基于FPGA的數(shù)字密碼鎖設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告

1、中北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告論文題目：基于FPGA的數(shù)字密碼鎖設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告1.結(jié)合畢業(yè)論文情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫(xiě)2000字左右的文獻(xiàn)綜述：文獻(xiàn)綜述1.1 本設(shè)計(jì)的研究背景隨著社會(huì)物質(zhì)財(cái)富的日益增長(zhǎng)，安全防盜已成為人們所關(guān)注的焦點(diǎn)。然而傳統(tǒng)機(jī)械彈子鎖安全性低，密碼量少且需時(shí)刻攜帶鑰匙使其無(wú)法滿(mǎn)足一些特定場(chǎng)合的應(yīng)用要求特別是在人員經(jīng)常變動(dòng)的公共場(chǎng)所，如辦公室、賓館、汽車(chē)、銀行柜員機(jī)等地方。由于電子密碼鎖與普通機(jī)械鎖相比，具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：如具有語(yǔ)音提示、保密性好，防盜性強(qiáng)、易于系統(tǒng)升級(jí)與功能擴(kuò)展的優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越受到人們的青睞。目前使用的電子密碼鎖主要有兩個(gè)方案：一是基于單片機(jī)用分立元

2、件實(shí)現(xiàn)的，二是通過(guò)現(xiàn)代人體生物特征識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。基于單片機(jī)用分離元件實(shí)現(xiàn)的工作原理是用以74LS112雙JK觸發(fā)器構(gòu)成的數(shù)字邏輯電路作為密碼鎖的核心控制，共設(shè)了9個(gè)用戶(hù)輸入鍵，其中只有4個(gè)是有效的密碼按鍵，其它的都是干擾按鍵，若按下干擾鍵，鍵盤(pán)輸入電路自動(dòng)清零，原先輸入的密碼無(wú)效，需要重新輸入；如果用戶(hù)輸入密碼的時(shí)間超過(guò)40秒（一般情況下，用戶(hù)不會(huì)超過(guò)40秒，若用戶(hù)覺(jué)得不便，還可以修改）電路將報(bào)警80秒，若電路連續(xù)報(bào)警三次，電路將鎖定鍵盤(pán)5分鐘，防止他人的非法操作。電路由兩大部分組成：密碼鎖電路和備用電源（UPS）,其中設(shè)置UPS電源是為了防止因?yàn)橥ｋ娫斐傻拿艽a鎖電路失效，使用戶(hù)免遭麻煩。（

3、這是采用第一種方法的具體例子，你要總結(jié)出整體特征來(lái)）而通過(guò)現(xiàn)代人體生物特征識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)的工作原理是用一種溫度傳感器及其運(yùn)用該溫度傳感器的指紋辨識(shí)晶片，其中指紋辨識(shí)晶片由多個(gè)溫度傳感器以二維陣列方式排列而成。傳感器包括有一硅基板、一熱絕緣結(jié)構(gòu)、一由熱電偶串聯(lián)而成的熱電堆，該熱電堆的熱接觸位于熱絕緣結(jié)構(gòu)的中央部位，該熱電堆的冷接觸區(qū)位于熱絕緣結(jié)構(gòu)周?chē)谋⊙趸瘜由稀⒁约耙粚?dǎo)熱管。該指紋辨識(shí)晶片以人體體溫作為生物辨識(shí)原理，通過(guò)手指指紋紋峰與傳感器以接觸造成一溫度梯度，再將該溫度梯度轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，從而可得到指紋紋峰輪廓的電信號(hào)輸出，達(dá)到指紋辨識(shí)的目的。前者電路較復(fù)雜且靈活性差，無(wú)法滿(mǎn)足應(yīng)用要求；后者有其

4、先進(jìn)性但需考慮成本和安全性等諸多因素?；诖?，本設(shè)計(jì)將研究一種新型電子密碼鎖，以Max+PlusH（MultipleArrayMatrixandProgrammingLogicUserSystemH,多陣列矩陣及可編程邏輯用戶(hù)系統(tǒng)H）為工作平臺(tái)，采用FPGA5片，利用先進(jìn)的EDAg術(shù)設(shè)計(jì)的一種數(shù)字密碼鎖。這種密碼鎖安全可靠、使用方便成了人們防盜的首選，不僅簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了成本，更提高了系統(tǒng)的可靠和保密性。1.2 數(shù)字密碼鎖的研究現(xiàn)狀分析1.2.1 數(shù)字密碼鎖的發(fā)展歷史隨著人們生活水平的提高和安全意識(shí)的加強(qiáng)，對(duì)安全的要求也就越來(lái)越高。鎖自古以來(lái)就是把守護(hù)門(mén)的鐵將軍，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，各類(lèi)

5、電子產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，電子密碼鎖就是其中之一。電子密碼鎖的研究從20世紀(jì)30年代就開(kāi)始了，在一些特殊場(chǎng)所早就有所應(yīng)用。這種鎖是通過(guò)鍵盤(pán)輸入一組密碼完成開(kāi)鎖過(guò)程。研究這種鎖的初衷，就是為提高鎖的安全性。由于電子鎖的密鑰量（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。電子鎖只需記住一組密碼，無(wú)需攜帶金屬鑰匙，免除了人們攜帶金屬鑰匙的煩惱，而被越來(lái)越多的人所欣賞。電子鎖的種類(lèi)繁多，例如遙控式電子防盜鎖，鍵盤(pán)式電子密碼鎖，卡式電子防盜鎖，生物特征防盜鎖等。（1）遙控式電子防盜鎖目前常見(jiàn)的遙控式電子防盜鎖主要有光遙控和無(wú)線(xiàn)電遙控兩類(lèi)。光遙控又分為紅外線(xiàn)遙控和可見(jiàn)光遙控，光遙控

6、利用窄角度的光傳輸密碼，優(yōu)點(diǎn)是傳輸信息量可以很大、速度極快、人眼識(shí)別不出來(lái)，又無(wú)法在光路徑上（操作者與電子防盜鎖主體之間）以?xún)x器捕獲信號(hào)試圖復(fù)制，因此保密性極高。無(wú)線(xiàn)電遙控的優(yōu)點(diǎn)也是傳輸信息量可以很大、速度快、人眼識(shí)別不出來(lái)，但發(fā)射的信號(hào)彌散空間，容易被儀器捕獲，因此適合采用“變化的密碼”，如所謂的“跳碼”、“滾碼”（均是隨機(jī)變化而無(wú)明顯規(guī)律），這樣即使捕獲了當(dāng)時(shí)的信號(hào)也無(wú)利用、復(fù)制的價(jià)值。使用遙控式電子防盜鎖，需要仔細(xì)保管遙控器（即鑰匙），而且對(duì)某些應(yīng)用而言，這種鑰匙大了一點(diǎn)，可能還要使用特定的電池。（2）鍵盤(pán)式電子密碼鎖從目前的技術(shù)水平和市場(chǎng)認(rèn)可程度看，使用最為廣泛的是鍵盤(pán)式電子密碼鎖，該

7、產(chǎn)品主要應(yīng)用于保險(xiǎn)箱、保險(xiǎn)柜和金庫(kù)，還有一部分應(yīng)用于保管箱和運(yùn)鈔車(chē)。鍵盤(pán)式電子密碼在鍵盤(pán)上輸入，與打電話(huà)差不多，因而易于掌握，具突出優(yōu)點(diǎn)是“密碼”是記在被授權(quán)人腦子里的數(shù)字和字符，既準(zhǔn)確又可靠，不會(huì)丟失（除了忘記），難以被竊（除非自己泄露）。但是密碼不能太簡(jiǎn)單，太簡(jiǎn)單了就容易被他人在鍵盤(pán)上試探出來(lái)，或者可能被旁觀(guān)者窺測(cè)出來(lái)，造成保密性不足。當(dāng)然，密碼又不能太復(fù)雜，太復(fù)雜了可能自己都糊涂了，或者輸入密碼操作成功率低，造成使用不便。因此，為了發(fā)揚(yáng)優(yōu)點(diǎn)、克服弱點(diǎn)，鍵盤(pán)式電子密碼也在不斷發(fā)展中，如“任意設(shè)定密碼”技術(shù)使得被授權(quán)人可以根據(jù)自己的需要或喜好設(shè)定密碼，常用常新；而“自動(dòng)更改密碼”技術(shù)使得本次

8、輸入的密碼將自動(dòng)更改成下次應(yīng)輸入的密碼，更改的規(guī)律不為他人所知，因而不怕旁觀(guān)者窺測(cè)；獨(dú)出心裁的“鍵盤(pán)亂序顯示”技術(shù)使得鍵盤(pán)上的固定鍵位每次顯示出的字符不固定，并且顯示的窄小角度只能由操作者正面看得到，因而即使旁觀(guān)者看見(jiàn)操作動(dòng)作也難以窺測(cè)出密碼；”多重密碼設(shè)定”技術(shù)使得單組密碼不一定有效，適合多人分權(quán)使用，需要輸入兩組以上的密碼才被認(rèn)可，大大提高了保密性，如果限定輸入這些密碼的先后順序或時(shí)問(wèn)區(qū)段，則保密性還可提高。在輸入密碼的過(guò)程中，為了限制試探密碼的企圖，通常輸入錯(cuò)誤碼若干次或若干時(shí)間內(nèi)輸入不正確，即“封鎖”鍵盤(pán)，不再接受輸入操作?？傊?盡管新式電子防盜鎖層出不窮，但鍵盤(pán)式電子密碼防盜鎖仍然“

9、老樹(shù)發(fā)新芽”，不僅在市場(chǎng)上居于主流地位，而且，還經(jīng)常作為其他類(lèi)型電子防盜鎖的輔助輸入手段。（3）卡式電子防盜鎖使用各種“卡”作為鑰匙的電子防盜鎖是當(dāng)前最為活躍的產(chǎn)品，無(wú)論卡的種類(lèi)如何多種多樣，按照輸入卡的操作方式，都可分為接觸式卡和非接觸式卡兩大類(lèi)。值得注意的是，由于安防行業(yè)的要求，通常不得使用可靠性差、易被仿制的磁卡。目前接觸式卡的技術(shù)成熟、價(jià)格較低，應(yīng)用也較為廣泛；非接觸式卡使用隱蔽、方便，大有后來(lái)居上之勢(shì)。儲(chǔ)存信息量大是卡的優(yōu)勢(shì)，它不僅作為鑰匙，還可載入多項(xiàng)個(gè)人信息，特別適合金融業(yè)注重“驗(yàn)明正身”的行業(yè)特點(diǎn)，而且一卡多用（如入門(mén)、開(kāi)鎖、存儲(chǔ)、付費(fèi)等）帶來(lái)持卡人的便利。使用這類(lèi)電子防盜鎖，

10、需要仔細(xì)保管卡（即鑰匙），尤其丟失了必須盡快取消該卡的授權(quán)。（4）生物特征防盜鎖人的某些與生俱來(lái)的個(gè)性特征（如手、眼睛、聲音的特征）幾乎不可重復(fù)，作為“鑰匙”就是唯一的（除非被逼迫或傷害），因此，利用生物特征做密碼的電子防盜鎖，也特別適合金融業(yè)注重“驗(yàn)明正身”的行業(yè)特點(diǎn)。由于這種“自生自長(zhǎng)、隨身攜帶”的“鑰匙”優(yōu)點(diǎn)突出，因此這種鎖很快度過(guò)了性能不太穩(wěn)定、價(jià)格昂貴的初始期，變得越來(lái)越實(shí)用、越來(lái)越“特征”，受到人們的普遍歡迎?，F(xiàn)今，生物特征技術(shù)發(fā)展迅速，除了價(jià)格因素和尺寸體積因素對(duì)普及尚有所限制外，生物特征電子防盜鎖在金融業(yè)的前景被人們普遍看好。不過(guò)，在要求保密性極高的情況下，還不宜單獨(dú)使用生物特

11、征電子防盜鎖，最好是組合其他電子信息作為密碼。由于數(shù)字、字符、圖形圖像、人體生物特征和時(shí)間等要素均可成為鑰匙的電子信息，組合使用這些信息能夠使電子防盜鎖獲得高度的保密性，如防范森嚴(yán)的金庫(kù)，需要使用復(fù)合信息密碼的電子防盜鎖，這樣對(duì)盜賊而言是“道高一尺、魔高一丈”。組合使用信息也能夠使電子防盜鎖獲得無(wú)窮擴(kuò)展的可能，使產(chǎn)品多樣化，對(duì)用戶(hù)而言是“千挑百選、自得其所”。目前，在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，電子密碼鎖技術(shù)相對(duì)先進(jìn)，種類(lèi)齊全，電子密碼鎖已被廣泛應(yīng)用于智能門(mén)禁系統(tǒng)中，通過(guò)多種更加安全，更加可靠的技術(shù)實(shí)現(xiàn)大門(mén)的管理。在我國(guó)電子鎖整體水平尚處于國(guó)際上70年代左右，電子密碼鎖的成本還很高，市場(chǎng)上仍以按鍵電子鎖為主

12、，按鍵式和卡片鑰匙式電子鎖已引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)水平，現(xiàn)國(guó)內(nèi)有幾個(gè)廠(chǎng)生產(chǎn)供應(yīng)市場(chǎng)。但國(guó)內(nèi)自行研制開(kāi)發(fā)的電子鎖，其市場(chǎng)結(jié)構(gòu)尚未形成，應(yīng)用還不廣泛。國(guó)內(nèi)的不少企業(yè)也引進(jìn)了世界上先進(jìn)的技術(shù)，發(fā)展前景非?？捎^(guān)。希望通過(guò)不斷的努力，使電子密碼鎖在我國(guó)也能得到廣泛應(yīng)用。1.2.2基于FPGA勺數(shù)字密碼鎖的出現(xiàn)目前使用的電子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。在實(shí)際應(yīng)用中，由于程序容易跑飛，系統(tǒng)的可靠性能較差?；诂F(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列FPG端件的電子密碼鎖，用FPG端件構(gòu)造系統(tǒng)，所有算法完全由硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，使得系統(tǒng)的工作可靠性大為提高。由于FPGAM有現(xiàn)場(chǎng)可編程功能

13、，當(dāng)設(shè)計(jì)需要更改時(shí)，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FPG9即可，無(wú)需更改外部電路的設(shè)計(jì)，大大提高了設(shè)計(jì)的效率。隨著人們生活水平的提高，F(xiàn)PGA1R現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列，它是在PALGALEPLD?可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物，是一種超大規(guī)模集成電路，具有對(duì)電路可重配置能力。通常FPGAtfB有著上萬(wàn)次的重寫(xiě)次數(shù)，也就是說(shuō)現(xiàn)在的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)一樣靈活、方便。相對(duì)于基于單片機(jī)技術(shù)的電子密碼鎖，用FPGAS件來(lái)構(gòu)成系統(tǒng)，可靠性提高，并且由于FPGAM有的現(xiàn)場(chǎng)可編程功能，使得電子密碼鎖的更改與升級(jí)更為方便簡(jiǎn)單。參考文獻(xiàn):1李連華.基于FPGA的電子密碼鎖設(shè)

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17、實(shí)現(xiàn)以上功能：密碼鎖的密碼由六位十進(jìn)制數(shù)字組成，初始密碼為“000000”。用戶(hù)想要開(kāi)鎖，必須先通過(guò)鍵盤(pán)輸入正確的密碼才能開(kāi)鎖。當(dāng)密碼輸入錯(cuò)誤時(shí)有提示，同時(shí)若輸入錯(cuò)誤3次將報(bào)警。用戶(hù)可修改密碼，在輸入新密碼時(shí)需要二次確認(rèn)，以防誤操作。2.2 本畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)電子密碼鎖是一種通過(guò)密碼輸入來(lái)控制電路或芯片工作，從而控制機(jī)械開(kāi)關(guān)的閉合，完成開(kāi)鎖、閉鎖任務(wù)的電子產(chǎn)品。它具有保密性好、壽命長(zhǎng)、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)要求學(xué)生采用一片F(xiàn)PGA5片實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)密碼預(yù)置和誤碼報(bào)警的功能。密碼鎖的密碼由六位十進(jìn)制數(shù)字組成，初始密碼為“000000”。用戶(hù)想要開(kāi)鎖，必須先通過(guò)鍵盤(pán)輸入正確的密碼才能開(kāi)鎖。當(dāng)密碼輸入錯(cuò)誤時(shí)有提示，同時(shí)若輸入錯(cuò)誤3次將報(bào)警。用戶(hù)可修改密碼，在輸入新密碼時(shí)需要二次確認(rèn)，以防誤操作。2.3 本畢業(yè)設(shè)計(jì)要解決的問(wèn)題和擬采用的研究手段電子密碼鎖是一種通過(guò)密碼輸入來(lái)控制電路或芯片工作，從而控制機(jī)械開(kāi)關(guān)的閉合，完成開(kāi)鎖、閉鎖任務(wù)的電子產(chǎn)品。它具有保密性好、壽命長(zhǎng)、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)要求學(xué)生采用一片F(xiàn)PGA5片實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)密碼預(yù)置和誤碼報(bào)警的功能。密碼鎖的密碼由六位十進(jìn)制數(shù)字組成，初