可编程 I/O 模块和可编程内部 互连区 IR。 CLB 的功能很强，不仅能够实现逻辑函数，还可以配置成 RAM 等复杂的形式。基于 SRAM 的 FPGA
3、 器件工作前需要从芯片外部加载配置数据。配置数据可以存储在片外的 EPROM 或者计算机上，设计人员可以控制加载过程，在现场修改器件的逻辑功能，即所谓现场可编程 1。 FPGA出现后受到电子设计工程师的普遍欢迎，发展十分迅速。 二、课题研究的主要内容和预期目标 1主要内容 本次课题，主要研究的是如何利用 FPGA 技术设计一个数字密码锁的主控模块，该模块主要能实现如下几个功能：密码的存储、数字显示、密码验证功能 、报警功能和显示功能。完成软件编程的同时，对 FPGA 开发板进行调试，实现功能的仿真显示。 2预期目标 1)预期设计一个日常使用的数字密码锁 ，利用 FPGA 软件编程实现数字密码锁
4、的主控模块。主控模块设计中主要是设计密码的存储、数字显示、密码验证功能、报警功能和显示功能，其中密码存储模块是它的密码规定电路，其功能有两个：一个是将存储的密码输出到比较模块中与外部输入的数字进行比较操作，另一个是存储用户修改后的密码。密码验证功能，当输入的数字符合电路中设定的数字时（即密码对），显示“ 0”表示输入密码正确，如果输入 的密码是错误的，则显示“ F”。并且该数字密码锁仅能允许接收三次错误的密码数字输入，超过三次的错误密码数字后，电路不再接收密码数字输入，并触发报警功能，用喇叭发出报警音响。 图 1 数字密码锁主要构成框图 2)可靠性、安全性等方面的考虑 .由于数字锁的密钥量（密
5、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。数字锁只需记住一组密码，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。 数字密码锁的优点：不用钥匙，不用电源，不用电 池，没有废弃污染物；全机械结构，能承受相当恶劣的外部环境，使用范围广；操作简单，开锁时间比较短，平均开锁时间约 15 秒；实际密码量大保密性能高，试探开锁的概率几乎为零；结构简单，结实可靠。 三、课题研究的方法及措施 1研究方法 首先要对数字密码锁和 FPGA 进行了解，这需要查阅一定的资料，清楚数字密码锁的原理，各项功能的实现， FPGA 的硬件功能和其内部的逻辑功能。因为本次研究完成的主要是对
6、 数字密码锁的主控模块进行编程，其功能模块主要分成分频模块、同步消抖模块、使能电路模块、反相电路模块、密码存储模块、编码模块 、比较模块、计数选择模块、数码管译码模块、指示电路模块和控制器模块，那么要根据相关的资料对这些模块进行编译。编译通过后，先用软件进行仿真，查看其结果。如果仿真通过后，我设想是把程序下到 FPGA 开发板中，通过对按键和显示的设置，并用几次不同的输入密码情况来验证程序的正确性，到达预期的效果。 2研究措施 1） 收集查阅 关于数字密码锁的 相关资料，对 FPGA 的应用设计情况进行了熟悉了解；了解不同的设计实现方法，比较现有的相关方案，确定本课题研究和实现方案，然后对方案
7、中的各单元进行了必要的分析和研究。 控 FPGA 译码 按键 显示 声光显示 密码存储器 2）对所研究的 数字密码锁的功能进行分类，具体分成 密码的存储、数字显示、密码验证功能、报警功能和显示 功能，并对各个功能进行软件编程。 3）对各个功能模块进行具体功能分类，研究各功能之间的关系，制成图表，举一反三。然后对各个功能模块进行软件编译。 4）完成了编程以后，要利用软件的仿真功能对编完的程序进行仿真，通过仿真得到的变化来初步判断程序是否满足预先所要求的功能。 5）通过软件功能仿真后，根据结果进行适当调整和软件调试，需要记录过程和研究成果以及心得体会。 6）如果有时间，我会在 FPGA 开发板上接
8、上语音的模块和指纹识别模块 使得自数字密码锁更加有写实性，更有人性化，在技术上取得更大突破。 四、课题研究进度计划 1 2010 年 10 月 18 日至 2010 年 11 月 23 日 分析任务，查阅数字密码锁设计相关的资料；对资料进行消化，进行理论准备，方案的考虑和设计；基本完成开题报告、中、英文翻译和文献综述。 2 2010 年 11 月 23 日至 2010 年 12 月 31 日 决定最佳设计方案；设计出总体实现电路的构架；确定所需要的元器件。 3 2011 年 1 月 1 日至 2011 年 3 月 1 日 对功能模块进行软件编程，各单元模块通过调节参数进行软件仿真；然后利用 F
9、PGA 开 发板，调节各种参数对模块功能进行硬件调试，对结果进行对比分析。 4 2011 年 4 月 1 日至 2011 年 4 月 24 日 制作好具体模型，完成毕业设计论文；做好答辩用的 PPT，并作好答辩准备。 五、参考文献 1 康华光 .电子技术基础 (数字部分） -第五版 M.北京：高等教育出版社， 2006 年 1 月 . 2 Stephen Brown,Zvonko Vranesic.Fundamentals of Digital Logic with Verilog Design(2nd Edition)M.New York:McGraw-Hill,2007,5. 3 Ming
10、-Bo Lin.Digital System Designs and Practices: Using Verilog HDL and FPGAs M.New York: McGraw-Hill,2008,8. 4 崔葛瑾 .基于 FPGA 的数字电路系统设计 M.西安：西安电子科技大学出版社， 2008 年 7 月 . 5 美 Nigel P.Cook 著 ,施惠琼 ,李黎明 .实用数字电子技术 M.北京：清华大学出版社 , 2006年 10 月 . 6 贾立新，王涌 .电子系统设计与实践 M.北京：清华大学出版社 ,2007 年 4 月 . 7 杨刚等电子系统设计与实践 M北京：电子工业出版社， 2003 年 8 月 . 1 徐向民 .数字系统设计及 VHDL 实践 M.北京：机械工业出版社 ,2007 年 8 月 . 2 谭卫泽 ,徐畅 .面向 FPGA 器件的 VHDL 语言优化设计方法 J.南宁职业技术学院学报 ,2008年 ,13(4):98 100. 3 Peter J.Ashenden.VHDL Design GuideM.Amercian： YinLinPress,06.2005. 4 张立 .VHDL 应用开发技术实践 M.北京：人民邮电出版社， 2005 年 4 月。
