电子密码锁的电路设计.doc

数字电子技术课程设计题 目: 电子密码锁的电路设计 姓 名: 彭艳涛 专 业: 电子科学与技术 班 级: 112班 学 号: 1886110216 指导教师: 高伟霞 2013 年 6 月 13 日安徽科技学院理学院一、课程设计题目与目的（一） 题目：电子密码锁电路设计。（二） 目的：1：进一步掌握数字电路课程所学的理论知识。2：熟悉集中常用数字芯片的功能和应用，并掌握其工作原理，进一步学会使用其电路设计。3：了解数字系统设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题。4：培养认真谨慎的工作作风和实事求是的工作态度。5：数字课程实验室大学中为我们提供的唯一一次动手实践的机会，增强动手实践的能力。6:利用小规模电路设计一个简易的电子密码锁控制电路。7:设计一个电子密码锁控制电路，当输入正确时，会输出开锁信号以推动执行机构工作。用灯X2（绿灯）亮表示开锁。8：学习使用Multisim10.0软件进行数字电路设计。二、 任务和要求方案：由下而上设计整个总统，首先构成功能单元电路在再由此组装。此方案设计思路明确，所用知识简单。易于调试安装接线，但使用器件较多，系统不是很稳定，用处明显不足。但相对于初学者而言，选择此方案比较实际，易于实现。（1） 电子密码锁设计要求1：设计一个密码锁的控制电路，当输入正确代码时，输出开锁信号以推动执行机构工作，用红灯亮,绿灯熄灭表示关锁；用绿灯亮，红灯熄灭表示开锁饿2：在锁的控制电路中设计一个可以修改的4位，当开锁按钮开关（可设置成6位至8位，其中有效位4位，其余位为虚位）的输入代码等于存储代码时，开锁。3：从第一个按钮出动后的10秒内若未将锁打开，则电路自动复位并进入自锁状态，使之无法再打开，并由扬声器发出持续20秒的报警信号。（2） 电路课程设计的总体要求 1：设计电路实现题目要求： 2：电路在相当的情况下设计越简单越好； 3：注意布线，要直角连接，选最短路径，不要相互交叉；4：注意用电安全，不要加太高电压，以免烧坏芯片和面包板。三、总体方案的选择（1）总体方案的设计 针对题目设计要求，经过分析与思考，我拟定了以下四种方案： 方案一：用TTL与CMOS芯片设计，由下而上设计整个总统，首先构成功能单元电路在再由此组装。此方案设计思路明确，所用知识简单。易于调试安装接线，但使用器件较多，系统不是很稳定，用处明显不足。但相对于初学者而言，选择此方案比较实际，易于实现。 方案二：用TTL与CMOS芯片设计，由下而上设计整个系统，首先确定系统的逻辑功能，将系统分为控制器和逻辑器，再用ASM确定控制器算法。由此方案系统集成度较高且稳定，但控制器实现算法较难设计，且接线烦乱（需用总线），鉴于设计可实现问题。 方案三：用可编程逻辑器件ispLSI1061实现设计，由下而上设计整个系统，将逻辑电路输入可编程开发系统，编译成JEDEC文件实现系统电路。但是，基于初学者可编程逻辑器件知识欠缺，对系统软件平台和硬件的不熟悉，所以该设计方案有明显的难度。 方案四：用单片机设计，用Keil编写一个C程序，将其拷进单片机系统，从而实现密码锁功能。此方案只需在程序上花点功夫，易于实现，但对于单片机未免大材小用，不适合大规模设计。 （2）总体方案的选择方案一与其他方案最大的不同就在，方案一是基于基本要求而设计的。四种方案的基本思路相同，将整个设计电路的功能模块化，设计思想比较简单。元件种类使用的简单而且少，且都较熟悉易于组装电路。这么设计的出发点是，电路设计模块化，易于检查电路，对后面的电路组装和电路调试都很方便。为了短时间内完成设计和高效率，我选择了方案一。四 单元电路的设计设计所使用的元件及工具：74LS160D(十进制计数器)-2个7408N(与门)-4个74LS74D(计数器)-1个Switch(输入开关)-11个74LS85D(数值比较器)-1个74LS74D(触发器)-2个XFG1(函数信号发生器)-1个74LS04D（非门）- 1个7432N(或门)-1个PROBE_DIG_GREEN(绿灯)-1个PROBE_DIG_RED（红灯）-1个PROBE_DIG_BLUE（蓝灯）-1个五 电子密码锁电路设计的内容及原理 1：数字密码锁控制电路的设计，可以理解为你是数字信号的处理和控制，即信号的输入，存储，对比，分析，检测，反馈，输出。电子密码锁的控制电路中储存一个可以修改的4位代码。当开锁按钮开关的输入代码等于储存代码时，发出开锁信号(用灯X3亮表示报警)。电子密码共分为两个输入区：密码输入区和密码修改区。密码输入区有4个密码按键。如果输入密码的时间超过10秒，电路将锁定键盘并报警，防止他人非法操作。密码修改区，有4个按键作为更改键，可通过字母Z,X,C,V来控制。根据功能要求，绘制出如图所示的原理框图。在键盘输入限时电路中，红灯亮表示锁死。在报警电路中，用黄灯亮表示10秒内没有解锁，电路进入自锁状态。 2：根据此要求，绘制出如下的原理框图。修改密码XFG1函数信号发生器开启动键六 电路仿真的原理图 电路剖析：此电路可以分为三个功能单元电路1） 密码检测与修改电路开始时可以在电路中的key=8，key=7，key=6，key=5键设置起始开锁密码，或者在键盘上按数字8,7,6,5也可以实现。在key=Z，key=X，key=C，key=V键进行输入密码并与储存密码比较，或者在键盘上按Z,X,C,V也可以。只有在10s内输入密码与设置密码相同时，锁才打开（在总原理图中此时X2绿灯亮），如下图a所示。若有一个密码不同且时间超过10s时，电路则会进入报警与锁死状态（在总原理图中为X1蓝灯X3红灯同时亮）。如果想换密码也很容易，只要将电路中的密码修改区中的几个开关变换一下就可以了。图a 密码检测与修改电路电路2） 键盘输入限时电路 如果输入密码的时间超过10秒（一般而言用户不会超过10秒），防止他人非法操作，电路将对锁发送锁死信号并让报警器开始持续20s的报警。由于LM555CM定时器暂时还没有学其原理，所以就直接用XFG1（即函数信号发生器）当做脉冲源，其频率改为1HZ即可。原理图如下图b所示。图b 键盘限时输入电路3） 锁定与解锁电路 在输入密码与设置密码不同并超出10s时，电子密码锁关锁，红灯亮。并开始报警，即蓝灯亮，此时电路进入锁死状态，在20秒后报警结束，但电路一直保持锁死状态（X3持续亮）。其电路原理图如下图c所示。图c 锁定与解锁电路4） 电子密码锁总原理图图e 电子密码锁总原理电路九 结论与心得1：通过对文献资料的参照查找与对比，以及对仿真软件Multisim的学习，不仅制作出了数字密码锁电路的全过程设计，调试，而且初步学会了如何设计数字系统。并且对电子密码锁的原理也懂了很多。在查找文献资料中不仅能学到许多东西，而且学会可许多解决问题的方法；而对Multisim的学习，则更加提高了自己时间操纵的能力。2：对课程设计说明书的撰写，进一步加强了各方面能力的锻炼，分析能力进一步加强。在书写课程设计时，不仅要进行单元块的调试，而且需要一步一步进行组装，最后调试。在进行逻辑分析时，还要对其进行不对思考改进，强化了独立解决问题的能力。3：在设计过程中，不断寻求解决方案与方法，独立进行学习与查找方案。另外，Microsoft Office Word得到熟练应用。4：本来数字电子技术这门课学的不是很透彻，现在感觉学到了好多自己以前没有学会的知识，对数字电子知识有了更深一层的体会和了解。5：在课程设计过程中，遇到了很多困难，比如说刚开始对原理一点都不懂，很是苦恼，但是后来经过自己的刻苦努力钻研，终于搞懂了原理，这个时候很有成就感。总之，这次这次电子密码锁的设计课题，让我学会了很多东西。从一开始的无从下手，到逐渐掌握，再到完全弄明白原理，完成电路图，整个过程确实是很辛苦！但当完成的那一刻内心也确实有种成就感油然而生。与此同时自己也知道了自己数电知识的薄弱，知道了数电学习的重要性与实用性。当然，整个过程没能做实践，只是模拟这点有点遗憾。但是不得不承认的是即使这样自己也收获很多。最后要感谢任课老师给予我们的指导，使得我们少走一点弯路，高效的完成了课程设计，真心的感谢老师。