基于fpga的門禁系統設計(已修改)

　

【正文】 摘 要門禁系統是集計算機技術、電子技術、數字密碼技術為一體的機電一體化高科技產品，具有安全性高，使用方便等優點。本論文從門禁系統系統整體功能，硬件電路設計、軟件設計等方面闡述密碼門禁系統設計過程。密碼門禁系統系統包括電子鎖，電子鑰匙，用戶卡及用戶卡生成器四部分。電子鎖里保存著當前開門密碼，以及用戶第一次使用用戶卡時的用戶卡號和加密位。用戶憑用戶卡在門上隨時更改開門密碼，更新或配制鑰匙里的開門密碼。本系統考慮到門禁系統成本及體積因素，在設計門禁系統部分時，以FPGA 為核心；由多個數碼管，按鍵和發光二極管組成外圍電路。本文采用VHDL語言使用自頂而下的方法對系統進行了描述。采用FPGA開發設計，所有算法完全由硬件電路來實現，使得系統的工作可靠性大為提高，同時由于FPGA具有在系統可編程功能，當設計需要更改對，只需更改FPGA中的控制和接口電路，利用EDA工具將更新后的設計下載到FPGA中即可，無需更改外部電路的設計，大大提高了設計的效率。因此，采用FPGA開發的數字系統，不僅具有很高的工作可靠性，其升級與改進也極其方便。關鍵詞： 門禁系統 FPGA VHDL 32AbstractThe technology of access control system bines puter, electronics and digital coding technology together, and seems to be a hightech electromechanical integration product, can be used safely and easily. This paper discussed the whole system architecture of the access control system。 hardware design and software design were presented separately. The whole password access control system consists of four parts: electronic lock, electronic key, user card and user card generator. The electronic lock is used to preserve the current unlock password, the user card numbers and encrypted spaces. Users can use the card to unlock the lock, update or preparation the unlock password at any time. The cost and size are put most emphasis in the design of access control system. Design based on FPGA is presented. The system then is designed and verified through some external circuit ponents, such as keyboard and LEDs.The paper is described with VHDL using the topdown development and design which is achieved all entirely by the hardware circuit algorithm，makes the system work much more reliability，as well as because FPGA in the system can be made available for the insystem programmable function，when the design needs to be changed，the control and the interface circuit can be restructured in the FPGA conveniently，using EDA tools，to download the updated design to the FPGA without changing the external circuit design．So the efficiency of the design Can be proved．Thus，the digital system implemented by FPGA is of high reliability，and the upgrade and improvement is extremely convenient． Key words： access control system FPGA VHDL 目 錄摘 要 IAbstract II目 錄 III緒 論 11 門禁系統的分類及特點 2 門禁系統的分類及特點 2 按進出識別方式分類 2 按設計原理分類 3 按與微機通汛方式分類 32 開發工具簡介 4 Max+plusⅡ開發系統的特點 4 FPGA簡介 5 FPGA基本工作原理 5 FPGA的基本特點 5 FPGA設計流程 5 芯片選擇 63 門禁系統總體方案 7 系統概述 74 門禁系統實現 9 門禁系統輸入電路的設計 9 矩陣式鍵盤的工作原理 9 門禁系統輸入電路各主要功能模塊的設計 11 門禁系統控制電路的設計 15 數字按鍵輸入的響應控制 15 功能按鍵輸入的響應控制 15 門禁系統顯示電路的設計 16 門禁系統的整體組裝設計 175 主要VHDL源程序 18 鍵盤輸入去抖電路的VHDL源程序 18 鍵盤輸入去抖電路的仿真 20 門禁系統輸入電路的VHDL源程序 20 門禁系統輸入電路的仿真 24 門禁系統控制電路的VHDL源程序 25 門禁系統控制電路的仿真 28結 論 29致 謝 30參考文獻 31緒 論據有關資料介紹，電子鎖門禁系統的研究從上世紀30年代就開始了，在某些特殊場所早就有所應用。研究這種門禁系統的初衷，是提高門的安全性，因為電子鎖的密鑰量(密碼量)極大，可以和機械鎖配合，避免因鑰匙被仿制而出現的問題。因為人們攜帶的鑰匙很多已成累贅，而電子密碼鎖門禁系統只需記住一組密碼，無需攜帶金屬鑰匙，免除了人們的煩惱。電子鎖門禁系統的種類繁多，從大的方面講可能有數十種，例如數碼門禁，指紋門禁、卡片門禁，磁卡門禁、生物鎖門禁等等。但這些產品的特點是針對特定指紋或有效卡，只能適用于保密要求高且僅供個別人使用的箱、柜、房間等，而且卡片式IC卡還有易丟失等特點，加上其成本一般比較高，一定程度上限制了這類產品的普及和推廣，能談的上實用一些或者大眾化一些的還是按鍵式門禁系統。這是一種操作方式類似于按鍵電話機的電子鎖，通過鍵盤上的數碼按鍵依次輸入一組密碼，如果密碼與內部已約定的密碼相同，則輸出一個電信號，以驅動電磁鐵或者小馬達將門閂打開，完成一個開門過程。目前隨著電子技術的發展，具有防盜報警等功能的電子密碼鎖門禁系統代替密碼量少、安全性差的機械式密碼鎖門禁系統已是必然趨勢。電子密碼鎖門禁系統與普通機械鎖門禁相比，具有許多獨特的優點：保密性好，防盜性強，可以不用鑰匙，記住密碼即可開鎖等。當前使用的電子密碼鎖門禁系統大部分是基于單片機技術，以單片機為主要器件，其編碼器與解碼器的生成為軟件方式。在實際應用中，由于程序容易跑飛，系統的可靠性能較差。本課題設計一個具有較高安全性能和較低成本的通用門禁系統，能夠實現如下功能：(1) 數碼輸入：每按下一個數字鍵，就輸入一個數值，并在顯示器上的最右方現實出該數值，同時將先前輸入的數據依序左移一個數字位置。(2) 數碼清除：按下此鍵可清除前面所有的輸入值，清除成為“0000”。(3) 密碼更改：按下此鍵時會將目前的數字設定成新的密碼。(4) 激活電鎖：按下此鍵可將門禁系統上鎖。(5) 解除電鎖：按下此鍵會檢查輸入的密碼是否正確，密碼正確即解鎖。1 門禁系統的分類及特點 門禁系統的分類及特點從技術產品發展的規律看，在功能相似的情況下，簡單可靠的東西總是替代繁雜的東西，而它正是以簡代繁的東西。所以，它是大眾化的實用性新產品，替代傳統圓盤式機械門禁系統和部分門禁系統是應該的。近幾年，隨著智能卡技術、生物識別技術的發展，門禁系統得到了飛躍式的發展，進入了成熟期，它們在安全性、方便性、易管理性等方面都各有特長，門禁系統的應用領域也越來越廣。門禁系統是新型現代化安全管理系統，它集微機自動識別技術和現代安全管理措施為一體，涉及電子、機械、光學、計算機技術、通訊技術，生物技術等諸多新技術。它是解決重要部門出入口實現安全防范管理的有效措施。在數字技術網絡技術飛速發展的今天，門禁技術得到了迅猛的發展。門禁系統早已超越了單純的門道及鑰匙管理，它已經逐漸發展成為一套完整的出入管理系統。它在工作環境安全、人事考勤管理等行政管理工作中發揮著巨大的作用。 按進出識別方式分類(1) 密碼識別:通過檢驗輸入密碼是否正確來識別進出權限。這類產品又分兩類：①普通型：優點是操作方便，無須攜帶卡片；成本低。缺點是同時只能容納三組密碼，只能單向控制。②亂序鍵盤型(鍵盤上的數字不固定，不定期自動變化)：優點是操作方便，無須攜帶卡片，安全系數稍高。缺點是密碼容易泄露，安全性還是不高；無進出記錄；只能單向控制；成本高。(2) 卡片識別:通過讀卡或讀卡加密碼方式來識別進出權限。按卡片種類又分為：①磁卡：優點是成本較低；一人一卡，安全一般，可聯計算機，有開門記錄。缺點是卡片、設備有磨損，壽命較短；卡片容易復制；不易雙向控制；卡片信息容易因外界磁場丟失，使卡片無效。②射頻卡：優點是卡片與設備無接觸，開門方便安全；壽命長，理論數據至少十年；安全性高，可聯計算機，有開門記錄；可以實現雙向控制；卡片很難被復制。缺點是成本較高。(3) 生物識別:通過檢驗人員生物特征等方式來識別進出，有指紋型、虹膜型、面部識別型。優點：從識別角度來說安全洼極高；無須攜帶卡片。缺點：成本很高；識別率不高，對環境要求高，對使用者要求高(比如指紋不能劃傷，眼不能紅腫出血，臉上不能有傷，或胡子的多少)；使用不方便(比如虹膜型的和面部識別型的，安裝高度位置一定了，但使用者的身高卻各不相同)。 按設計原理分類(1) 控制器自帶讀卡器(識別儀),這種設計的缺陷是控制器須安裝在門外，因此部分控制線必須露在門