Contenido
1 Teoría del hilo 1
1.1 Situación actual en el hogar y en el extranjero y desarrollo 1
1.2 Principio del bloqueo de código electrónico II
1.3 Introducción al sistema de bloqueo de código electrónico 4
1.4 Requisitos de diseño del sistema 4
1.5 El propósito de la investigación y la importancia de este tema 5
2 Field Programmable Gate Array FPGA 6
2.1 La estructura básica de FPGA 6
2.2 Ventajas de FPGA 10
p>2.3 Proceso de diseño de FPGA 11
2.4 Método de diseño de arriba hacia abajo 17
2.5 Diseño modular FPGA 18
3 Lenguaje de descripción de hardware VHDL
3.1 Estructura básica del lenguaje VHDL 20
3.2 Descripción estructural 21
3.3 Método de diseño de arriba hacia abajo 22
Electrónica Diseño y simulación de bloqueo con contraseña 24
4.1 Dispositivo de hardware 24
4.2 Diseño de varios módulos funcionales principales
4.3 Simulación por computadora 32
Idioma de enlace 38
Referencias 39
Apéndice 1 Original en inglés 41
Apéndice 2 Traducción al chino 50
Apéndice 3 Programa fuente 57
La situación actual y el desarrollo de 1.1 en el país y en el extranjero
Con la mejora del nivel de vida de las personas y el fortalecimiento de la conciencia de seguridad, los requisitos de seguridad son cada vez más altos. Desde la antigüedad, las cerraduras han sido los generales de hierro que protegen las puertas. La gente las exige mucho. No sólo son seguras y fiables contra el robo, sino que también son fáciles de usar. Este es también un tema desarrollado por los fabricantes de cerraduras. . Con el desarrollo de la tecnología electrónica, han surgido varios productos electrónicos y las cerraduras de combinación electrónicas son uno de ellos. Según información relevante, la investigación sobre cerraduras con código electrónico comenzó en la década de 1930 y se ha utilizado en algunos lugares especiales durante mucho tiempo. Este tipo de bloqueo completa el proceso de desbloqueo ingresando un conjunto de contraseñas a través del teclado. La intención original de estudiar este tipo de cerradura es mejorar la seguridad de la cerradura. Dado que las cerraduras electrónicas tienen una gran cantidad de llaves (contraseñas), se pueden usar con cerraduras mecánicas y pueden evitar los riesgos de seguridad causados por la falsificación de llaves. Las cerraduras electrónicas solo necesitan recordar un conjunto de contraseñas y no necesitan llevar llaves de metal, lo que ahorra a las personas la molestia de llevar llaves de metal y es cada vez más apreciado por personas. Existen muchos tipos de cerraduras electrónicas, incluidas cerraduras digitales, cerraduras de huellas dactilares, cerraduras de tarjetas magnéticas, cerraduras de tarjetas IC, cerraduras biométricas, etc. Pero es más práctico utilizar una cerradura con código electrónico tipo llave.
Después de la década de 1980, con la aparición de circuitos integrados especiales para cerraduras electrónicas, el tamaño de las cerraduras electrónicas se redujo, se mejoró la confiabilidad y el costo fue mayor. Adecuado para su uso en ocasiones con altos requisitos de seguridad y que requieran suministro de energía para proporcionar energía. Su uso aún está limitado a un cierto rango y es difícil de popularizar, por lo que su investigación no ha logrado avances significativos.
En la actualidad, en los países desarrollados occidentales, la tecnología de las cerraduras electrónicas de combinación es relativamente avanzada y completa. Las cerraduras con código electrónico se han utilizado ampliamente en sistemas de control de acceso inteligentes para lograr la gestión del control de acceso a través de una variedad de tecnologías más seguras y confiables. En China, el nivel general de cerraduras electrónicas todavía ronda la década de 1970 y el costo de las cerraduras de combinación electrónicas sigue siendo muy alto. Las cerraduras electrónicas de pulsador siguen siendo el principal producto del mercado. Las cerraduras electrónicas de llave y las cerraduras electrónicas de tarjeta se han introducido en el nivel avanzado internacional y ahora hay varias fábricas nacionales que producen y abastecen el mercado. Sin embargo, las cerraduras electrónicas de desarrollo propio aún no han formado una estructura de mercado y no se utilizan ampliamente. Muchas empresas nacionales también han introducido tecnologías avanzadas del mundo y sus perspectivas de desarrollo son muy prometedoras. Se espera que, gracias a esfuerzos continuos, las cerraduras con código electrónico también se utilicen ampliamente en China [1].
La mayoría de las cerraduras electrónicas con código que se utilizan actualmente se basan en tecnología de microcomputadora de un solo chip, siendo el microcomputador de un solo chip el componente principal, y la generación de su codificador y decodificador es software [2]. En aplicaciones prácticas, debido a que los programas tienden a salirse de control, la confiabilidad del sistema es pobre. El bloqueo de contraseña electrónico basado en dispositivos FPGA de matriz de puertas programables en campo está construido con dispositivos FPGA y todos los algoritmos se implementan completamente mediante circuitos de hardware, lo que mejora en gran medida la confiabilidad del sistema.
Dado que la FPGA tiene funciones programables en campo, cuando es necesario cambiar el diseño, solo es necesario cambiar los circuitos de control y de interfaz en la FPGA. El diseño actualizado se puede descargar a la FPGA a través de la herramienta EDA sin cambiar el diseño del circuito externo. , lo que mejora enormemente la eficiencia del diseño.
1.3 Introducción al sistema de bloqueo de código electrónico
El bloqueo de código electrónico universal se compone principalmente de tres partes: circuito de entrada de código digital, circuito de control de bloqueo de código y circuito de visualización de bloqueo de código.
(1) El circuito de entrada de bloqueo de contraseña incluye varios circuitos funcionales pequeños, como el circuito de generación de temporización, el circuito de escaneo del teclado, el circuito de eliminación del rebote del teclado y el circuito de decodificación del teclado.
(2) El circuito de control de bloqueo de contraseña incluye varios circuitos funcionales pequeños, como el circuito de almacenamiento en búfer de datos clave, el circuito de borrado, cambio, almacenamiento y activación de contraseña eléctrica (circuito de generación de señal de borrado de registro), verificación de contraseña. circuito (circuito de comparación numérica), circuito de desbloqueo (circuito abierto/bloqueado), etc.
(3) El circuito de visualización de contraseña convierte principalmente el código BCD de los datos mostrados en el código correspondiente. Por ejemplo, si elige un circuito de visualización de tubo digital de siete segmentos, lo principal es convertir el código BCD de los datos que se mostrarán en el código del controlador de pantalla de siete segmentos del digitalizador [4].
1.4 Requisitos de diseño del sistema
Diseñar una cerradura con código electrónico universal de alta seguridad y bajo costo. Los requisitos funcionales específicos son los siguientes:
(1) Entrada numérica: cada vez que se presiona una tecla numérica, se ingresa un valor numérico y se muestra en la pantalla. Los datos ingresados anteriormente se mueven una posición numérica a la pantalla. izquierda a su vez.
(2) Borrar número: presione esta tecla para borrar todos los valores ingresados previamente a "0000".
(3) Cambio de contraseña: Presione esta tecla y el número actual se establecerá como la nueva contraseña.
(4) Activar la cerradura eléctrica: Presione este botón para bloquear el bloqueo con contraseña.
(5) Desbloquear la cerradura eléctrica: Al pulsar este botón se comprobará si la contraseña introducida es correcta. Si la contraseña es correcta, la cerradura se desbloqueará.
1.5 El propósito de la investigación y la importancia de este tema
Con la mejora del nivel de vida de las personas, los requisitos para la tecnología antirrobo en el hogar son cada vez mayores. Las cerraduras mecánicas tradicionales a menudo se rompen debido a su estructura simple. Las cerraduras electrónicas son populares entre los usuarios debido a su alta confidencialidad, buena flexibilidad y alto factor de seguridad. Actualmente, existen en el mercado principalmente cerraduras de combinación electrónicas basadas en tecnología de microcomputadora de un solo chip, pero su confiabilidad es pobre. FPGA es una matriz de puertas programables en campo, que es un producto de desarrollo posterior basado en dispositivos programables como PAL, GAL y EPLD. Es un circuito integrado a muy gran escala que tiene la capacidad de reconfigurar circuitos. Por lo general, FPGA tiene decenas de miles de reescrituras, lo que significa que el diseño de hardware es tan flexible y conveniente como el diseño de software. En comparación con las cerraduras de código electrónico basadas en tecnología de microcontrolador, el uso de dispositivos FPGA mejora la confiabilidad del sistema y, debido a la función programable en campo de FPGA, el reemplazo y la actualización de las cerraduras de código electrónico son más convenientes y simples [3].
A través de este diseño, domine el método de diseño del sistema FPGA, esté familiarizado con el uso de lenguajes de descripción de software y hardware relacionados con el diseño FPGA, comprenda la composición del sistema de cerraduras de código electrónico y use FPGA para Al realizar el diseño y la implementación de cerraduras de código electrónico, puede profundizar su comprensión de los conocimientos principales y asociados, mejorar su capacidad práctica, acumular experiencia práctica y sentar una buena base para el trabajo futuro.
Referencia
[1]Li Lianhua. Diseño de cerradura electrónica con contraseña basada en FPGA. Información sobre ciencia y tecnología de China, 2006, (01):64.
[2]Xu Qi. Diseño de cerradura electrónica con contraseña basada en FPGA. Información científica y tecnológica, 2006, (10):240-241
, Liu y Zhu. Bloqueo de código electrónico basado en FPGA. Tecnología Electrónica, 2005, (01):26-28.
Zhao Yidan, Xu Xiaolin, Zhou Zhenfeng. Principio del sistema, pasos de diseño y diagrama de flujo de una cerradura de combinación electrónica. Revista de la Universidad de Jiaxing, 2003, 15(s 1):103-105.
Lu Chongyang, Lu Donghua. Tecnología FPGA y sus tendencias de desarrollo. Tecnología Microelectrónica, 2003, (01):5-7.
Wang Xiaoyong. Principios básicos y aplicaciones de FPGA. Ingeniería en Electrónica Marina, 2005, (02):82-85.
[7]Cheng Yaolin. Análisis de métodos de diseño de sistemas FPGA. Tecnología electrónica moderna, 2005, (19):90-93