密碼報警電路設(shè)計與制作.doc

明達職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)20112012學(xué)年度信息工程系系電子信息工程技術(shù)專業(yè)班級 09電信（1）班 學(xué)號 43093113 課題名稱 密碼報警電路設(shè)計與制作學(xué)生姓名 董家健 指導(dǎo)教師 卜令濤2011年12月15日數(shù)字密碼鎖的設(shè)計 作者：董家健【摘要】：數(shù)字密碼鎖是由數(shù)字密碼鎖主體以及附加的外圍指示電路組成的，其中數(shù)字密碼鎖主體的主要作用是接收密碼并進行密碼的驗證操作；附加的外圍指示電路的主要作用是用來顯示輸入的密碼和根據(jù)密碼驗證的結(jié)果來給出不同的指示燈顯示。本系統(tǒng)由集成塊CD4017,LED顯示和報警系統(tǒng)組成。系統(tǒng)能完成開鎖、超時報警、超次鎖定、管理員解密、修改用戶密碼基本的密碼鎖的功能。除上述基本的密碼鎖功能外，還具有調(diào)電存儲、聲光提示等功能，依據(jù)實際的情況還可以添加遙控功能。本系統(tǒng)成本低廉，功能實用【關(guān)鍵詞】： CD4017 數(shù)字密碼鎖 數(shù)字開鎖 密碼更改 數(shù)字邏輯電路一方案論證比較與選擇方案一：采用數(shù)字電路控制。其原理方框圖如圖11所示。采用數(shù)字密碼鎖電路的好處就是設(shè)計簡單。用以CD4017構(gòu)成的數(shù)字邏輯電路作為密碼鎖的核心控制，共設(shè)了10個用戶輸入鍵，其中只有4個是有效的密碼按鍵，其它的都是”偽鍵”，若按下偽鍵，鍵盤輸入電路自動清零，原先輸入的密碼無效，需要重新輸入；當按到偽鍵時電路報警，其低位電位可以保持5分鐘，在這短時間內(nèi)，如果正確按動所有的密碼鍵，電路便可解除報警。如果用戶輸入密碼的時間超過5分鐘,電路將返回停止計數(shù)狀態(tài)。電路由兩大部分組成：密碼鎖電路和備用電源(UPS)，其中設(shè)置UPS電源是為了防止因為停電造成的密碼鎖電路失效，使用戶免遭麻煩。密碼鎖電路包含：鍵盤輸入、密碼修改、密碼檢測、開鎖電路、執(zhí)行電路、報警電路、鍵盤輸入次數(shù)鎖定電路。如圖1-1所示，它主要由輸入，存儲，鑒別，編碼，驅(qū)動，顯示，報警，抗干擾等單元電路組成。 圖1-1 數(shù)字密碼鎖的基本原理框圖方案二：采用單片機為核心的控制方案采用一種是用以AT89S51為核心的單片機控制方案。利用單片機靈活的編程設(shè)計和豐富的IO端口，及其控制的準確性，能實現(xiàn)基本的密碼鎖功能。在單片機的外圍電路外接輸入鍵盤用于密碼的輸入和一些功能的控制。當用戶需要開鎖時，先按鍵盤開鎖鍵之后按鍵盤的0-9輸入密碼。密碼輸入完后按下確認鍵，如果密碼輸入正確則開鎖，不正確顯示密碼錯誤重新輸入密碼，當三次密碼錯誤則發(fā)出報警。還能添加調(diào)電存儲、聲光提示甚至添加遙控控制功能。其原理如圖1-2所示。 圖1-2 單片機密碼報警電路原理圖通過比較以上兩種方案，采用數(shù)字電路控制的系統(tǒng)成本低廉，功能實用最終確定采用方案一：數(shù)字電路控制。二.電路的設(shè)計1.按鈕式數(shù)字密碼報警電路用于保安報警中的按鈕式密碼報警電路如圖2-1所示，它由報警觸發(fā)電路，聲光報警電路，數(shù)字密碼解除開關(guān)電路等組成。電路有兩種狀態(tài)：待報警狀態(tài)和報警狀態(tài)。電路處于待報警狀態(tài)時，計數(shù)器CD4017的第7腳Q3端輸出高電平，三極管9012截止，報警器不工作，處于安全狀態(tài)。這時如果按動報警器觸發(fā)電路的報警按鈕AN,CD4017的第15腳，復(fù)位端接收到復(fù)位信號，Q3Q2Q1Q0=0000,Q3輸出低電位，三極管9012導(dǎo)通，聲光報警器報警，要解除報警狀態(tài)，在本電路中，必須依次按動AN1.AN2.AN3.AN4后，計數(shù)器CD4017通過加1計數(shù)。其第7腳Q3輸出高電平，控制聲光報警器停止工作，報警狀態(tài)解除。 圖2-1 按鈕式數(shù)字密碼報警電路2.按鈕數(shù)字密碼報警電路的原理如圖2-1所示，本電路設(shè)定的密碼4位，分別由AN1.AN2.AN3.AN4.來輸入密碼。當電路處于報警狀態(tài)時，如果尚未按動任何密碼鍵，時鐘選通控制端（CPE）的積分電路充電，使它保持高電平，這時，無論按動其他任何按鈕。包括AN2.AN3.AN4,計數(shù)器CD4017都不能計數(shù)，當按下AN1后，CPE端（第13腳）電位變低且Q0=1;此時再按動AN2連通Q0端和CP端，CD4017做加1計數(shù)；其結(jié)果是Q0端變?yōu)榈碗娖剑鳴1變?yōu)楦唠娖?。繼續(xù)依次按動AN3.AN4最后的結(jié)果是CD4017的Q3端輸出高電位，聲光報警電路就會解除報警狀態(tài)。由于首先要按動是AN1,它使得CPE端電位變低，但當AN1松開后，該端的積分電路R3，C2就會繼續(xù)充電，導(dǎo)致該端點位升高，其低電位可以保持約5分鐘。如果在這段時間內(nèi)，正確按動所有的密碼鍵，電路便可解除報警。如果超過5分鐘時間，電路就會返回停止計數(shù)狀態(tài)，可按任何鍵，聲光報警狀態(tài)都不能解除。密碼的設(shè)置可以用改變按鈕AN1.AN2.AN3.AN4的位置來實現(xiàn)。也可以使用10個按鈕開關(guān)，從AN1AN10分別表示0.1.29在09個數(shù)字鍵中，選定密碼鍵分布在不同的數(shù)字中，就組成了不同的密碼。三電路的功能單元設(shè)計1.密碼修改電路：密碼修改電路由AN0AN10(如圖3-1所示) ,密碼的設(shè)置可以用改變按鈕AN1.AN2.AN3.AN4的位置來實現(xiàn)。也可以使用10個按鈕開關(guān)，從AN1AN10分別表示0.1.29在09個數(shù)字鍵中，選定密碼鍵分布在不同的數(shù)字中，就組成了不同的密碼。圖3-1 密碼修改電路2.報警電路：報警電路實現(xiàn)的功兩種工作狀態(tài)：待報警狀態(tài)和報警狀態(tài)。處于待報警狀態(tài)時，計數(shù)器CD4017的第7腳Q3端輸出能是：當按動AN0,AN5AN10偽鍵時，電路報警，防止他人惡意開鎖。電路分為高電平，三極管9012截止，報警器不工作，處于安全狀態(tài)。這時如果按動報警器觸發(fā)電路的報警按鈕AN三極管9012導(dǎo)通，聲光報警器報警，要解除報警狀態(tài)，在本電路中，必須依次按動AN1.AN2.AN3.AN4。圖3-2 報警電路3.CD4017介紹CD4017：十進制計數(shù)器/脈沖分配器 CD4017 是5 位Johnson 計數(shù)器，具有10 個譯碼輸出端，CP、CR、INH 輸入端。時鐘輸入端的斯密特觸發(fā)器具有脈沖整形功能，對輸入時鐘脈沖上升和下降時間無限制。INH為低電平時，計數(shù)器在時鐘上升沿計數(shù)；反之，計數(shù)功能無效。CR 為高電平時，計數(shù)器清零。 Johnson計數(shù)器，提供了快速操作、2 輸入譯碼選通和無毛刺譯碼輸出。防鎖選通，保證了正確的計數(shù)順序。譯碼輸出一般為低電平，只有在對應(yīng)時鐘周期內(nèi)保持高電平。在每10 個 時鐘輸入周期CO 信號完成一次進位，并用作多級計數(shù)鏈的下級脈動時鐘。CD4017 引腳功能：CD4017 內(nèi)部是除10 的計數(shù)器及二進制對10 進制譯碼電路。CD4017有16 支腳，除電源腳VDD 及VSS 為電源接腳，輸入電壓范圍為315V之外，其余接腳為：A、頻率輸入腳：CLOCK(Pin14)，為頻率信號的輸入腳。B、數(shù)據(jù)輸出腳：a、Q1-Q9(Pin3，2，4，7，10，1，5，6，9，11)，為*后的時進制輸出接腳，被計數(shù)到的值，其輸出為Hi，其余為Lo 電位。b、CARRY OUT（Pin12），進位腳，當4017 計數(shù)10 個脈沖之后，CARRYOUT 將輸出一個脈波，代表產(chǎn)生進位，共串級計數(shù)器使用。D、控制腳：a、CLEAR(Pin15)：清除腳或稱復(fù)位(Reset)腳，當此腳為Hi 時，會使CD4017 的Q0 為”1”，其余Q1-Q9 為”0”。b、CLOCK ENABLE(Pin13)，時序允許腳，當此腳為低電位，CLOCK輸入脈波在正緣時，會使CD4017 計數(shù)，并改變Q1-Q9 的輸出狀態(tài)。圖3-3 CD4017實物圖CD4017 提供了16 引線多層陶瓷雙列直插(D)、熔封陶瓷雙列直插(J)、塑料雙列直插(P) 和陶瓷片狀載體(C)4 種封裝形式 推薦工作條件電源電壓范圍：3V-15V 輸入電壓范圍：0V-VDD 工作溫度范圍 M 類：55-125 E 類：40-85極限值電源電壓：-0.5V-18V 輸入電壓：-0.5V-VDD 十0.5V 輸入電流：10mA 貯存溫度：-65-150 圖3-4 引腳圖引出端功能符號CO：進位脈沖輸出 CP：時鐘輸入端 CR：清除端 INH：禁止端Q0-Q9 計數(shù)脈沖輸出端 VDD：正電源 VSS：地4.蜂鳴器介紹1壓電式蜂鳴器 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。 多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當接通電源后（1.515V直流工作電壓）,多諧振蕩器起振,輸出1.52.5kHZ的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。 壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。 2電磁式蜂鳴器 電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。 接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。圖3-6 蜂鳴器電路四、安裝與調(diào)試1.安裝前對應(yīng)元器件清單核對元器件是否規(guī)格一致。2.在安裝電路時（1）為了防止集成電路芯片受損，在插入和拔出芯片時要非常小心，細心。插入時使用的元器件方向要一致，集成塊缺口一端朝左，所有引腳均對準面包板的小孔，均勻的用力按下；拔出時必須使用鑷子，夾住集成塊，垂直拔起，或者用小起子對撬，以免使其引腳因受力不均而彎曲或者斷裂。CD4017引腳由左上逆時針為1-16引腳。（2）正確合理的布線，在布線時，元器件和連線排列整齊，不能跨線。電源線和地線不能接錯，在連接電路時，有一次電源線和地線不小心接到了一起，還好沒有造成什么影響。3.電路的調(diào)試和故障的檢查與排除（1）解好全部連線，對照電路圖，檢查沒有漏線和錯線，用萬用表檢查電源和電線阻值也排除了斷路或短路現(xiàn)象。(2)連線無誤，接通電源，各元器件沒有異常發(fā)熱現(xiàn)象、異味等現(xiàn)象。但接通電源后，一直再響，并且當蜂鳴器處于報警狀態(tài)時，輸入正確的密碼一直解除不了報警。通過用萬用表的測量，發(fā)現(xiàn)三極管處于截止狀態(tài)。最后在同學(xué)的幫助下終于將故障排除。測量數(shù)據(jù)：未按鍵 3腳 4.9V 7腳 0.8V 按正確 3腳 0.5V 7腳 4.45V 9013 未按鍵 C 4.92V 按正確 C 1.24V心得體會經(jīng)過一個多月的努力我的畢業(yè)設(shè)計終于完成了，但是現(xiàn)在回想起來做畢業(yè)設(shè)計的整個過程，頗有心得，其中有苦也有甜，艱辛同時又充滿樂趣，不過樂趣盡在其中！通過本次畢業(yè)設(shè)計，沒有接受任務(wù)以前覺得畢業(yè)設(shè)計只是對這兩年多來所學(xué)知識的單純總結(jié)，但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計發(fā)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。在此次課程設(shè)計的過程中，我覺得既鍛煉了我的實際動手能力，也再一次復(fù)習(xí)了上學(xué)期學(xué)習(xí)的數(shù)電知識，對邏輯門邏輯電路，各種基本集成芯片都有了進一步的理解。由簡單的抽象理解到實際認知。通過這次課程設(shè)計，我覺得學(xué)習(xí)像數(shù)電這樣實用的知識，不僅要掌握書本上的基本內(nèi)容，還要靈活思考，善于變換，這樣才能找到最優(yōu)設(shè)計，達到事半功倍的效果。而這是日后最實用的，真的是受益匪淺。我在學(xué)習(xí)上和思想上都受益匪淺，這除了自身的努力外，與老師的支持和他的循循善誘是分不開的。這次設(shè)計使我更加懂得了自己所學(xué)知識是多么的有限，自己的在各個方面都需要再加強。而我們是要面對社會的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實踐，再學(xué)習(xí)、再實踐，通過這些不斷的改正自己。這樣才能使自己不被社會淘汰?？傊谶@次課程設(shè)計過程中，我既學(xué)習(xí)到了數(shù)電知識，又學(xué)到了許多書本之外寶貴的分析動手能力。與其臨淵羨魚，不如退而結(jié)網(wǎng)。這次數(shù)電課程設(shè)計給我的最大的印象就是如果自己有了興趣，就動手去做，困難在你的勇氣和毅力下是抬不了頭的。【參考文獻】1.劉國魏編.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 北京：國防科技大學(xué)出版社，2008.06.2.王斌主編 電工電子實驗實踐教程 北京出版社， 2007.083.歐陽星明主編 數(shù)字邏輯（第三版）華中科技大學(xué)出版社， 2007.024.謝云 劉冰茹 易波 王春茹.現(xiàn)代電子技術(shù)實踐課程指導(dǎo)