基于FPGA的數(shù)字密碼鎖設(shè)計(jì)【開題報(bào)告】

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1、畢業(yè)論文開題報(bào)告電氣工程及其自動化基于FPGA的數(shù)字密碼鎖控制設(shè)計(jì)一、課題研究意義及現(xiàn)狀隨著人們生活水平的提高和安全意識的加強(qiáng)，對安全的要求也就越來越高。鎖自古以來就是把守護(hù)門的鐵將軍，既要安全可靠的防盜，又要使用方便，這也是制鎖者長期以來研制的主題。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，各類電子產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，數(shù)字密碼鎖就是其中之一。目前使用的數(shù)字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?；诂F(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA器件的電子密碼鎖，用FPGA器件構(gòu)造系統(tǒng)，使得系統(tǒng)的工作可靠性大為提

2、高。由于FPGA具有現(xiàn)場可編程功能，當(dāng)設(shè)計(jì)需要更改時，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，無需更改外部電路的設(shè)計(jì)，大大提高了設(shè)計(jì)的效率。當(dāng)前，數(shù)字應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)向小型化、快速化、大容量、重量輕的方向發(fā)展。FPGA是英文FieldProgrammableGateArray的縮寫，即現(xiàn)場可編程門陣列，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。FPGA的結(jié)構(gòu)一般分為三部分：可編程邏輯模塊、可編程I/O模塊和可編程內(nèi)部互連區(qū)IR。CLB的功能很強(qiáng)

3、，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)邏輯函數(shù)，還可以配置成RAM等復(fù)雜的形式?；赟RAM的FPGA器件工作前需要從芯片外部加載配置數(shù)據(jù)。配置數(shù)據(jù)可以存儲在片外的EPROM或者計(jì)算機(jī)上，設(shè)計(jì)人員可以控制加載過程，在現(xiàn)場修改器件的邏輯功能，即所謂現(xiàn)場可編程[1]。FPGA出現(xiàn)后受到電子設(shè)計(jì)工程師的普遍歡迎，發(fā)展十分迅速。二、課題研究的主要內(nèi)容和預(yù)期目標(biāo)1．主要內(nèi)容本次課題，主要研究的是如何利用FPGA技術(shù)設(shè)計(jì)一個數(shù)字密碼鎖的主控模塊，該模塊主要能實(shí)現(xiàn)如下幾個功能：密碼的存儲、數(shù)字顯示、密碼驗(yàn)證功能、報(bào)警功能和顯示功能。完成軟件編程的同

4、時，對FPGA開發(fā)板進(jìn)行調(diào)試，實(shí)現(xiàn)功能的仿真顯示。2．預(yù)期目標(biāo)1)預(yù)期設(shè)計(jì)一個日常使用的數(shù)字密碼鎖，利用FPGA軟件編程實(shí)現(xiàn)數(shù)字密碼鎖的主控模塊。主控模塊設(shè)計(jì)中主要是設(shè)計(jì)密碼的存儲、數(shù)字顯示、密碼驗(yàn)證功能、報(bào)警功能和顯示功能，其中密碼存儲模塊是它的密碼規(guī)定電路，其功能有兩個：一個是將存儲的密碼輸出到比較模塊中與外部輸入的數(shù)字進(jìn)行比較操作，另一個是存儲用戶修改后的密碼。密碼驗(yàn)證功能，當(dāng)輸入的數(shù)字符合電路中設(shè)定的數(shù)字時（即密碼對），顯示“0”表示輸入密碼正確，如果輸入的密碼是錯誤的，則顯示“F”。并且該數(shù)字密碼鎖僅

5、能允許接收三次錯誤的密碼數(shù)字輸入，超過三次的錯誤密碼數(shù)字后，電路不再接收密碼數(shù)字輸入，并觸發(fā)報(bào)警功能，用喇叭發(fā)出報(bào)警音響?？谾PGA譯碼按鍵顯示聲光顯示密碼存儲器圖1數(shù)字密碼鎖主要構(gòu)成框圖2)可靠性、安全性等方面的考慮.由于數(shù)字鎖的密鑰量（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。數(shù)字鎖只需記住一組密碼，免除了人們攜帶金屬鑰匙的煩惱，而被越來越多的人所欣賞。數(shù)字密碼鎖的優(yōu)點(diǎn)：不用鑰匙，不用電源，不用電池，沒有廢棄污染物；全機(jī)械結(jié)構(gòu)，能承受相當(dāng)惡劣的外部環(huán)境，使用范圍廣；操作簡單

6、，開鎖時間比較短，平均開鎖時間約15秒；實(shí)際密碼量大保密性能高，試探開鎖的概率幾乎為零；結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)實(shí)可靠。三、課題研究的方法及措施1．研究方法首先要對數(shù)字密碼鎖和FPGA進(jìn)行了解，這需要查閱一定的資料，清楚數(shù)字密碼鎖的原理，各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)，F(xiàn)PGA的硬件功能和其內(nèi)部的邏輯功能。因?yàn)楸敬窝芯客瓿傻闹饕菍?shù)字密碼鎖的主控模塊進(jìn)行編程，其功能模塊主要分成分頻模塊、同步消抖模塊、使能電路模塊、反相電路模塊、密碼存儲模塊、編碼模塊、比較模塊、計(jì)數(shù)選擇模塊、數(shù)碼管譯碼模塊、指示電路模塊和控制器模塊，那么要根據(jù)相關(guān)的資料

7、對這些模塊進(jìn)行編譯。編譯通過后，先用軟件進(jìn)行仿真，查看其結(jié)果。如果仿真通過后，我設(shè)想是把程序下到FPGA開發(fā)板中，通過對按鍵和顯示的設(shè)置，并用幾次不同的輸入密碼情況來驗(yàn)證程序的正確性，到達(dá)預(yù)期的效果。2．研究措施1）收集查閱關(guān)于數(shù)字密碼鎖的相關(guān)資料，對FPGA的應(yīng)用設(shè)計(jì)情況進(jìn)行了熟悉了解；了解不同的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法，比較現(xiàn)有的相關(guān)方案，確定本課題研究和實(shí)現(xiàn)方案，然后對方案中的各單元進(jìn)行了必要的分析和研究。2）對所研究的數(shù)字密碼鎖的功能進(jìn)行分類，具體分成密碼的存儲、數(shù)字顯示、密碼驗(yàn)證功能、報(bào)警功能和顯示功能，并對各個

8、功能進(jìn)行軟件編程。3）對各個功能模塊進(jìn)行具體功能分類，研究各功能之間的關(guān)系，制成圖表，舉一反三。然后對各個功能模塊進(jìn)行軟件編譯。4）完成了編程以后，要利用軟件的仿真功能對編完的程序進(jìn)行仿真，通過仿真得到的變化來初步判斷程序是否滿足預(yù)先所要求的功能。5）通過軟件功能仿真后，根據(jù)結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整和軟件調(diào)試，需要記錄過程和研究成果以及心得體會。6）如果有時間，我會在FPGA開發(fā)板上接上語音的