电子密码锁专业课程设计.doc

目录
摘要 2
1. 设计目标 3
2. 设计要求 3
3. 方案选择 4
3.1 第一方案 555集成电路组成密码锁电路 4
3.2 第二方案 基于74LS138译码器电子密码锁设计 4
3.3 第三方案 基于8D锁存器74LS373锁存密码电路 5
4. 步骤框图 6
5. 原理电路图 7
6. 单元电路设计 8
6.1 密码验证模块 8
6.2 计时模块 10
6.3 锁定输出 11
6.4 逻辑组合模块 12
7. 组装和调试 13
8. 测试数据 14
9. 总结 16
10. 致谢 17
附录一 总电路图 18
附录二 元器件清单 19
附录三 仿真结果 20
3.1 密码输入正确 20
3.2 密码输入错误 20
附录四 实物作品 21
参考文件 21

摘要
此次课程设计题目是电子密码校验设计，由输入密码、设定密码、寄存电路、比较电路、显示电路、修改密码等模块组成。
该电子密码锁利用数字逻辑电路，实现对锁电子控制，突破了传统机械锁单一性、保密性低、易撬性缺点，数字电子密码锁含有保密性高、使用灵活性好、安全系数高优点。
关键工作部分是将输入密码和正确密码进行比较，密码正确时绿色发光二极管亮，密码错误则红色发光二极管亮。输入电路将6位密码并行输入，密码是否相等利用和非门将输入密码和预定密码进行比较，当相等时便触发绿色发光二极管，不相等则作用到红色发光二极管和蜂鸣器。

1. 设计目标
本课程为电子、通信类专业独立实践课，该课程设计建立在电路基础、低频和高频电子线路等课程基础上，关键让学生加深对电子线路理论知识掌握，使学生能把所学知识系统地、高效地贯穿到实践中来，避免理论和实践脱离，同时提升学生动手能力，并在实践中不停完善理论基础知识，有利于培养学生综合能力。

2. 设计要求

1) 要求电子器件设计制作密码锁控制电路，使之在输入正确代码时，输出信号以开启实施机构动作，而且用红、绿LED指示关锁、开锁状态。
2) 密码锁控制器中存放一个4位代码，当开锁按钮开关设置9位，其中只有4位有效）输入代码等于存放代码时开启开锁控制电路，而且用绿灯亮、红灯灭表示开锁状态。
3) 从第一个按钮触动后5秒内若未能将锁打开，则电路自动复位并由扬声器发出20秒报警信号，同时用绿灯灭、红灯亮表示关锁状态。
4) 要求性能可靠、操作简便。
5) 密码锁控制器中存放4位密码能够修改。

3. 方案选择
3.1 第一方案 555集成电路组成密码锁电路

图 3-1 555时基集成电路组成电子密码锁电路
方案一电路原理较简单，当且仅当全部K1开关单开、K0开关闭合时，电路才会实施开锁命令。
这个电子密码锁是“密码”安排在钥匙和锁孔中，只有二者“密码”一致才能开锁。555各关键功效（控制）引脚均用“密码”开关才能连接到合适位置（地线或电源正端）。全部标有K0开关是正确开锁时应该连通开关，全部标有K1开关是正确开锁时不能连通开关。这么，只有全部K0连通，555第3脚才会输出高电平，双向可控硅3061才导通使继电器吸动，完成开锁动作。不然，555第3脚不会有高电平输出，无法开锁。此方案相对简单，灵活度低，需要制作对应钥匙和锁孔，要求机械程度比较高。
3.2 第二方案 基于74LS138译码器电子密码锁设计
用74LS138译码器为密码设定电路和修改电路，这方案可方便捷地设定密码和修改密码，但密码输入要用到6个控制开关且密码输入不分次序。

3.3 第三方案 基于8D锁存器74LS373锁存密码电路
此方案采取两个8D锁存器74LS373用于存放密码和接收输入信号，二者进入比较器进行比较。共设有八个用户输入键，74LS373为密码存放器件。先将74LS373C和OC端置低电平，使其处于送数状态。当输入密码后将OC置于高电位，则锁存器将密码信号锁存，然后按键复位。当下次开锁时只有在要求时间内，要求次数内输入密码才会发出开锁信号，不然不能开锁。而且，当初间或输入次数抵达一定值后，电路会自锁一段时间，并发出警报声。警报结束后，电路回复原状，计时及计数归零，直至下一次开锁动作。
第一部分是密码输入部分，由八个开关组成，密码输入共有28=255种输入方法（注：从0000--1111 共256种组合），但能正确开锁输入方法只有1种，安全性较高。
第二部分是由74LS373组成密码锁存电路，经过控制74LS373芯片管脚特征来控制芯片工作状态。
第三部分是由74LS85组成比较器（或是同或门组成比较电路），来比较输入信号和寄存密码相等是否。
第四部分是有二极管组成开锁信号电路，黄灯处于待开状态，绿灯表示开锁正确，红灯及警报声表示开锁错误或是锁存状态。
第五部分是计时及计数部分，计时表示从准备开锁到开锁完成所要求时间，和锁存时期锁存时间，计数统计是误操作次数。

考虑到复杂程度、密码锁正确性和器材配置，我们最终决定选择第二方案。
4. 步骤框图

密码验证模块

计时模块
开锁信号
报警信号
密码输入
确定输入

逻
辑
组
合
模
块

修改密码
锁住输入

5. 原理电路图

6. 单元电路设计
6.1 密码验证模块
此模块关键是用输入键盘和74LS138实现，74LS138为3线-8线译码器,它真值表如表6-1.

表6-1 74LS138真值表

输入
输出
S1
S2+S3
A2 A1 A0
Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
0
X
X X X
1 1 1 1 1 1 1 1
X
1
X X X
1 1 1 1 1 1 1 1
1
0
0 0 0
0 1 1 1 1 1 1 1
1
0
0 0 1
1 0 1 1 1 1 1 1
1
0
0 1 0
1 1 0 1 1 1 1 1
1
0
0 1 1
1 1 1 0 1 1 1 1
1
0
1 0 0
1 1 1 1 0 1 1 1
1
0
1 0 1
1 1 1 1 1 0 1 1
1
0
1 1 0
1 1 1 1 1 1 0 1
1
0
1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 0

由表6-1可知每个输出端为0时全部有唯一输入码，所以能够把S1 S2 S3 A2 A1 A0作为密码输入端，和输入键盘相连,共有26=64种输入情况。Y0—Y7只需要选择其中一端作为密码验证信号输出就行了。有8个选择，也就是修改密码时，只有8个不一样固定密码能够选。电路连接图图6-1.

图6-1密码验证模块电路图
原理：预置密码是6位二进制密码（高低电平控制），按下键为1，未按键为0，平时（输入端）均处于0状态。
电路用6个开关按键SW1-6输入6位密码，输入到译码器74ls138会依此把密码记入电路，
密码和密码选择端对应表如表6-2

密码设定端连接
密码
Y0
100000
Y1
100001
Y2
100010
Y3
100011
Y4
100100
Y5
100101
Y6
100110
Y7
100111
表6-2 密码和密码选择端对应表
6.2 计时模块
此模块选择555电路单稳态一个变形。图6-2.

按下确定开关将在时基电路输出端OUT（第3引脚）产生高电平，经延时Tx后，输出端OUT将保持低电平不变。(Tx≈1.1R1C1)
工作原理：该模块为由555定时器组成延时器。
参数计算：T1 =(R1 +R2)Cln2 、T2 =R2Cln2，电路振荡周期为T=(R1 +2R2)Cln2。

6.3 锁定输出
此模块用是D触发器74LS175.其电路连接图6-3

图6-3 D触发器74LS175
来自
74HC138
A
A
来自555

该模块是把密码验证模块送来验证结果存住。
在按下确定键时，555电路3脚产生上升沿使触发器如表6-3做出反应。

.
表6-3 555定时器功效表

6.4 逻辑组合模块
此模块两个输入端是接锁定模块输出端A和计时模块输出端B。两个输出端分别接开锁指示灯S和报警指示灯J。它们真值表如表4-1。
A B
D1 D2
0 0
1 1
0 1
0 1
1 0
1 1
1 1
1 0
表6-4 真值表
所以S = A B J=A B
由此能够选择74LS00实现该模块逻辑功效A非直接用74LS1753引脚输出。其连接图图6-4.

图6-4逻辑组合模块电路连接图
原理：从四位比较器中传来密码校验信号，若传来是密码错误则从U1:A第1管脚中输入信号为0（若密码正确为1）。使U1:A管脚3输出低电平，此时光报警信号红灯D2亮，蜂鸣器ls1发出声音报警信号。

7. 组装和调试

设计该电路最初方案是用51单片机实现，其优点是硬件电路简单，功效拓展方便。但该课程设计要求是电路关键选择逻辑电路，所以放弃最初方案。
密码验证模块最初设计方案是用逻辑门电路实现，但其缺点是电路连接复杂。还有一个普遍方案是用数据比较器74LS85，其优点是能够设置16种密码但只用一片话只有4位密码输入。而使用译码器74LS138可使电路连接简单得多，也能够有6位密码输入。
开始时设计存在一个缺点，就是在按确定键后到计时结束这段时间内键盘密码输入是有效。即在第一次按错密码而警报响起时立即输入正确密码，则警报停，开锁信号灯亮。其波形图图7-1.（S, J为低电平时才能点亮LED灯）

B
A
S
J
t
t
t
t
图7-1波形图
Tx

经过思索应该引进锁存器，翻阅资料后，发觉D触发器74LS175能够处理该问题，于是增加了74LS175。不过问题又来了，就是给电路接入电源时，前22秒是会给555电路C1充电，3引脚在这段时间是高电平，而74LS175输出是低电平，有表5-4可知S亮，既锁会打开。为处理这个缺点，我们增加了一个二极管。
8. 测试数据
密码选择端选择Y7时，查表6-2可知道密码为100111。
测试数据以下表8-1

表8-1
密码输入
信号灯
1
2
3
4
5
6
S
J
0
0
0
0
0
0
暗
亮
0
0
0
0
0
1
暗
亮
0
0
0
0
1
0
暗
亮
0
0
0
0
1
1
暗
亮
0
0
0
1
0
0
暗
亮
0
0
0
1
0
1
暗
亮
0
0
0
1
1
0
暗
亮
0
0
0
1
1
1
暗
亮
0
0
1
0
0
0
暗
亮
0
0
1
0
0
1
暗
亮
0
0
1
0
1
0
暗
亮
0
0
1
0
1
1
暗
亮
0
0
1
1
0
0
暗
亮
0
0
1
1
0
1
暗
亮
0
0
1
1
1
0
暗
亮
0
0
1
1
1
1
暗
亮
0
1
0
0
0
0
暗
亮
0
1
0
0
0
1
暗
亮
0
1
0
0
1
0
暗
亮
0
1
0
0
1
1
暗
亮
0
1
0
1
0
0
暗
亮
0
1
0
1
0
1
暗
亮
0
1
0
1
1
0
暗
亮
0
1
0
1
1
1
暗
亮
0
1
1
0
0
0
暗
亮
0
1
1
0
0
1
暗
亮
0
1
1
0
1
0
暗
亮
0
1
1
0
1
1
暗
亮
0
1
1
1
0
0
暗
亮
0
1
1
1
0
1
暗
亮
0
1
1
1
1
0
暗
亮
0
1
1
1
1
1
暗
亮
1
0
0
0
0
0
暗
亮
1
0
0
0
0
1
暗
亮
1
0
0
0
1
0
暗
亮
1
0
0
0
1
1
暗
亮
1
0
0
1
0
0
暗
亮
1
0
0
1
0
1
暗
亮
1
0
0
1
1
0
暗
亮
1
0
0
1
1
1
亮
暗
1
0
1
0
0
0
暗
亮
1
0
1
0
0
1
暗
亮
1
0
1
0
1
0
暗
亮
1
0
1
0
1
1
暗
亮
1
0
1
1
0
0
暗
亮
1
0
1
1
0
1
暗
亮
1
0
1
1
1
0
暗
亮
1
0
1
1
1
1
暗
亮
1
1
0
0
0
0
暗
亮
1
1
0
0
0
1
暗
亮
1
1
0
0
1
0
暗
亮
1
1
0
0
1
1
暗
亮
1
1
0
1
0
0
暗
亮
1
1
0
1
0
1
暗
亮
1
1
0
1
1
0
暗
亮
1
1
0
1
1
1
暗
亮
1
1
1
0
0
0
暗
亮
1
1
1
0
0
1
暗
亮
1
1
1
0
1
0
暗
亮
1
1
1
0
1
1
暗
亮
1
1
1
1
0
0
暗
亮
1
1
1
1
0
1
暗
亮
1
1
1
1
1
0
暗
亮
9. 总结
在此次课程设计过程中，我们认为自己在收获知识同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们经过查找大量资料，请教老师，和不懈努力，不仅培养了独立思索、动手操作能力，在多种其它能力上也全部有了提升。更关键是，处理困难过程中，和同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了了解，也学会了做人和处世。而这是以后最实用，真是受益匪浅。要面对社会挑战，只有不停学习、实践，再学习、再实践。
课程设计是我们专业课程知识综合应用实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少过程．”千里之行始于足下”，经过这次课程设计，我们深深体会到这句千古名言真正含义。我们今天认真进行课程设计，学会脚扎实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实基础。
对于课程设计来说，正确思绪是很关键，只有你设计思绪是正确，那你设计才有可能成功。所以，我们在设计前必需做好充足准备，认真查找具体资料，为我们设计成功打下坚实基础。 之所谓，用大脑去控制行动，才能做到事半功倍，以最有效率方法达成我们目标。
在这次课程设计过程中，我们碰到了很多问题。很多逻辑上正确，仿真模拟成功电路在实际过程中却极难达成很好效果。比如电路中错误计数不能实现，出现不稳定跳动问题，在仿真过程中就不会出现实际电路中轻易出现多种扰动，那么在实际电路连接过程中出现了这种问题，就要求我们含有分析问题，利用所学知识处理问题能力，在存在问题情况下利用所学知识去降低误差，规避错误。还比如在处理显示初始化不稳定或是计数电路不能够正常按要求计数等问题，在我们思索和分析下，最终找到了处理措施，很好处理了问题，达成了预期效果。这种感觉让我们感到很欣慰，让我们认为很有成就感，也培养了我们这种发觉问题，分析问题，处理困难精神，这对我们在以后学习生活中有着很大帮助。
10. 致谢
本课题在选题及进行过程中得到张晓东院长悉心指导。课程设计过程中，张院长帮助我们分析思绪，开拓视角，张院长严谨求实治学态度，扎实坚韧工作精神，将使我们终生受益。再多华丽言语也显苍白。在此，谨向张院长致以真挚谢意和高尚敬意。

附录一 总电路图

附录二 元器件清单
名称
型号
数量
四/2输入端和非门
74LS00
1块
译码器
74LS138
1块
555
555
2块
同时D触发器
74LS175
1块
发光二极管

2个
插针

1排
芯片插槽
DIP14
1个
芯片插槽
DIP16
3个
芯片插槽
DIP8
2个
万用板
9cm*15cm
1块
电阻
2M
2个
电阻
470
1个
电容
10uf
1个
电容
103(0.01uf)
1个
蜂鸣器

1个
按钮

1个
拨动开关
单刀双掷
7个
二极管

2个
四输入端和非门
74LS08
1块
附表 元器件清单

附录三 仿真结果
3.1 密码输入正确

附图3-1密码输入正确仿真结果
3.2 密码输入错误

附图3-2密码输入错误仿真结果

附录四 实物作品

参考文件
l 康华光.数字电子技术基础（第五版）.高等教育出版社.
l 叶桂娟.555时基电路原理、设计和应用.电子工业出版社.
l 编写组.实用电子电路手册. 北京：高等教育出版社,