中 北 大 学
毕业设计开题报告
论 文 题 目：
基于FPGA的数字密码锁设计

毕 业 设 计 开 题 报 告
1．结合毕业论文情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：

文 献 综 述
1.1本设计的研究背景
随着社会物质财富的日益增长，安全防盗已成为人们所关注的焦点。然而传统机械弹子锁安全性低，密码量少且需时刻携带钥匙使其无法满足一些特定场合的应用要求,特别是在人员经常变动的公共场所，如办公室、宾馆、汽车、银行柜员机等地方。由于电子密码锁与普通机械锁相比，具有许多独特的优点：如具有语音提示、保密性好，防盗性强、易于系统升级与功能扩展的优势，越来越受到人们的青睐。
目前使用的电子密码锁主要有两个方案：一是基于单片机用分立元件实现的，二是通过现代人体生物特征识别技术实现的。
基于单片机用分离元件实现的工作原理是用以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路作为密码锁的核心控制，共设了9个用户输入键，其中只有4个是有效的密码按键，其它的都是干扰按键，若按下干扰键，键盘输入电路自动清零，原先输入的密码无效，需要重新输入；如果用户输入密码的时间超过40秒（一般情况下，用户不会超过40秒，若用户觉得不便，还可以修改）电路将报警80秒，若电路连续报警三次，电路将锁定键盘5分钟，防止他人的非法操作。电路由两大部分组成：密码锁电路和备用电源(UPS)，其中设置UPS电源是为了防止因为停电造成的密码锁电路失效，使用户免遭麻烦。  （这是采用第一种方法的具体例子，你要总结出整体特征来）
而通过现代人体生物特征识别技术实现的工作原理是用一种温度传感器及其运用该温度传感器的指纹辨识晶片，其中指纹辨识晶片由多个温度传感器以二维阵列方式排列而成。传感器包括有一硅基板、一热绝缘结构、一由热电偶串联而成的热电堆，该热电堆的热接触位于热绝缘结构的中央部位，该热电堆的冷接触区位于热绝缘结构周围的薄氧化层上、以及一导热管。该指纹辨识晶片以人体体温作为生物辨识原理，通过手指指纹纹峰与传感器以接触造成一温度梯度，再将该温度梯度转变成电信号，从而可得到指纹纹峰轮廓的电信号输出，达到指纹辨识的目的。
前者电路较复杂且灵活性差，无法满足应用要求；后者有其先进性但需考虑成本和安全性等诸多因素。
基于此，本设计将研究一种新型电子密码锁，以Max+PlusⅡ(Multiple Array Matrix and ProgrammingLogic User SystemⅡ，多阵列矩阵及可编程逻辑用户系统Ⅱ)为工作平台，采用FPGA芯片，利用先进的EDA技术设计的一种数字密码锁。这种密码锁安全可靠、使用方便成了人们防盗的首选，不仅简化了系统结构，降低了成本，更提高了系统的可靠和保密性。
1.2数字密码锁的研究现状分析
1.2.1数字密码锁的发展历史
随着人们生活水平的提高和安全意识的加强，对安全的要求也就越来越高。锁自古以来就是把守护门的铁将军，随着电子技术的发展，各类电子产品应运而生，电子密码锁就是其中之一。
电子密码锁的研究从20世纪30年代就开始了，在一些特殊场所早就有所应用。这种锁是通过键盘输入一组密码完成开锁过程。研究这种锁的初衷，就是为提高锁的安全性。由于电子锁的密钥量（密码量）极大，可以与机械锁配合使用，并且可以避免因钥匙被仿制而留下安全隐患。电子锁只需记住一组密码，无需携带金属钥匙，免除了人们携带金属钥匙的烦恼，而被越来越多的人所欣赏。电子锁的种类繁多，例如遥控式电子防盗锁，键盘式电子密码锁，卡式电子防盗锁，生物特征防盗锁等。
（1）遥控式电子防盗锁
目前常见的遥控式电子防盗锁主要有光遥控和无线电遥控两类。光遥控又分为红外线遥控和可见光遥控，光遥控利用窄角度的光传输密码，优点是传输信息量可以很大、速度极快、人眼识别不出来，又无法在光路径上（操作者与电子防盗锁主体之间）以仪器捕获信号试图复制，因此保密性极高。无线电遥控的优点也是传输信息量可以很大、速度快、人眼识别不出来，但发射的信号弥散空间，容易被仪器捕获，因此适合采用“变化的密码”，如所谓的“跳码”、“滚码”（均是随机变化而无明显规律），这样即使捕获了当时的信号也无利用、复制的价值。使用遥控式电子防盗锁，需要仔细保管遥控器（即钥匙），而且对某些应用而言，这种钥匙大了一点，可能还要使用特定的电池。
（2）键盘式电子密码锁
从目前的技术水平和市场认可程度看，使用最为广泛的是键盘式电子密码锁，该产品主要应用于保险箱、保险柜和金库，还有一部分应用于保管箱和运钞车。键盘式电子密码在键盘上输入，与打电话差不多，因而易于掌握，其突出优点是“密码”是记在被授权人脑子里的数字和字符，既准确又可靠，不会丢失（除了忘记），难以被窃（除非自己泄露）。但是密码不能太简单，太简单了就容易被他人在键盘上试探出来，或者可能被旁观者窥测出来，造成保密性不足。当然，密码又不能太复杂，太复杂了可能自己都糊涂了，或者输入密码操作成功率低，造成使用不便。因此，为了发扬优点、克服弱点，键盘式电子密码也在不断发展中，如“任意设定密码”技术使得被授权人可以根据自己的需要或喜好设定密码，常用常新；而“自动更改密码”汽车电子防盗锁技术使得本次输入的密码将自动更改成下次应输入的密码，更改的规律不为他人所知，因而不怕旁观者窥测；独出心裁的“键盘乱序显示”技术使得键盘上的固定键位每次显示出的字符不固定，并且显示的窄小角度只能由操作者正面看得到，因而即使旁观者看见操作动作也难以窥测出密码；“多重密码设定”技术使得单组密码不一定有效，适合多人分权使用，需要输入两组以上的密码才被认可，大大提高了保密性，如果限定输入这些密码的先后顺序或时间区段，则保密性还可提高。在输入密码的过程中，为了限制试探密码的企图，通常输入错误码若干次或若干时间内输入不正确，即“封锁”键盘，不再接受输入操作。总之，尽管新式电子防盗锁层出不穷，但键盘式电子密码防盗锁仍然“老树发新芽”，不仅在市场上居于主流地位，而且，还经常作为其他类型电子防盗锁的辅助输入手段。
（3）卡式电子防盗锁
使用各种“卡”作为钥匙的电子防盗锁是当前最为活跃的产品，无论卡的种类如何多种多样，按照输入卡的操作方式，都可分为接触式卡和非接触式卡两大类。值得注意的是，由于安防行业的要求，通常不得使用可靠性差、易被仿制的磁卡。目前接触式卡的技术成熟、价格较低，应用也较为广泛；非接触式卡使用隐蔽、方便，大有后来居上之势。储存信息量大是卡的优势，它不仅作为钥匙，还可载入多项个人信息，特别适合金融业注重“验明正身”的行业特点，而且一卡多用（如入门、开锁、存储、付费等）带来持卡人的便利。使用这类电子防盗锁，需要仔细保管卡（即钥匙），尤其丢失了必须尽快取消该卡的授权。
（4）生物特征防盗锁
人的某些与生俱来的个性特征（如手、眼睛、声音的特征）几乎不可重复，作为“钥匙”就是唯一的（除非被逼迫或伤害），因此，利用生物特征做密码的电子防盗锁，也特别适合金融业注重“验明正身”的行业特点。
由于这种“自生自长、随身携带”的“钥匙”优点突出，因此这种锁很快度过了性能不太稳定、价格昂贵的初始期，变得越来越实用、越来越“特征”，受到人们的普遍欢迎。现今，生物特征技术发展迅速，除了价格因素和尺寸体积因素对普及尚有所限制外，生物特征电子防盗锁在金融业的前景被人们普遍看好。不过，在要求保密性极高的情况下，还不宜单独使用生物特征电子防盗锁，最好是组合其他电子信息作为密码。
由于数字、字符、图形图像、人体生物特征和时间等要素均可成为钥匙的电子信息，组合使用这些信息能够使电子防盗锁获得高度的保密性，如防范森严的金库，需要使用复合信息密码的电子防盗锁，这样对盗贼而言是“道高一尺、魔高一丈”。组合使用信息也能够使电子防盗锁获得无穷扩展的可能，使产品多样化，对用户而言是“千挑百选、自得其所”。
目前，在西方发达国家，电子密码锁技术相对先进，种类齐全，电子密码锁已被广泛应用于智能门禁系统中，通过多种更加安全，更加可靠的技术实现大门的管理。在我国电子锁整体水平尚处于国际上70年代左右，电子密码锁的成本还很高，市场上仍以按键电子锁为主，按键式和卡片钥匙式电子锁已引进国际先进水平，现国内有几个厂生产供应市场。但国内自行研制开发的电子锁，其市场结构尚未形成，应用还不广泛。国内的不少企业也引进了世界上先进的技术，发展前景非常可观。希望通过不断的努力，使电子密码锁在我国也能得到广泛应用。
1.2.2基于FPGA的数字密码锁的出现
目前使用的电子密码锁大部分是基于单片机技术，以单片机为主要器件，其编码器与解码器的生成为软件方式。在实际应用中，由于程序容易跑飞，系统的可靠性能较差。基于现场可编程逻辑门阵列FPGA器件的电子密码锁，用FPGA器件构造系统，所有算法完全由硬件电路来实现，使得系统的工作可靠性大为提高。由于FPGA具有现场可编程功能，当设计需要更改时，只需更改FPGA中的控制和接口电路，利用EDA工具将更新后的设计下载到FPGA中即可，无需更改外部电路的设计，大大提高了设计的效率。
随着人们生活水平的提高，FPGA即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物，是一种超大规模集成电路，具有对电路可重配置能力。通常FPGA都有着上万次的重写次数，也就是说现在的硬件设计和软件设计一样灵活、方便。相对于基于单片机技术的电子密码锁，用FPGA器件来构成系统，可靠性提高，并且由于FPGA具有的现场可编程功能，使得电子密码锁的更改与升级更为方便简单。
   
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