基于PLD的电子密码锁设计【文献综述】

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毕业设计（论文）文献综述题目：　　　　　基于PLD的电子密码锁设计　　　　　　　专业：电子信息工程1前言部分1.1意义随着人们物质财富的增长，如何实现家庭防盗这一问题越来越被受关注，传统的机械锁由于其构造的简单，很容易被撬，电子密码锁与普通的机械锁相比其具有使用灵活性强，保密系数高，安全性好，受到了广大人们的青睐。而使用可编程器件和VHDL语言设计的电子密码锁具有密码预置，误码锁死及密码更改，激活电锁，解除电锁的功能。这种设计方法不仅简化了系统结构，而且提高了系统的可靠性和保密性。通过运用该可编程逻辑器件开发的数字系统能方便地对所设计的数字电路进行升级和改进。[1][2]1.2密码锁的定义电子密码锁是通过密码的输入对电路工作或芯片工作进行控制，再通过电路设备来控制机械的开关闭合，完成控制锁的开关任务的一种电子产品。其在实际生活应用中使用非常之广，主要的功能是用来保护某些需要保密的东西，以避免其他的人员使用不正当的手段对其进行非法操作。例如自动售货机、门卡系统、保险柜、银行自动柜员机中都含有一些电子密码锁。[3]1.3关于EDAEDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言HDL完成设计文件，然后自动完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑综合优化及逻辑仿真，直至对于特定目标协片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA的仿真测试技术只需要通过计算机就能对所设计的电子系统从各种不同层次的系统性能特点完成一系列准确的测试与仿真操作，大大提高厂大规模系统电子设计的自动化程度。设计者的工作仅限于利用软件方式，即利用硬件描述语言(如VHDL)来完成对系统硬件功能的描述，在EDA工具的帮助下就可以得到最后的设计结果，这使得对整个硬件系统的设计和修改过程如同完成软件设计一样方便、高效。[4]2主题部分2.1电子密码锁的发展史20世纪80年代，最早的电子密码锁在日本诞生 。随着日本电子行业的快速发展，出现了一些利用简单的门电路设计的密码锁。这种设计安全性较差，容易被破解。到了90年代，美国、德国、意大利、日本、韩国、加拿大以及我国的香港、台湾等地的微电子技术的进步和通信技术的发展为密码锁提供了技术上的支持，从而把密码锁推向实际应用的阶段。我国于90年代初开始对密码锁进行初步的研究。目前，在此领域虽已有较大的发展，即采用各种电路进行设计的比较多，技术也相当先进，但是，在我国出口的产品中高档产品只占了15%~20%，而且我国高档产品在发达国家也只能算是中档产品，价格低是普遍现象。另外，我国当前的出口产品与国外产品相比，无论是品牌知名度还是产品售价，都有非常大的差距.电子密码锁技术发展至今己相当成熟。许多家庭、宾馆已开始使用电子门，存放贵重物品、机密文件的工具也用到了电子密码锁，电子密码锁控制器在现场与传感器及执行机构相连，进行状态监视和完成控制功能。小型便携的新型装置，可广泛应用在各种场合，其结构简单、成本较低、安全性好。通常电子密码锁系统由电路部分和机械执行部分组成。电路部分有利用密码锁ASIC(专用集成电路)芯片控制、利用单片机控制以及逻辑门电路构成等多种方式。在现有的电子密码锁中，基本上是用户由键盘通过接口电路将意图解锁码输入到控制器(主要由CPLD组成)中，控制器将输入的密码与电子锁内预置的开锁密码进行比较、鉴别，当确认完全一致时，送出一个信号给功率放大器，然后由继电器带动机械执行部件开锁。输入的密码将被与电子锁内预置的开锁密码进行校对。[5]2.2比较单片机和可编程器件FPGA/CPLD的优劣(1)单片机要深入理解是很有难度的。单片机一般适合去处理一些实时性的东西而且速度很快，比较低级的那种是面对硬件工作的，大多数都是比较高级的使用汇编语言对单片机进行软件编程，所以说要会用单片机一定要先学会汇编语言，汇编语言的难度还是很高的。编程还跟硬件的连接方法有关系。FPGA/CPLD是使用标准的硬件描述语言VHDL，它可以对所有型号的FPGA/CPLD进行编程，而且VHDL是一种行为描述语言，它是不需要对系统的硬件结构了解了之后再进行编程的，编程不需要联系硬件那么就突破了软件与硬件之间的联系，做一个电路板只需要很短的时间，那么就让学习与设计的效率得到很大的提高。 (2)FPGA/CPLD的运行速度比单片机来得快。单片机是把指令通过串行形式系统指令的进行执行，这样的过程会影响系统运行的速度，单片机对于用于高速采样系统是难以完成。可是对于FPGA/CPLD来说却是刚好相反的，在实时处理过程中是通过并行的方式工作的，这样就提高了运行的速度。同时，单片机的每个引脚功能都是固定的，而FPGA/CPLD能通过编程的需要来确定引脚的功能。而且如果需要的话，FPGA/CPLD中也可以设计出一个甚至多个CPU，从而达到控制整个电路功能的运行目的。所以说FPGA/ CPLD是在EDA的基础上的被大家广泛的接受和应用，从其他意义上来说，这样的工作方式是跟单片机系统的工作方式是完全相背离。现在的FPGA/CPLD不仅仅拥有单片机的所有工作能力，同时还具有串行并行同时应用的工作方式和高速且高可靠性的特点。可见，用单片机实现的电子密码锁其电路比较复杂、灵活不高、成本较大且可靠性和安全性低。而采用先进EDA技术实现的密码锁功耗低、体积小、价格便宜，维护和升级都十分方便，具有较好的发展前景。[5]2.3VHDL语言的简介和特点VHDL的英文全名是VeryHighSpeedIntegratedCircuitHardwareDescriptionLanguage，诞生于1982年。为了解决信息交换和设计的困难，美国国防部为他们的超高速集成电路计划提出了硬件描述语言VHDL，并把这个任务交给了TI、IBM和Intermetrics公司。1987年12月，IEEE把VHDL定为标准HDL，即IEEEstd1076-1987[LRM87]。此后，又作了若干修改，增加了一些功能，新的标准版本记为IEEEstd1076-1993[LRM93]。自1988年9月30日后，美国国防部就要求开发ASIC设计合同文件中一律采用VHDL文档。至此，各EDA公司相继推出自己的VHDL设计环境或宣布自己设计工具可以和VHDL接口，VHDL就逐步演变为工业标准。[4]特点：①设计技术齐全、方法灵活、支持广泛。VHDL可支持自顶向下和基于库的设计方法，还支持同步电路、异步电路及其他电路设计。②VHDL具有多层次描述系统硬件描述能力，可以从系统的数学模型直至门级电路。③VHDL的硬件描述与工艺技术无关。在用VHDL语言设计系统硬件时，没有嵌入与工艺有关的信息。④VHDL语言标准、规范、易于共享和复用。⑤性能评估能力强。设计者可直接进行一个完整的设计描述，并对其进行综合，生成选定器件结构的逻辑功能，然后再评估结果。⑥ASIC可移植。采用VHDL能较容易的帮你实现转化成ASIC设计。⑦上市时间快，成本低。VHDL与可编器件相结合，可提高系统的运行速度，同时PLD/FPGA可使产品设计的前期风险降到最低。[6]2.4电子密码锁的特点1．保密系数高,编码量多。随机开锁成功率几乎为零。2．密码可换。用户可以更换密码，防止密码被盗，同时也可以避免因人员的更替而使锁的密级下降。3．误码输入保护。当输入密码多次错误时，报警系统自动启动。4.电子密码锁操作简单易懂，一学就会。5.自动上锁功能。采用全自动锁芯，门关后6秒内自动上锁,外出更加安全。3总结部分 电子密码锁是一种安全系数高、智能型的电子产品。随着电子技术的发展，电子密码锁技术已趋于成熟，在国外已大量使用。在国内这种锁主要出现在保险柜、密码箱、高级宾馆等场所，家用的却不多，我认为其原因有以下几点：1、价格比较高。当前普通的家庭买一把机械锁，价格在几十到一两百元左右，而电子密码锁的价格一般在300元以上，进口的甚至要几千元。买一把这样的锁对于普通家庭来说，是难以接受的。2、厂商推广的力度不够。电子密码锁属于高科新产品，许多用户根本不知道有这种锁，更不知道其对于一般的机械锁而言所含的优越性。而一般的商场也不会经营这种产品，用户即使想买也难以买到。3、在国内，电子密码锁技术还不够成熟。对一个稍富裕家庭来说，买一把价钱在一千元以内电子密码锁，还是可以接受的。但是他们都希望其有个安全可靠的保障，如果买的一把电子锁，没用多久就坏了，那还不如买机械锁实惠。至于进口的密码锁，价格贵，一般用户难以接受。目前，国内电子锁还未大批量生产。4、密码锁自身的不便以及人们的意识习惯。机械锁普及已久，人们已经习惯了使用机械锁。而电子密码锁每次开门都要输入密码，除了要记忆外，还要担心密码会不会被人看到。用户还会担心电子锁的电源断电问题，即万一没电电子密码锁是否还能继续正常运行。诸如这些问题给用户带来很多的不便，使得人们在选择家用锁的时候更偏向于购买传统的机械锁。以上几方面原因很好的解释了电子密码锁为什么无法普及。但是，由于电子密码锁在安全等方面具有许多优势，一般的机械锁终将会被取代。对于电子锁的厂商而言，在提高技术的同时，我认为应该加强宣传的力度，比如在一些条件好的社区推广这种锁，搞一些试点。还可以将电子密码锁安装在防盗门上，和防盗门一齐销售，这样会更容易被用户接受。另外，在防盗门外观的设计上，应该做到美观、方便，界面要尽量符合用户的习惯，如果进一步降低价格，提高性价比，效果会更好。我相信在不久的将来电子密码锁将会普及每个家庭。4参考文献［1］王静.基于VHDL的电子密码锁设计[J].安防科技，2010-3.［2］许琦.基于FPGA的电子密码锁的设计[J].科技信息(学术版)，2006（10）.［3］张雪，殷昌贵．基于VHDL的数字密码锁的设计与实现[J].山东：东华大学学报(自然科学版)，2007-6，33（3）.［4］吴兵,陈浩田,宏松.基于EDA技术的电子密码锁设计[J].大科技·科技天地，2010（7）. ［5］孟祥忠．数字电子密码锁的设计[C]．大连：大连理工大学，2007-6-1．［6］尤国平，陈新，林伟，黄世震.基于VHDL语言的串行密码锁设计[J].国外电子测量技术，2005，24（9）.［7］王永祥，刘焱.EDA实验教学的电子密码锁创新设计[J].江西：宜春学院学报，2010，32（8）.［8］范柳絮，李宏，陈姻，谷志教.基于CPLD的电子密码锁设计[J].西安：电子测量技术，2008，31（8）.［9］高倩，谢海良.基于Max+Plus2和VHDL的电子密码锁设计[J].河南：现代电子技术，2009，32（17）.［10］曹建国，王威，王丹.一种基于VHDL的电子密码锁的设计与实现[J].四川：安防科技，2007-2.［11］陈华丽，何颜平.基于VHDL的数字密码锁设计[J].武汉：国外电子测量技术，2008-4，27（4）.［12］王显海，贾金玲，陈光建，张海军，于文军.基于FPGA的电子密码锁的研制[J].微型机与应用，2010，29（16）.［13］李连华.基于FPGA的电子密码锁设计[J].中国科技信息，2006（1）.［14］吴海涛，梁迎春.基于状态机的语音电子密码锁设计[J].电子工程师，2007-4，33（4）.［15］王红航，张华斌.电子密码锁的EDA设计与实现[J].广东：电子元器件应用，2009-6，11（6）.［16］KemalAydin,LittleFalls,N.J.ELECTRONICLOCKSYSTEM[C].Mar.16,1981.［17］CareyS.Clark,362935thAve.West,Seattle,Wash.98199;CordonB.Winch,Seattle,Wash.ELECTRONICLOCKSYSTEM[C].Apr.30,1986.