基于VHDL的電子密碼鎖設(shè)計

甄理　彭森

摘 要：本設(shè)計采用EDA技術(shù)設(shè)計一個防盜數(shù)字密碼鎖。在Quartus II 環(huán)境下采用VHDL硬件描述語言設(shè)計電子密碼鎖，闡述了其工作原理，給出了具體的電路圖和仿真波形。該密碼鎖具有體積小、功耗低、保密性強(qiáng)、錯誤累積報警等功能?？蓱?yīng)用于住宅、保險箱等需要防盜的場所，實用性較強(qiáng)。采用VHDL描述，產(chǎn)品的擴(kuò)展性強(qiáng)，很容易于最新技術(shù)結(jié)合形成功能更加強(qiáng)大的系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用矩陣鍵盤輸入。密碼由8位十進(jìn)制數(shù)組成，密碼多一位少一位都算錯誤，安全性有足夠保障。并且當(dāng)錯誤開鎖次數(shù)達(dá)到3次報警器將鳴叫，形成一個連鎖防盜系統(tǒng)。在錯誤尚未發(fā)生時，可通過復(fù)位回到密碼輸入狀態(tài)，體現(xiàn)人性化的設(shè)計。在報警時，警報的切斷只能由保安室或?qū)嵱谜卟荒芙佑|的地方控制，為無關(guān)操作人員增加了心理威懾作用。

關(guān)鍵詞：Quartus II；VHDL；密碼鎖；電路仿真

1.引言

隨著社會物質(zhì)財富的日益增長，安全防盜已成為社會問題。而鎖自古以來就是把守門戶的鐵將軍，人們對它要求甚高，既要安全可靠地防盜，又要使用方便，這也是制鎖者長期以來研制的主題。數(shù)字密碼鎖是實際生活中運用廣泛的一種數(shù)字電路，主要功能是對某些操作進(jìn)行加密保護(hù)，目的是避免無權(quán)人員使用某些設(shè)施或者進(jìn)行越權(quán)操作。

2.設(shè)計目的

硬件描述VHDL語言，描述能力強(qiáng)、覆蓋面廣、抽象能力強(qiáng)，采用VHDL建立硬件模型可以從繁瑣的元件設(shè)計轉(zhuǎn)向功能設(shè)計。用VHDL可以快速方便地設(shè)計出符合各種要求的數(shù)字密碼鎖，而且操作簡單，密碼的位數(shù)可適當(dāng)增該，增強(qiáng)其安全性，且很容易做成ASIC芯片，設(shè)計過程達(dá)到高度自動化，設(shè)計完成后可在Quartus II 環(huán)境下進(jìn)行電路的模擬仿真。使設(shè)計成本盡可能降低。

3.并行開發(fā)方案

并行開發(fā)方案，密碼采用并行輸入方式。密碼輸入完畢后再一次性比較。原理圖如圖1所示。

4.電路模塊功能設(shè)計

數(shù)字密碼鎖系統(tǒng)電路設(shè)計采用自頂而下的設(shè)計方法。自頂而下設(shè)計方法的主要思想是對數(shù)字系統(tǒng)分模塊，分層次進(jìn)行設(shè)計，這樣可以將復(fù)雜的設(shè)計劃分成若干個相對簡單的模塊，不同的模塊可完成數(shù)字系統(tǒng)中某一部分的具體功能，從而使電路設(shè)計大為簡化。本章對個模塊進(jìn)行功能設(shè)計，即各模塊的功能描述。將分受控電路和控制電路兩部分描述。鍵盤的輸入原理如圖2所示。

5.結(jié)論

本設(shè)計設(shè)計了一個八位數(shù)字密碼鎖，使用Altera公司的Quartus II開發(fā)軟件，硬件描述語言是VHDL。此八位數(shù)字密碼鎖具有如下幾個特點：“復(fù)位”鍵清零，“上鎖”鍵上鎖，“開門”鍵開鎖，“解除鎖定”鍵解除警報?！敖獬i定”鍵可設(shè)置在安全的地方，保安室或使用者一時無法接觸的地方。密碼采用串行輸入，只有密碼位數(shù)正確，且都正確的情況下密碼才有效。連續(xù)開鎖三次錯誤后，報警系統(tǒng)啟動。三次的設(shè)計擁有不錯的“容錯”功能，并有抗暴力破解能力。報警系統(tǒng)一旦啟動，除“解除鎖定”鍵外，所有的功能鍵都將無效。這是通過“解除鎖定”可關(guān)閉報警系統(tǒng)。

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作者簡介

甄理（1994-），邵陽學(xué)院信息工程系電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生。

通訊作者

彭森（1983-），邵陽學(xué)院信息工程系教師。