基于VHDL的电子密码锁设计

甄理　彭森

摘 要：本设计采用EDA技术设计一个防盗数字密码锁。在Quartus II 环境下采用VHDL硬件描述语言设计电子密码锁，阐述了其工作原理，给出了具体的电路图和仿真波形。该密码锁具有体积小、功耗低、保密性强、错误累积报警等功能。可应用于住宅、保险箱等需要防盗的场所，实用性较强。采用VHDL描述，产品的扩展性强，很容易于最新技术结合形成功能更加强大的系统。本系统采用矩阵键盘输入。密码由8位十进制数组成，密码多一位少一位都算错误，安全性有足够保障。并且当错误开锁次数达到3次报警器将鸣叫，形成一个连锁防盗系统。在错误尚未发生时，可通过复位回到密码输入状态，体现人性化的设计。在报警时，警报的切断只能由保安室或实用者不能接触的地方控制，为无关操作人员增加了心理威慑作用。

关键词：Quartus II；VHDL；密码锁；电路仿真

1.引言

随着社会物质财富的日益增长，安全防盗已成为社会问题。而锁自古以来就是把守门户的铁将军，人们对它要求甚高，既要安全可靠地防盗，又要使用方便，这也是制锁者长期以来研制的主题。数字密码锁是实际生活中运用广泛的一种数字电路，主要功能是对某些操作进行加密保护，目的是避免无权人员使用某些设施或者进行越权操作。

2.设计目的

硬件描述VHDL语言，描述能力强、覆盖面广、抽象能力强，采用VHDL建立硬件模型可以从繁琐的元件设计转向功能设计。用VHDL可以快速方便地设计出符合各种要求的数字密码锁，而且操作简单，密码的位数可适当增该，增强其安全性，且很容易做成ASIC芯片，设计过程达到高度自动化，设计完成后可在Quartus II 环境下进行电路的模拟仿真。使设计成本尽可能降低。

3.并行开发方案

并行开发方案，密码采用并行输入方式。密码输入完毕后再一次性比较。原理图如图1所示。

4.电路模块功能设计

数字密码锁系统电路设计采用自顶而下的设计方法。自顶而下设计方法的主要思想是对数字系统分模块，分层次进行设计，这样可以将复杂的设计划分成若干个相对简单的模块，不同的模块可完成数字系统中某一部分的具体功能，从而使电路设计大为简化。本章对个模块进行功能设计，即各模块的功能描述。将分受控电路和控制电路两部分描述。键盘的输入原理如图2所示。

5.结论

本设计设计了一个八位数字密码锁，使用Altera公司的Quartus II开发软件，硬件描述语言是VHDL。此八位数字密码锁具有如下几个特点：“复位”键清零，“上锁”键上锁，“开门”键开锁，“解除锁定”键解除警报。“解除锁定”键可设置在安全的地方，保安室或使用者一时无法接触的地方。密码采用串行输入，只有密码位数正确，且都正确的情况下密码才有效。连续开锁三次错误后，报警系统启动。三次的设计拥有不错的“容错”功能，并有抗暴力破解能力。报警系统一旦启动，除“解除锁定”键外，所有的功能键都将无效。这是通过“解除锁定”可关闭报警系统。

参考文献

[1] 曾繁态. EDA工程概论[M ].北京：清华大学出版社，2003.

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[3] 颜昌银. 嵌入式多电平逆变技术的研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2008..

[4] 潘志浪. 基于FPGA的DDS信号源的设计[D].武汉：武汉理工大学，2007..

作者简介

甄理（1994-），邵阳学院信息工程系电子科学与技术专业学生。

通讯作者

彭森（1983-），邵阳学院信息工程系教师。