维普资讯 http://www.cqvip.com 中国人民大学学报（自然科学版） ２００７年第４期Ｎｏ．４ ２００７ 总第５４期Ｓｕｍ５４ 智能数字密码锁的设计与仿真 高 洁，黎靖达 （中国人民大学安全防范系，北京１０２６００） 摘要 电子密码锁由于其安全性高、成本低、功耗低、易操作等自身的优势，越来越受到人们 的青睐。采用ＥＤＡ技术，利用ＭＡＸ＋ｐｌｕｓｌＩ软件平台、大规模可编程逻辑器件ＦＰＧＡ，完成数字 密码锁的功能设计与仿真，大大简化其结构，降低成本，提高了数字密码锁的保密性和可靠性。 关键词 密码锁；ＶＨＤＬ语言；ＭＡＸ＋ｐｌｕｓｌＩ；仿真 中图分类号ＴＳ９１４．２１１ 。引言 笛兰鬟 篓：而设计过程中的仿真＇确保 密码锁是实际应用极为广泛的一种数字电路， 它的主要功能是用来对某些操作进行加密保护，目 １基本原理及组成 的是避免无权人员使用某些设施或者进行越权操 一个基本的密码锁是由密码锁主体以及附加的 作，例如银行自动柜员机、自动售货机、门卡系统 外围指示电路组成的，其中密码锁主体的主要作用 或者保险柜中都含有这种密码锁。在电子技术飞速 是用来接收密码并进行密码的验证操作；附加的外 发展的今天，具有防盗报警等功能的电子密码锁代 围指示电路的主要作用是用来显示输入的密码和根 替弹子锁和密码量少、安全性差的机械式密码锁已 据密码验证的结果来给出不同的指示灯显示或者启 是必然趋势。电子密码锁具有机械锁无可比拟的优 动报警装置，而报警装置则通常采用扬声器。 越性，它不但可以完成锁本身的功能，还可以兼有 数字密码锁的功能如图ｌ所示： 多种功能，如记忆、识别、报警等，电子密码锁以 其安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点受到 越来越多人的欢迎。 但是目前使用的电子密码锁大部分是基于单片 机进行设计的，其成本较高且可靠性得不到保证， 电路比较复杂，性能不够灵活。本文采用ＥＤＡ技 术设计了一种数字密码锁，该密码锁具有密码预置 和误码报警等功能，用一片ＦＰＧＡ芯片实现。由于 充分利用了ＦＰＧＡ芯片密度大、功耗低、可重复编 程和具有嵌入式阵列块的结构特点，从而大大简化 了系统结构，降低了成本，提高了系统的保密性和 根据功能需要，密码锁主要包括输入消抖同步 可靠性，采用这种器件开发的数字系统，其维护、 模块、使能电路模块、编码模块、密码预置模块、 作者简介高洁（１９６８～），女，无锡人，讲师，研究方向为安全防范技术。 ・９３・ ［维普资讯 http://www.cqvip.com 高 洁黎靖达：智能数字密码锁的设计与仿真 计数器选择模块、比较模块、七段显示译码模块和 控制器模块８个部分。电子锁的组成框图如图２所 示，它是以ＥＰ１Ｋ３０ＱＣ２０８—３芯片为核心，配以相 ２软件设计 智能数字密码锁软件采用ＶＨＤＬ硬件描述语 言在ＭＡＸ＋ｐｌｕｓｌＩ开发平台上对其编程，包括同步 消抖电路、使能电路、编码电路、密码预置电路、 比较电路、译码电路、计数器电路、控制电路程序 等模块，软件设计过程中采用模块化设计方法，便 于程序的阅读、调试和改进。 智能密码锁充分利用了ＧＥＸＩＮ ＥＤＡＰＲＯ／２４０Ｈ 应硬件电路，完成密码的设置、存贮、识别和显示、 接收传感器送来的报警信号、发送数据等功能。 实验仪软、硬件资源，引入了智能化分析功能，提 高了系统的可靠性和安全性。 ３综合仿真 综合模块的组装完全按照原理图输入方式设计 成顶层图形文件，再经编译、仿真、下载完成硬件 设计。在进行数字密码锁设计时，对各功能模块进 行了划分，通过编程实现各部分功能，利用ＭＡＸ ＋ｐｌｕｓＩＩ软件的功能仿真验证和调试，最后按照设 计初期的系统结构和模块划分图连接各个功能模 块，最终完成整个数字密码锁系统软件部分的综合 设计。综合模块的仿真测试足建立在对各子模块的 功能仿真结果分析都正确的基础上的。图３为此数 图２数字密码锁模块划分图 字密码锁系统的综合仿真连线图 ， 图３数字密码锁综合仿真图 ・９４・ 维普资讯 http://www.cqvip.com 高 洁黎靖达：智能数字密码锁的设计与仿真 从图中可以清晰地看出各个模块之间的连接关 基础上。利用ＭＡＸ＋ｐｌｕｓｌＩ软件对数字锁系统的综 系，以及各部分的输人输出信号和端口设置．而数 合连接进行编译和时序仿真，得仿真波形如图４。 字锁的硬件设计也必须建立在综合仿真结果正确的 图４密码锁波形仿真图 可以看出，电路可以完成密码的设置、仔贮、 另外，智能密码锁在软、硬件方面加以改动， 识别和显示、报警信号、发送数据等功能。 便可构成智能化的分布式监控网络，实现某一范围 。 … 内的集中式监控管理，在金融、保险、军事重地及 。 其他安全防范领域具有广泛的应用前景。 综上所述，本系统设计运用了现代ＥＤＡ设计 手段，基于ＦＰＧＡ采用ＶＨＤＬ语言编程实现数字系 参考文献 统硬件．运用有限状态机设计思想，完成系统核心 ［１］张顺兴，黄丽亚，等．数字电路与系统设计［Ｍ］． 部分控制器的设计。系统可根据安全要求通过编程 南京：东南大学出版社，２００４． 灵活更改预设密码的位数，同时采用串行输人设 ２］王振红．ＶＨＤＬ数字电路设计与应用实践教程［Ｍ］． 计，可对密码位数判定，提高 系统的安全叮靠 北京：机械工业出版社，２００３：７６—８０． 性，由于ＦＰＧＡ具有系统内可重构的特性，使得系 ３］赵鑫，蒋亮，等．ＶＨＤＬ与数字电路设计［Ｍ］．北京 统内硬件的功能可以像软件那样通过编程来配置， 机械工业出版社，２００５． ［４］Ｐｅｄｒｏｎｉ，Ｖ．Ａ．．ＶＨＤＬ数字电路设计教程——国外电 从而能够通过设计程序来改变系统的硬件结构，系 子与通信教材系列［Ｍ］．乔庐峰，等，译．北京： 统可不断优化和发展。基于ＦＰＧＡ的数字锁，体积 电子工业出版社，２００５． 小、功耗低，可靠性高，可用于工业、商业、家庭 （责任编辑陈晓明） 等环境下作为数字密码系统的嵌入式 片，具有一 定的实际意义。 ・９５・
