Verificador de Senhas - PCS - USP

EPUSP — PCS 2011/2305/2355 — Laboratório DigitalVerificador de SenhasVersão 2012RESUMOEsta experiência consiste no projeto e na implementação de um circuito de controle digital paraverificação de códigos de segurança. O procedimento de operação deste circuito é bem semelhante aofuncionamento padrão de um cofre ou de um cadeado eletrônico com um mecanismo de senhas. Aliberação da trava do circuito está condicionada à introdução de uma combinação igual a um códigopreviamente cadastrado. Tentativas de burlar este procedimento devem ser previstas e bloqueadas.1. ESPECIFICAÇÃO FUNCIONALO circuito do verificador de senhas a ser projetado nesta experiência é um circuito simplificado de umsistema completo para uso em segurança de bens ou valores. Pode ser usado para controlar o acesso adepósitos de valores ou documentos sigilosos. O mecanismo de acesso é baseado na verificação de umacombinação de dígitos de segurança.O circuito deve possuir dois modos de operação: o Modo de Configuração e o Modo de Segurança.Estes modos são selecionados através de uma chave no painel de controle. As outras chaves do painelsomente ficam ativas enquanto o sistema não estiver bloqueado.No Modo de Configuração é feita a programação da combinação de abertura do circuito que consta de4 dígitos. Cada dígito é selecionado a partir de um total de 4 chaves de entrada. Esta combinaçãodeve ficar armazenada na memória do sistema.No Modo de Segurança é inserido um código, também constituído de 4 dígitos. Após a entrada destecódigo, caso haja coincidência com a senha de abertura programada anteriormente, um sinal deveser enviado ao controle da trava para este ser aberto. Este sinal será representado através de umLED que deve permanecer aceso enquanto a trava não for aberta.A entrada das teclas que compõem a combinação deve ser feita sequencialmente. O pressionamentode uma tecla é simulado através da ativação de uma chave (esta ativação se dará com a mudança dachave para o nível baixo). A chave deve ser desativada para que outra tecla seja posteriormente ativada(mesmo que seja o mesmo código).Após a mudança do modo de operação do circuito, deve-se prever uma reinicialização do sistema(RESET). Isto permite que, no modo de configuração, caso seja efetuado o cadastramento de uma senhainválida, seja possível o recadastramento da senha com o acionamento do sinal de RESET.Por outro lado, no caso de acionamento de um dígito inválido no modo de segurança, o usuário podecorrigir a entrada da senha correta, acionando-se o RESET. Isto só será possível durante a entrada dostrês primeiros dígitos da senha, pois o circuito deve bloquear seu funcionamento após a entrada doúltimo dígito e se a senha não for correta. Ou seja, caso o usuário não fornecer a senha correta, ocircuito deve bloquear seu funcionamento e não responder a nenhum acionamento de qualquer tecla oubotão (p.ex. RESET, etc). Neste caso é necessário o acionamento do sinal DESBLOQUEAR para que elesaia deste estado de bloqueio.Verificador de Senhas (2012) 1

EPUSP — PCS 2011/2305/2355 — Laboratório Digital2. DETALHAMENTO DO VERIFICADOR DE SENHAS2.1. Diagrama de BlocosO projeto básico do circuito do verificador de senhas deve seguir o Diagrama de Blocos apresentado nafigura 1. Os blocos envolvidos são os seguintes:CODIFICADOR: codifica cada chave de entrada selecionada em um código binário de 2 bits,que indica a chave selecionada;MEMÓRIA: armazena a senha cadastrada no Modo de Configuração;CONTADOR: fornece o endereço no qual o código da tecla deverá ser armazenado ou lido damemória;COMPARADOR: compara cada um dos códigos inseridos no Modo de Segurança com o códigocorrespondente previamente armazenado na memória;UNIDADE DE CONTROLE: controla o funcionamento do circuito do verificador de senhas nosModos de Configuração e de Segurança.FLUXO DE DADOSTECLAS(CHAVES)0123CODIFICADORCÓDIGO(D0)2CONTADOREND(D2)SAÍDAENTRADAMEMÓRIAENDEREÇOSINAISDECONTROLEDAMEMÓRIACÓDIGO_MEM(D1)COMPARADOR=COMPARAÇÃOZERATECLA ACIONADACLOCKCONTAUNIDADEDECONTROLEBLOQUEADO (L2)ABRE (L1)MODO (L0)(B1)(B2)(CH7)RESETDESBLOQUEARCONFIGURAÇÃO / SEGURANÇAFigura 1. Diagrama de Blocos do Verificador de Senhas.Verificador de Senhas (2012) 2

EPUSP — PCS 2011/2305/2355 — Laboratório Digital2.2. Sinais do Circuito do Verificador de SenhasOs sinais do circuito são os apresentados abaixo, classificados como sinais de entrada, sinais de saída esinal de controle interno.NÃO SERÁ PERMITIDA A MUDANÇA DE QUALQUER UM DESTES SINAIS E NEM DO SEU NÍVEL LÓGICO.QUALQUER MUDANÇA IMPLICARÁ EM UMA PENALIZAÇÃO.a) Sinais de Entrada: TECLAS (CH0 a CH3) chaves que correspondem às teclas de senha; ̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅/SEGURANÇA (CH7) seleciona o modo de operação do circuito(0 = modo de configuração e 1 = modo de segurança); RESET (B1) inicialização do sistema em cada um dos modos de operação (pulso em nível alto);DESBLOQUEAR (B2) – permite desbloquear o circuito em caso de senha errada;CLOCK sinal do gerador externo para sincronismo do controle.b) Sinais de Saída: MODO (LED 0) indica o modo de operação do circuito(0 = modo de segurança e 1 = modo de configuração); ̅̅̅̅̅̅̅ (LED 1) quando em nível “zero” indica a abertura do circuito;TRAVADO (LED 2) indica que o circuito está travado/bloqueado.c) Sinais de Controle Internos: TECLA ACIONADA sinal auxiliar que indica a seleção de uma chave de entrada;CONTA sinal de controle do contador para varredura (incremento) dos endereços da memória;ZERA sinal para zerar o valor do contador para varredura dos endereços da memória;COMPARAÇÃO saída do comparador indicando igualdade ou não entre o código cadastradoe o código inserido;SINAIS DE CONTROLE DA MEMÓRIA utilizados para controle de operações de leitura egravação de dados na memória.d) Sinais Internos: CÓDIGO (display D0) código binário de 2 bits da chave selecionada;CÓDIGO_MEM (display D1) código armazenado na memória;END (display D2) endereço para acesso à memória;ATENÇÃO:Note que, exceto o sinal ̅̅̅̅̅̅̅, todos os outros são de lógica positiva, ou seja, ativos quando em nível 1.Verificador de Senhas (2012) 3

EPUSP — PCS 2011/2305/2355 — Laboratório Digital3. PARTE EXPERIMENTALA parte experimental desta experiência diz respeito à implementação do circuito verificador de senhas,incluindo a montagem e os testes no painel de montagens experimentais.3.1. Montagem em LaboratórioA sequencia de montagem, teste e depuração do circuito Verificador de Senhas deverá seguir as etapasabaixo:1. Modo de ConfiguraçãoNesta etapa, deverão ser montados e testados os módulos codificador, contador, memória eparte da lógica de controle, referentes ao funcionamento do Modo de Configuração. A equipedeve planejar os passos necessários para esta etapa, mostrando os testes que devem serefetuados para apresentar um circuito funcionalmente correto.2. Modo de SegurançaAqui, devem ser montados e testados o módulo comparador e parte da lógica de controle,referente ao funcionamento do Modo de Segurança. A equipe deve planejar os procedimentosadequados para a demonstração do funcionamento correto do circuito.3. Integração e Teste do circuito completoNesta etapa, o circuito completo do Verificador de Senhas deverá ser avaliado para se verificar oseu pleno funcionamento.DICAS: Para auxiliar a depuração do circuito, especifique sinais extras de teste e depuração (por exemplo,estado atual da unidade de controle). O acionamento das chaves do painel de montagens experimentais gera a ocorrência da trepidação(“bounce”) do sinal elétrico. Isto deve ser considerado durante o projeto do circuito.3.2. Operação do CircuitoNesta etapa, o circuito completo deverá ser avaliado. A sequência normal de utilização deverá ser testadapela equipe: inicialmente, uma senha deverá ser cadastrada, e depois, ao menos dois casos, serãoanalisados (senha válida e senha inválida). O uso dos sinais RESET e DESBLOQUEAR também deverãoser levados em conta.A seguir, o funcionamento do circuito montado deverá ser demonstrado ao professor, de acordocom o Manual do Usuário escrito pela equipe.3.3. Modificação do Projeto BaseUma pequena modificação ou adaptação do projeto base será solicitada ao aluno. Esta modificaçãodeverá ser implementada no circuito projetado pelo grupo. A descrição e a documentação destamodificação devem ser incluídas no relatório.PERGUNTAS:1. O que ocorre no circuito projetado, caso o usuário tente inserir mais de 16 dígitos quando estivercadastrando uma senha?2. O circuito integrado 74189 tem as saídas invertidas, ou seja, na operação de leitura, os dados desaída são invertidos em relação aos dados gravados. Como isto é tratado no projeto do circuito?3. Como a ocorrência de “bounce” das chaves foi levada em consideração no projeto do circuito?4. O que ocorre na operação do circuito se o botão B1 (sinal RESET) for substituído por uma chave?5. Como a lógica de bloqueio do circuito em caso de senha errada é implementada no circuito?6. Como poderia ser implementada a característica de se permitir que o usuário tenha mais umatentativa para “entrar” a senha correta?7. Descreva que modificações seriam necessárias no projeto caso se desejasse a implementação de uma“senha padrão de fábrica”. (Uma senha padrão de fábrica seria uma segunda senha que permitiria aabertura da trava. Esta senha viria pré-programada no circuito.)Verificador de Senhas (2012) 4

EPUSP — PCS 2011/2305/2355 — Laboratório Digital4. PLANEJAMENTOO planejamento deve conter OBRIGATORIAMENTE os seguintes itens:Descrição detalhada da lógica de funcionamento do projeto digital do circuito;Diagrama Lógico do projeto do módulo fluxo de dados e do módulo unidade de controle;Cartas de tempo, com as simulações da operação dos blocos e do circuito completo;Estratégia de montagem e depuração, destacando os blocos funcionais;Casos de teste para as várias situações possíveis;Manual de Usuário do Circuito Verificador de Senhas: texto à parte, descrevendo os procedimentosde configuração e de operação do circuito.5. AVALIAÇÃOA avaliação do projeto do Verificador de Senhas será realizada considerando o funcionamento correto decada subsistema e a sua apresentação de maneira convincente pelos alunos ao professor.6. BIBLIOGRAFIA1. FREGNI, E. & SARAIVA, A. M. Engenharia do Projeto Lógico Digital: Conceitos e Prática.Editora Edgard Blücher Ltda, 1995.2. PCS-EPUSP. Cadeado Eletrônico. Apostila de PCS2308. Departamento de Engenharia deComputação e Sistemas Digitais, Escola Politécnica da USP. Edição de 2001.3. PCS-EPUSP. Cofre Digital. Apostila de PCS2308. Departamento de Engenharia de Computação eSistemas Digitais, Escola Politécnica da USP. Edição de 2002.4. RANZINI, E.; HORTA, E. L.; MIDORIKAWA, E. T. Projeto de circuitos com MAX+PLUS II. Apostilade Laboratório Digital. Departamento de Engenharia de Computação e Sistemas Digitais, EscolaPolitécnica da USP. 2002.5. TOCCI, R. J.; WIDMER, N. S.; MOSS, G. L. Digital Systems: principles and applications. 11 th ed.,Prentice-Hall, 2011.7. MATERIAL DISPONÍVELCircuitos Integrados TTL7400, 7404, 7408, 7432, 7474, 7485 (comparador de magnitude), 7486,74148 (codificador de prioridade), 74161, 74163, 74189 (memória).Caso seja necessário o uso de outro componente, verifique antes sua disponibilidadeno Laboratório Digital.Verificador de Senhas (2012) 5

EPUSP — PCS 2011/2305/2355 — Laboratório Digital8. EQUIPAMENTOS NECESSÁRIOS 1 painel de montagens experimentais. 1 fonte de alimentação fixa, 5V 5%, 4A. 1 osciloscópio digital. 1 multímetro digital. 1 gerador de pulsos. 1 computador com o programa Altera Quartus II.Histórico de RevisõesE.T.M./2002 – adaptaçãoE.T.M./2003 – revisão e adaptaçãoE.T.M./2004 – revisãoE.T.M./2006 – revisãoE.T.M./2010 – revisãoE.T.M./2012 – revisãoVerificador de Senhas (2012) 6