毕业设计论文-基于FPGA电子密码锁的设计(含程序).docx
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1、毕 业设计(论 文)题 目:基于FPGA电子密码锁的设计学院:电子工程学院系部:光电子技术系专业:光电信息工程班 级:学生姓名:导师姓名:职称:讲师毕业设计(论文)诚信声明书本人声明:本人所提交的毕业论文基于FPGA电子密码锁的设计 是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果,论文中所引用他人的 文献、数据、图件、资料均已明确标注;对本文的研究做出重要贡献的 个人和集体,均已在文中以明确方式注明并表示感谢。本人完全清楚本声明的法律后果,申请学位论文和资料若有不实之 处,本人愿承担相应的法律责任。论文作者签名:时间:年月日指导教师签名:时间:年月日毕业设计(论文)任务书学生姓名指导教师职称讲师学
2、院电子工程学院系部光电子技术系专业光电信息工程题目基于FPGA的电子密码锁设计任务与要求任务:基于FPGA设计的电子密码锁是一个小型的数字系统,与普通机械锁 相比,具有许多独特的优点:保密性好,防盗性强,可以不用钥匙,记住 密码即可开锁等。系统所实现的功能:用户给电子密码锁设定一个密码, 当使用本机键盘开锁时,该密码与用户设定的密码比较,如果密码正确, 则开锁;如果密码不正确,则允许用户重新输入密码,最多可输入三次, 若三次都不正确,则扬声器报警,直到按复位键才允许再次输入代码。要求:1 具有一定的数字电路和模拟电路及单片机方面的知识。2. 具有一定的软件编写能力。3. 具有大学英语四级及以上
3、水平,能够读懂常用的英文资料。4. 对自己设计的电路进行仿真和调试。5 学会撰写科技论文。开始日年3月28 FI完成日期年7月1主管院长(签字)年月日西安邮电学院毕业设计(论文)工作计划学生姓名指导教师职称讲师学院电子工程学院系部光电子技术系专业光电信息工程题目基于FPGA的电子密码锁设计工作进程起止吋间T作内容.3. 28-. 4. 5查找资料,复习单片机、PT0TEL方面的知识,做好准备 工作。.4. 6-. 4. 20确定任务要求,明确要实现的功能并进行软件的整体构 架设计,并设计好外部电路图。.4. 21-. 5. 20用PR0TEL绘制原理图,模拟仿真相关信息。.5. 21.-. 6
4、. 1运用qiidrtus软件,进行软件编程,进行调试等一系列 工作.6. 2-. 6. 20将软件硬件进行调试,检查系统的功能是否稳定。.6.21-. 7. 1完善软硬件的设计并进行系统的优化,并完成论文的撰 写。主耍参考书冃(资料)1. 电子技术基础-模拟部分,高等教育岀版社,主编康华光。2. 数字电路逻辑设计,高等教育出版社,主编王毓银。3. MCS-51单片机培训教程,电子工业出版社,主编刘文涛。4. C语言与MATLAB接口-编程与实例,北京邮电岀版社,主编李传军。5. 单片机原理与应用:基于PROTEUS和KEIL C,电子T业出版社,主编林立,张俊 亮,曹旭东。6. PR0TEL
5、2004电路设计与应用范例,清华大学出版社,主编赵景波,薛萍,赵景晖, 王劲松。主耍仪器设备及材料AT89S52单片机开发板,电脑、keli编译软件、protel画图工具、直流电机。论文(设计)过程中教师的指导安排每周定期进行辅导和检查,解决一些设计过程的问题。对计划的说明西安邮电学院毕业设计(论文)开题报告电信 系光电信息工程专业07级 04 班课题名称:基于FPGA电子密码锁的设计学生姓名:_学号:05074128指导教师:报告日期:11.03. 311. 本课题所涉及的问题及应用现状综述随着电子技术的发展,具有防盗报警等功能的电子密码锁代替密码量少、安全性 差的机械式密码锁已是必然趋势。
6、电子密码锁与普通机械锁相比,具有许多独特的优 点:保密性好,防盗性强,可以不用钥匙,记住密码即可开锁等。冃前使用的电子密 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,由丁程序容易跑飞,系统的可靠性能较差。本文主要阐述了一种基于现场可编程门阵列FPGA器件的电子密码锁的设计方法。 用FPGA器件构造系统,所有算法完全由硬件电路来实现,使得系统的丁作可靠性大为 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 X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
7、的效率。因此,采用FPGA开发的数字系统,不仅具有很高的工 作可靠性,而且升级也极其方便。2. 本课题需要重点研究的关键问题、解决的思路及实现预期目标的可行性分析电子密码锁主要由三个部分组成:数字密码输入电路、密码锁控制电路和密码锁 显不电路。(1)密码锁输入电路包括时序产生电路、键盘扫描电路、键盘弹跳消除电路、键 盘译码电路等儿个小的功能电路。(2)密码锁控制电路包括按键数据的缓冲存储电路,密码的清除、变更、存储、 激活电锁电路(寄存器清除信号发生电路),密码核对(数值比较电路),解锁电路(开/关门锁电路)等儿个小的功能电路。(3)密码显示电路主耍将显示数据的BCD码转换成相对应的编码。如,
8、若选用七 段数码管显示电路,主耍将待显示数据的BCD码转换成数码器的七段显示驱动编码叫设计一个具有较高安全性和较低成本的通用电子密码锁,具体功能要求如下:(1)数码输入:每按下一个数字键,就输入一个数值,并在显示器上的显示出该 数值,同时将先前输入的数据依序左移一个数字位置。(2)数码清除:按下此键可清除前面所有的输入值,清除为“0000”。(3)激活电锁:按下此键可将密码锁上锁。(4)解除电锁:按下此键会检查输入的密码是否正确,密码正确即开锁。3. 完成本课题的工作方案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,电子锁由丁其保
9、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。相对丁基丁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H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
10、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,增强口己的动手能力,积累实践 经验,为以后的工作打好基础。4. 指导教师审阅意见指导教师(签字): 年月_日说明:本报告必须由承担毕业论文(设计)课题任务的学生在毕业论文(设计)正式开 始的第1周周五Z前独立撰写完成,并交指导教师审阅。西安邮电学院毕业设计(论文)成绩评定表学生姓名性别男学号 05074128课题名称毕帔十(论 文)稠基于FPGA电子密码锁的设计年工月坐日I月l_tl专业 班级类型光电U704(职称讲师 )课题任务 论文仟字);设计、-時说明书(千字);BR(张);完畀青况
11、|其它钿牛):/Qi、见分项得分:开题调研论证分;课题质量(论文内容)分;创新 论文撰写(规范)分;学习态度分;外文翻译分分;指导教师审阅成绩: 指导教师(签字): 年月日评 阅 教 师 意 见分项得分:选题分;开题调研论证分;课题质量(论文内容)分;创新分;论文撰写(规范)分;外文翻译分评阅成绩: 评阅教师(签字): 年月一H验 收 小 组见分项得分:准备情况分;毕业设计(论文)质量分;(操作)回答问题分验收成绩:验收教师(组长)(签字): 年月H答XIJ.小 组意见分项得分:准备情况分:陈述情况分;回答问题分:仪表分答辩成绩:答辩小组组长(签字b年 月日成绩计算方法(躺本院系实用比例)指导
12、教师成绩20 (%)评阅成绩30 (%)验收成绩20 (%)答辩成绩30 (%)学生实得成绩伯分制)指导教师成绩评阅成绩验收成绩答辩成绩总评答4亠料委员会意见毕业论文(设计)总评成绩(等级):院答辩委员会主任(签字):学院(签童)年 月曰备注西安邮电学院毕业论文(设计)成绩评定表(续表)目录摘耍IABSTRACTII引言11绪论21国内外发展及现状21.2研究冃的及意义22电子密码锁基本原理32.1电子密码锁简介32.2电子密码锁原理33系统硬件设计43FPGA相关介绍43.1FPGA简介43.2 FPGA特点43.1.3 口顶向下设计FPGA53.2 VHDL硬件描述语言5321 VHDL语
13、言的基本结构63.2.2 VHDL语言的特点63.3 EP1C6Q240C8 芯片简介63.4键盘控制电路结构与原理图73.5数码管显示结构与原理84系统详细设计1()4.1 Quartus 软件介绍104.2顶层模块设计104.2.1顶层模块结构图114.2.2顶层模块结构体的设计114.3底层模块的分析、实现与仿真134.3.1按键消抖设计134.3.2获取键值程序框图: 144.3.3解码报警模块: 154.3.4预置密码电路154.3.5计数器选择电路164.3.6控制指示灯电路164.3.7七段显示译码电路174.4控制器模块的分析及其VHDL语言程序175结论19致谢20参考文献2
14、1附录 系统的源程序清单22摘要在电子技术飞速发展的今天,具有防盗报警等功能的电子密码锁代替弹子锁和密 码量少,安全性差的机械式密码锁已是必然趟势。随着电子技术的发展,电子密码锁 的设计也在不断地发展,有传统的PCB板设计、用PLC设计或者用单片机设计等。其 中,使用较多的是基于单片机技术的设计。以单片机为主耍器件,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。而用 VHDL可以更加快速、灵活地设计出符合齐种耍求的密码锁,优于其他设计方法。本文介绍的是一种基丁现场可编程门阵列FPGA器件的电子密码锁的设计方法。 木文采用EDA技术,利用Quartus
15、II T.作平台和硬件描述语言,设计了一,种电了密 码锁,并通过一片FPGA芯片实现。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. 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T- FPGA具有IsP功能,当设计需耍更改时,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。另外,在本文设计的系统中充分考虑了实际生活的需耍,加入了键盘防抖、数码 显示控制、自动报警的功能使得设计人性化、实用化,真正起到了为现实生化服务的 冃的。因此,该密码
16、锁具有较高的推广价值。关键词:电子密码锁FPGA硬件描述语言扬声器AbstractToday, as rapid development in electronic technology, electronic password lock with burglar alarm and other functions replacing less password and poor security mechanical code lock is an inevitable trend. With the development of electronic technology, the des
17、ign of electronic locks are constantly evolving, with traditional PCB board design, with PLC design or design with a single chip. Among them, most electronic password locks we used now is based upon SCM technology. SCM is its mainly device, and the creating of encoding and decoding devices is the fa
18、shion of Software mode. In practice, because of easy running to fly, the system reliability can be poor. Whereas, the use of VHDL can be more quickly and flexibly meet the various requirements designed locks, better than the other design.This article mainly describes a design method of electronic pa
19、ssword lock based upon Field Programmable Gate Array device. In this paper, we use EDA technology, Quartus II platform and hardware description language designing an electronic password lock, and it achieved through an FPGAchip.The design takes full advantage of the ISP functiong of FPGA, so it can
20、be efficiently upgraded and improved. We use FPGA devices to construct system, all of the algorithm entirely achieved by the hardware circuit Because of FPGA has the function of IS匕 when the design needs to be changed, We only need to change the control and interface circuit of FPGA, EDA tools are u
21、sed to download the updated design to FPGA without changing the design of the external circuit, this greatly enhance the efficiency of the design.In addition,the design of the system in this fully into account the needs of real life, joined the anti-shake keyboard, digital display control, alarm fun
22、ction makes the design of human nature, practical, and really play services for the purpose of biochemical reality- Therefore, the lock is well worth popularizingKey words: Electronic Password Lock FPGA Hardware Description Language Speaker引言随着人们生活水平的提高,安全意识的增强,对家庭防盗技术的耍求也是越来越 高,传统的机械锁因为构造比较简单,所以经常会
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