電子密碼鎖電路設(shè)計(嵌入式系統(tǒng)設(shè)計)

1、課程設(shè)計電子密碼鎖電路設(shè)計（嵌入式系統(tǒng)設(shè)計）一引言隨著人們生活水平的提高，如何實現(xiàn)家庭防盜這一問題也變的尤其的突出，傳統(tǒng)的機(jī)械鎖由于其構(gòu)造 的簡單，被撬的事件屢見不鮮，電子鎖由于其保密性高，使用靈活性好，安全系數(shù)高，受到了廣大用戶的 親呢。設(shè)計本課題時構(gòu)思了三種方案：一種是用以AT89C2051為核心的單片機(jī)控制方案；另一種是用以74LS112雙JK觸發(fā)器構(gòu)成的數(shù)字邏輯電路控制方案；還有一種采用74LS160十進(jìn)制計數(shù)器、利用74LS1488線一3線編碼器進(jìn)行編碼的多位十進(jìn)制可報警多功能密碼鎖。二、總體方案設(shè)計1、設(shè)計方案方案一：采用數(shù)字電路控制。其原理方框圖如圖 1- 1所示。圖2-1 1數(shù)

2、字密碼鎖電路方案采用數(shù)字密碼鎖電路的好處就是設(shè)計簡單。用以74LS112雙JK觸發(fā)器構(gòu)成的數(shù)字邏輯電路作為密碼鎖的核心控制，共設(shè)了 9個用戶輸入鍵，其中只有 4個是有效的密碼按鍵，其它的都是干擾按鍵，若按下 干擾鍵，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；如果用戶輸入密碼的時間超過40秒（一般情況下，用戶不會超過40秒，若用戶覺得不便，還可以修改）電路將報警80秒，若電路連續(xù)報警三次，電路將鎖定鍵盤5分鐘，防止他人的非法操作。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

3、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。方案二：采用一種是用以 AT89S51為核心的單片機(jī)控制方案。利用單片機(jī)靈活的編程設(shè)計和豐富的10端口，及其控制的準(zhǔn)確性，不但能實現(xiàn)基本的密碼鎖功能，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2-1 2單片機(jī)控制方案方案三：采用74LS160十進(jìn)制計數(shù)器、利用74LS148 8線一3線編碼器進(jìn)行編碼的多位十進(jìn)制可報警多功能密碼鎖。電子鎖主要由輸入元件、電路（包括電源）和鎖體三部分組成，后者包括電磁線圈、鎖拴、彈簧和鎖框等。當(dāng)電磁線圈中有一定的電流通過時，磁力吸動鎖栓，鎖便打開。否則鎖栓進(jìn)入鎖框

4、，即處 在鎖住狀態(tài)。為了便于試驗，我們可用發(fā)光二極管代表電磁線圈，當(dāng)發(fā)光二極管為亮狀態(tài)時，代表電子鎖 被打開，暗狀態(tài)代表鎖著。6圖2-1-3帶報警器的密碼電子鎖和門鈴電路原理圖2、方案的選擇由上面三種方案進(jìn)行比較可知，方案三更加準(zhǔn)確全面，功能穩(wěn)定齊全，符合要求。方案三系統(tǒng)的設(shè)計可使電子鎖具有可編程功能。由圖可知，每來1個輸入時鐘，編碼電路的相應(yīng)狀態(tài)向前前進(jìn)一步。在操作過程中，按照規(guī)定的密碼順序按動編碼按鍵，編碼電路的輸出就會跟隨這個代碼的信息。正確輸入編碼按鍵的數(shù)字，通過控制電路供給編碼電路時鐘，一直按規(guī)定編碼順序操作完，則驅(qū)動開鎖電路把鎖打開。在操作過程中，沒有按照規(guī)定代碼順序按下數(shù)字鍵或按

5、動了其他鍵，則控制電路使防盜報警電路產(chǎn)生報警。按動門鈴及清零按鈕可使 500Hz振蕩電路工作，門鈴發(fā)出響聲，同時該按鈕還使編碼電路清零并解除防盜 報警。3、所選方案的設(shè)計框圖該設(shè)計主要分輸入電路，存儲電路，信號處理電路，輸出電路四大部分，首先從輸入電路送出的編碼信號到比較器與存儲器的存儲密碼進(jìn)行比較，兩者一致則將鎖打開，反之則驅(qū)動報警電路報警，存儲器中 的密碼可以通過寫允許端修改密碼。圖3-1整體方案設(shè)計流程框架圖三、各部分單元電路設(shè)計1、輸入裝置和編碼電路輸入裝置包含09十個數(shù)字鍵、清零鍵、確認(rèn)鍵、門鈴鍵和密碼讀寫開關(guān)，其中數(shù)字鍵和清零、確認(rèn)鍵按鈕裝在門的外側(cè)，讀寫開關(guān)裝在門的內(nèi)側(cè)，也就是說

6、只有門打開之后才能對密碼進(jìn)行修改。用兩片8線一3線編碼器74LS148，組成一個16線一4線編碼器，芯片上|o|9對應(yīng)鍵盤上09個數(shù)字，編碼器輸 出Z3、Z2、Z1、Z0四位二進(jìn)制數(shù)，其中以兩片74LS148上的Yex （為圖4-1-1中GSN），通過與非門相連的輸出作為CP脈沖信號，因為在無輸入的情況下兩個Yex均為1,輸出CP為0,當(dāng)有輸入時有且僅有一個Yex為0，則輸出CP為1,這樣就構(gòu)成了 CP單脈沖。課程設(shè)計3ID1_I4H-3L111(31=)F411ISl=DIE1_11117i 呼 it- I汕T .:?I : JTlT iKfijfmrY0MY1NY2MEONAY3WGSN4

7、Y4hlAONY5WhimY6TJA2MY7NYEIN74148ENCODERISOM1N-C2MEOtJ3WGSN4MAOh5MA1N6TJA2M-c7MEIM74146ENCODERwor：由兩片74LS148構(gòu)威十六踐一八錢編碼器圖4-1-1輸入裝置和編碼電路2、密碼存儲電路使用兩片4*4的寄存器陣74LS670,構(gòu)成8* 4寄存器陣用來存儲密碼。接法如圖，DoD3分別接編碼器輸出Z0Z3。當(dāng)Ew=0 (圖中Gw),當(dāng)Qc、Qb、Qa從000011時第一片74LS670工作依次寫入 DoD3輸入的前4個四位二進(jìn)制數(shù)， 當(dāng)Qc、Qb、Qa從100111時第二片74LS670工作依次寫入 D

8、0D3輸入的后4個四位二進(jìn)制數(shù)；當(dāng) Er=0 (GR)時，當(dāng)Qc、Qb、Qa從000011時依次讀出第一個芯片的Q0Q3四位二進(jìn)制數(shù)，當(dāng)Qc、Qb、Qa從100111時依次讀出第二個芯片的Q0Q3，其中Qc、Qb、Qa狀態(tài)序列000111的產(chǎn)生可依靠一片 74LS160接成的八進(jìn)制計數(shù)器來提供，其順序脈沖由已接好的16線一8線編碼器CP輸出提供。在該8*4寄存器中將雙刀開關(guān)放在M時為寫入狀態(tài)即設(shè)定密碼狀態(tài)；放在N時為讀取狀態(tài)，使之可讀出設(shè)定密碼與當(dāng)前輸入密碼比較。在無設(shè)定密碼動作時雙刀開關(guān)應(yīng)拔到下方，電路圖4-2-1 所示。課程設(shè)計圖4-2-1密碼存儲電路3、密碼比較電路使用一片74LS85作

9、為比較器，其中AoA3連編碼器輸出ZoZ3, BoB3連存儲器輸出QoQ3，比較結(jié) 果A=B送入8位移位寄存器74LS164的串行輸入端，當(dāng)?shù)谝粋€輸入密碼與寄存器陣中的密碼相同時輸出 高電平，存入移位寄存器，第二個密碼若相同繼續(xù)存入寄存器，依次類推，如果輸入錯誤的密碼則輸出低 電平到寄存器，最后通過與門判斷寄存器如果全為高電平從而控制發(fā)光二極管點亮（即控制鎖的開啟），反之則反，電路如圖E所示。圖E密碼比較電路4、門鈴及報警電路如圖F所示門鈴電路由555定時器連成的多諧振蕩器構(gòu)成，當(dāng)按下門鈴時電路接通電源產(chǎn)生約500Hz的振蕩信號，同時按下清零 /門鈴按鈕使74LS160和74LS164兩個芯片

10、置零實現(xiàn)清零的功能。報警電路也 是由555定時器構(gòu)成，報警時產(chǎn)生 1KHz的信號，當(dāng)輸入密碼后與寄存器連接的與門輸出如果為高電平， 則經(jīng)過反相器后變?yōu)榈碗娖?，報警電路不產(chǎn)生振蕩，如果與門輸出為低電平，經(jīng)過反相器后變?yōu)楦唠娖剑?報警電路開始工作產(chǎn)生報警信號。（但我的設(shè)計這個電路有個明顯的缺點就是報警信號持續(xù)過短，這個問題可以通過改進(jìn)報警電路來解決，當(dāng)按下確認(rèn)按鈕后電路迅速對報警電路的一個電容充電，松開按鈕后電 容放電振蕩得以持續(xù)。由于我們對555電路不太熟悉，沒有采用這種方法，這是設(shè)計的一個缺陷，請指導(dǎo)老師多給意見。）此外，按下清零/門鈴按鈕后可以實現(xiàn)對報警的解除，因為此時一個低電平信號與來自判

11、斷輸出端的高電平信號相與后，為一低電平信號，報警電路不工作。18T q喇叭血C3 0. luF5、供電電路可由干電池或變壓器提供 57伏電壓供電，為了簡化原理圖供電部分沒有畫出。四、元件清單重要兀件名稱量數(shù)74LS1488線一3線編碼器274LS6704*4的寄存器陣274LS160十進(jìn)制計數(shù)器174LS1648位寄存器一個74LS854位比較器一個74LS002輸入與非門三個74LS04反相器四個74LS308輸入與非門一個備注：8輸入與門由74LS30 （ 8輸入與非門）與74LS04 （反相器）構(gòu)成，電路圖中不再表示出。其他電子器件數(shù)量及數(shù)值電阻95K Q和476 Q各兩個電容1uF和0

12、.01 uF各兩個0.1 uF 一個555定時器兩個雙刀開關(guān)一個發(fā)光二極管一個按鍵十三個五、完整電路圖以下就是帶報警器的編碼電子鎖和門鈴電路的設(shè)計的完整電路圖。為使其簡潔清晰，故將電路進(jìn)行等 效處理，等效部分保留原來的屬性和性質(zhì)不變。1、密碼鎖電路及其等效電路（如圖G和圖H）747&“更中北大學(xué)04074402cQB-p銅EMTObEMVGLISUV.沁Pi和02QIEi*Gtri時K*741154 部分一密碼鎖電路部分AJGIG1-2.*r :r JJUM xe*iAMICtwr S PTI：FzCDAEGF曲tfcjM 4HGNIIT FED.I I OUT圖G將各電路模塊等效表示可得到圖

13、H如下COUNTER2、總電路原理圖將等效密碼鎖電路及報警門鈴電路連接到一起得到總電路如下八位計數(shù)黯p R1li79IMPT:.Sw.密侶輸入律盤hi B用VCC lhPj. T .VRC. 77八位寄1: ABCDE-FGH Q口QQQ 口 Q G確認(rèn)鍵確認(rèn)鍵設(shè)定請看補(bǔ) 充說明中介紹LED清零控制幵鎖控制端GNL喇叭JbUJ 3D1Q1D2存Q：D3儲QD4器dBOAD比A1B2較A2B3器A31燈淸零搖門鈴輸出一高電平他Cl 0-QluF5K5K:555C3 luF4C3 CL luF:EGKDC2 0 OluF斗=-&1TC4luF八設(shè)計心得及幾點補(bǔ)充說明：通過這兩個學(xué)期電路知識的學(xué)習(xí)，

14、我們初步掌握了一些基本的模擬電子、數(shù)字電子的知識，但當(dāng)我們 拿到課程設(shè)計的題目時還是覺得比較茫然，不知從何下手，對好多芯片的使用不很了解，在一些工具書上 也沒查到其具體的功能。因此這個電路設(shè)計的可能有點繁雜，肯定有更好的方案我們沒有發(fā)現(xiàn)，在此我們 也希望指導(dǎo)老師和同學(xué)批評指正。我們在設(shè)計這個電路時遇到的最大問題是尋找合適的寄存器來存儲密碼，最后選用兩片74LS670來組成8*4的寄存器陣，因此實際上這個電路最大可以存儲8位密碼，雖然我選用了固定的8位形式，但是完全可以通過修改一下 74LS164所連接的與門電路，或者適當(dāng)修改74LS160計數(shù)電路使之成為可以隨意設(shè)定 位數(shù)在8位以內(nèi)的具有更高自由度電子鎖，在設(shè)計過程中用到了555定時器，在平時的實驗中還沒有用過這個芯片對它的電路連法不是很熟悉，使電路有一些缺陷。在這里要特別說明一下“確認(rèn)”按鈕的設(shè)計，當(dāng)按下確認(rèn)后使與門輸出端分別與報警電路接通、開鎖電路接通；松開“確認(rèn)”按鈕時確認(rèn)按鈕接地，這樣設(shè)計是為了防止與門輸入端全部懸空而使輸出為1,造成密碼鎖打開，與門輸出端與報警電路斷開防止由于輸出為0,而使報警電路誤報。清零/門鈴按鈕接通時門鈴電路通電工作與此同時計數(shù)器和比較器接地清零?？傊@次設(shè)計使我們學(xué)到了很多東西，以前只是“紙上談兵”，通過實踐才能將所學(xué)的知識轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用。同時還提高了自己的資料檢索與應(yīng)用能力，并為將來做畢