电子密码锁课程设计--基于数字电路的电子密码锁.doc

《微机原理与接口技术》
课程设计报告书

设计题目： 基于数字电路的电子密码锁
专 业： 自动化

2015年6月15日
物理与电子工程学院课程设计任务书
专业： 自动化 班级： 14级接本1班
学生姓名
xxxx
学号
20140343115
课程名称
微机原理与接口技术
设计题目
基于数字电路的电子密码锁
设计目的、主要内容（参数、方法）及要求
设计目的：
1、掌握基于数字电路的硬件电路的设计方法。
2、掌握Proteus Professional仿真软件的使用方法。
设计主要内容及要求：
1、设计电子密码锁的总体方案，将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示。
2、模数转换芯片的选项及模数转换电路的设计。
3、电压显示电路设计。
4、根据技术要求进行硬件设计，画出系统电路原理图，最后对系统进行仿真调试。
工作量
2周时间，每天3学时，共计42学时
进度安排
第1天：明确课程设计的目的和意义，根据课程设计要求查找相关资料
第2-3天：学习课程设计中用到的数字电路相关知识
第4-5天：根据课程设计的要求完成硬件主要集成模块选择及硬件电路设计。
第6-10天：学习Proteus Professional仿真软件，绘制硬件电路原理图。
第11-12天：通过Proteus Professional仿真软件，进行仿真调试。
第13-14天：撰写课程设计报告。
主要参考资料
参考文献
[1]．阎石 数字电路技术基础[M].高等教育出版社,2005
[2]．许琦.基于FPGA的电子密码锁的设计[J].科技信息,2006
[3]．李连华.基于FPGA的电子密码锁设计[J].中国科技信息,2006
[4]．童诗白 华成英 模拟电子技术基础[M].高等教育出版社,2006

指导教师签字

教研室主任签字

摘 要

采用逻辑门电路设计电子密码锁，阐述了其工作原理，给出了具体的电路原理图。 该密码锁具有密码预置功能，保密性强，误码报警，并且报警时间可以设定，同时用数码管显示出报警时间。密码正确时驱动继电器控制开锁指示灯，误码时报警信号由蜂鸣器发出，声音为间歇式鸣笛。采用自行设计的5V稳压电源供电，具有耗电省等特点。使用时用户必须按下确认按钮后方可知用户输入的密码是否与预置密码一致，当密码正确时密码锁可以被打开，点亮绿色二极管亮代表密码正确，锁可以打开。密码不正确时按下确认按钮，红色二极管被点亮，同时蜂鸣器鸣笛十秒，数码管显示十秒倒计时；倒计时结束时，数码管显示00，对其产生的编码信号经门电路处理后转化为低电平信号，传给秒脉冲电路控制端，使其停止工作，从而脉冲驱动的蜂鸣器也停止报警。
关键词： 电子密码锁；数字电路； 预置密码；误码报警
目 录
1 课程设计的定义和目的 1
1.1背景及其发展前景 1
1.2研究目的和意义 2
1.3技术要求 2
1.3.1基本要求 2
1.3.2发挥部分要求 2
1.4基本设计原理 2
2 设计方案简述 3
2.1设计思路 3
2.2设计原理框图 3
2.3　设计原理分析 4
3 详细设计 5
3.1密码锁单元电路设计 5
3.1.1密码识别电路 5
3.1.2秒脉冲产生电路 6
3.1.3倒计时电路 7
3.1.4驱动蜂鸣器电路 8
3.1.5驱动继电器电路 9
3.2密码锁总体电路设计 10
4 设计结果及分析 11
4.1总体性能指标与完善措施分析 11
4.1.1性能指标 11
4.1.2不足之处 11
4.1.3性能改进方案 11
总结 12
参考文献 13

1 课程设计的定义和目的
1.1背景及其发展前景
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，人们对它要求甚高，既要安全可靠的防盗，又要使用方便，这也是制锁者长期以来研制的主题。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。据有关资料介绍，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，例如数码锁，指纹锁，磁卡锁，IC卡锁，生物锁等。但较实用的还是按键式电子密码锁。
20世纪80年代后，随着电子锁专用集成电路的出现，电子锁的体积缩小，可靠性提高，成本较高，是适合使用在安全性要求较高的场合，且需要有电源提供能量，使用还局限在一定范围，难以普及，所以对它的研究一直没有明显进展。
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]。
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[2]。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器件的电子密码锁，用门电路构造系统，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。由于门电路也具有现场可编程功能，当设计需要更改时，只需更改门电路中的控制和接口电路，无需更改外部电路的设计，大大提高了设计的效率
1.2研究目的和意义
随着人们生活水平的提高，对家庭防盗技术的要求也是越来越高，传统的机械锁由于其构造的简单，被撬的事件屡见不鲜，电子锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的欢迎。现在市场上主要是基于单片机技术的电子密码锁，但可靠性较差。通常简单的数字电路就可实现密码不限次数重写，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，用简单门电路来来构成系统，可靠性提高，并且价格便宜。
通过本次设计掌握数字电路系统设计的方法，熟悉电子密码锁设计相关硬件的使用，了解电子密码锁的系统构成，利用数字门电路实现电子密码锁的设计与实现，可以加深自己对所学专业的认识，关联知识，增强自己的动手能力，积累实践经验，为以后的工作打好基础。
1.3技术要求
1.3.1基本要求
1.当输入代码正确时绿灯亮表示开锁状态；
2.当输入代码错误时红灯亮表示报警状态，报警声音持续10秒。
1.3.2发挥部分要求
1.密码修改方便；
2.开锁信号可以推动机械执行构件（例如：利用继电器使电磁铁吸合拉动物件）产生动作；
1.4基本设计原理
密码锁电路包含 :拨码设密、拨码输入 、密码检测 、脉冲电路 、开锁示意电路 、报警电路以及倒计时显示电路 。特别说明的是 ,倒计时显示电路在密码锁的应用当中看似不合理 ,但在该设计电路中 ,主要是方便实现对电路报警时间的控制 ,实际应用中可以将显示部分去掉或是采用适当电路隐藏 。本电路用一个 4位拨码式按键输入开关 ,一个4位拨码式按键密码预设开关。用户必须按下按下事确认按钮后方可知用户输入的密码是否与预置密码一致。将输入信号与预设密码信号经过一定的门电路转化为高低电平后信号输出。一致时输出低电平 ,做为开锁信号；不一致时输出高电平，做为报警信号。利用芯片555多谐震荡器产生1Hz的周期秒脉冲，做为倒计时和蜂鸣器报警信号。
总体电路是在单元电路的基础上整合得到的，主要逻辑关系如下：
密码识别电路信号与倒计时电路显示00时的编码信号经过逻辑整合后做为控制555是否工作的信号。555的工作与否又反作用于倒计时电路，做为倒计时电路的脉冲输入源，同时555秒脉冲信号也是蜂鸣器的工作信号。

2 设计方案简述

2.1设计思路
打开一把电子密码锁的关键在于正确的输入密码 ,本设计提供了一个 4位拨码式按键输入开关 ,一个4位拨码式按键密码预设开关。用户必须按下按下事确认按钮后方可知用户输入的密码是否与预置密码一致,一致时密码锁可打开 ,本设计由绿色二极管亮代表密码正确 ,锁可以打开。密码不正确时，红色二极管亮同时蜂鸣器响十秒，显示十秒倒计时。

2.2设计原理框图
设计原理方框图如图2-1所示 。

输入密码
密码错误
555
电路工作
密码识别
按下确认键
密码正确 绿灯亮开锁
红灯亮
蜂鸣器响十秒
显示十秒倒计时

图 2-1　设计原理方框图

2.3　设计原理分析

密码锁电路包含 :拨码设密、拨码输入 、密码检测 、脉冲电路 、开锁示意电路 、报警电路以及倒计时显示电路 。特别说明的是 ,倒计时显示电路在密码锁的应用当中看似不合理 ,但在该设计电路中 ,主要是方便实现对电路报警时间的控制 ,实际应用中可以将显示部分去掉或是采用适当电路隐藏 。

2.4 模拟仿真

图2-2 仿真电路图

经过软件仿真，效果很好。基本要求和发挥部分的功能全部实现。

3 详细设计
3.1密码锁单元电路设计
3.1.1密码识别电路
本电路用一个 4位拨码式按键输入开关 ,一个4位拨码式按键密码预设开关。用户必须按下按下事确认按钮后方可知用户输入的密码是否与预置密码一致。将输入信号与预设密码信号经过一定的门电路转化为高低电平后信号输出。一致时输出低电平 ,做为开锁信号；不一致时输出高电平，做为报警信号。

图3-1-1 密码识别电路
3.1.2秒脉冲产生电路
利用芯片555[3]多谐震荡器产生1Hz的周期秒脉冲，做为倒计时和蜂鸣器报警信号。周期计算公式：

图3-2 秒脉冲产生电路

3.1.3倒计时电路
74LS192为可预置的十进制同步加/减计数器。Q0～Q3 输出端 ,本电路只用到它的4引脚，实现减计数动能。用译码器74LS48、数码管显示动态显示Q0～Q3 输出的动态信号。

图3-1-3 倒计时电路

3.1.4驱动蜂鸣器电路
用NPN型三极管9013对555脉冲信号放大，从而驱动蜂鸣器报警。

图3-1-4 驱动蜂鸣器电路
3.1.5驱动继电器电路
用NPN型三极管9013对门电路信号放大，从而驱动继电器工作。

图3-1-5驱动继电器电路

3.2密码锁总体电路设计
总体电路是在单元电路的基础上整合得到的，主要逻辑关系如下：
密码识别电路信号与倒计时电路显示00时的编码信号经过逻辑整合后做为控制555是否工作的信号。555的工作与否又反作用于倒计时电路，做为倒计时电路的脉冲输入源，同时555秒脉冲信号也是蜂鸣器的工作信号。

图3-2总体设计电路图

4 设计结果及分析

4.1总体性能指标与完善措施分析
4.1.1性能指标
实现了所有基本功能和一些自由发挥功能，密码为4位二进制数。
4.1.2不足之处
1．密码位数较少
2．倒计时部分实际应用中并不需要
3．没有设置灭零
4.1.3性能改进方案
1．可以将拨码开关增加到8位
2．设置灭零信号，较少耗能

总结
电子密码锁的设计是基于数字电路、模拟电路课程的设计，提高自己对实际问题进行设计、制作的综合能力；为后续的毕业设计和在今后工作岗位上独立开展科学研究打下良好基础。
身为自动化的学生，设计是将来我们必须的技能，是生存立业的根本，而此次的课程设计恰恰给我们提供了一个充分应用自己所学知识的平台，让我们学到的书本上的知识不在局限于大脑而和实践相结合。
设计和制作完成后写出总结还是必要的。我想我在设计和制作过程中一定会遇到不少的麻烦，它正是我们进行设计的一个主要原因。把它写下来，可以提高我们解决问题的能力。做好本次试验的前提就是对于书本知识掌握熟练，这样才能对出现的问题做出一定的分析和解决。
此次课程设计离不开陈老师的耐心指导，辛勤指教，陈老师在百忙之中抽出时间来对我们进行指导，很感谢陈老师！

参考文献

[1]．阎石 数字电路技术基础[M].高等教育出版社,2005
[2]．许琦.基于FPGA的电子密码锁的设计[J].科技信息,2006
[3]．李连华.基于FPGA的电子密码锁设计[J].中国科技信息,2006
[4]．童诗白 华成英 模拟电子技术基础[M].高等教育出版社,2006

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