基于VHDL的電子密碼鎖設計

甄理　彭森

摘 要：本設計采用EDA技術設計一個防盜數字密碼鎖。在Quartus II 環境下采用VHDL硬件描述語言設計電子密碼鎖，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、錯誤累積報警等功能。可應用于住宅、保險箱等需要防盜的場所，實用性較強。采用VHDL描述，產品的擴展性強，很容易于最新技術結合形成功能更加強大的系統。本系統采用矩陣鍵盤輸入。密碼由8位十進制數組成，密碼多一位少一位都算錯誤，安全性有足夠保障。并且當錯誤開鎖次數達到3次報警器將鳴叫，形成一個連鎖防盜系統。在錯誤尚未發生時，可通過復位回到密碼輸入狀態，體現人性化的設計。在報警時，警報的切斷只能由保安室或實用者不能接觸的地方控制，為無關操作人員增加了心理威懾作用。

關鍵詞：Quartus II；VHDL；密碼鎖；電路仿真

1.引言

隨著社會物質財富的日益增長，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。數字密碼鎖是實際生活中運用廣泛的一種數字電路，主要功能是對某些操作進行加密保護，目的是避免無權人員使用某些設施或者進行越權操作。

2.設計目的

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

3.并行開發方案

并行開發方案，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.電路模塊功能設計

數字密碼鎖系統電路設計采用自頂而下的設計方法。自頂而下設計方法的主要思想是對數字系統分模塊，分層次進行設計，這樣可以將復雜的設計劃分成若干個相對簡單的模塊，不同的模塊可完成數字系統中某一部分的具體功能，從而使電路設計大為簡化。本章對個模塊進行功能設計，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.結論

本設計設計了一個八位數字密碼鎖，使用Altera公司的Quartus II開發軟件，硬件描述語言是VHDL。此八位數字密碼鎖具有如下幾個特點：“復位”鍵清零，“上鎖”鍵上鎖，“開門”鍵開鎖，“解除鎖定”鍵解除警報。“解除鎖定”鍵可設置在安全的地方，保安室或使用者一時無法接觸的地方。密碼采用串行輸入，只有密碼位數正確，且都正確的情況下密碼才有效。連續開鎖三次錯誤后，報警系統啟動。三次的設計擁有不錯的“容錯”功能，并有抗暴力破解能力。報警系統一旦啟動，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”可關閉報警系統。

參考文獻

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作者簡介

甄理（1994-），邵陽學院信息工程系電子科學與技術專業學生。

通訊作者

彭森（1983-），邵陽學院信息工程系教師。