4位數(shù)字密碼鎖的設(shè)計

1、四個輸入端和一個開 ABCD = 1010）與設(shè) 號: 1 技術(shù)指標(biāo) 用與非門設(shè)計一個 4 位或多位代碼的數(shù)字鎖，要求如下： A: 設(shè)計一個保險箱用的多位代碼數(shù)字鎖，比如 4 位代碼 ABCD 鎖用的鑰匙插孔輸入端 E,當(dāng)開箱時（E= 1）,如果輸入代碼（例如 定的代碼相同，貝M呆險箱被打開，即輸出端 Z二1,否則電路發(fā)出報警彳 B: 進(jìn)行電路仿真,并說明其工作原理。 2方案比較 方案一：由4個單刀雙擲開關(guān)構(gòu)成密碼開關(guān)，用戶可以通過控制開關(guān)來控制 A、B、C、 D四個輸入端的電平的高低，進(jìn)而控制輸出電平的高低以及報警信號的工作。當(dāng)輸入端與 設(shè)置的密碼相符時，貝U輸出為高電平，二極管亮，否則輸出

2、為低電平，并且發(fā)出報警，即 蜂鳴器發(fā)出響聲，至此完成電路的設(shè)計。其電路圖如圖2.1 圖2.1方案一的電路圖 方案二：用4個異或門連接輸入端，并分別于反相器連接，再相與。當(dāng)輸入密碼與設(shè)置密 碼相同時，電路輸出為高電平，發(fā)光二極管不亮，當(dāng)輸入密碼與設(shè)置密碼不相同時，電路 輸出為低電平，發(fā)出報警，發(fā)光二極管亮。其電路圖如圖 6.1 歡迎下載15 3 Proteus軟件介紹 Proteus軟件是來自英國Labcenter electronics公司的EDA工具軟件。 Proteus軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使用，除了其具有和其它EDA工具一樣的 原理布圖、PCB自動或人工布線及電路仿真的功能外，其

3、革命性的功能是，他的電路仿真 是互動的，針對微處理器的應(yīng)用，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實現(xiàn)軟 件源碼級的實時調(diào)試，如有顯示及輸出，還能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果，配合系統(tǒng)配置 的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等，您不需要別的，Proteus為您建立了完備的電子設(shè)計 開發(fā)環(huán)境！尤其重要的是Proteus Lite可以完全免費(fèi)，也可以花微不足道的費(fèi)用注冊達(dá)到更 好的效果；功能最強(qiáng)的Proteus專業(yè)版也非常便宜，人人用得起，對高校還有更多優(yōu)惠。 Proteus組合了高級原理布圖、混合模式 SPICE仿真，PCB設(shè)計以及自動布線來實現(xiàn) 一個完整的電子設(shè)計系統(tǒng)。此系統(tǒng)受益于15年來的持續(xù)開

4、發(fā)，被電子世界在其對PCB 設(shè)計系統(tǒng)的比較文章中評為最好產(chǎn)品一“ The Route to PCB CAD”。Proteus產(chǎn)品系列也包 含了我們革命性的VSM技術(shù),用戶可以對基于微控制器的設(shè)計連同所有的周圍電子器件一 起仿真。用戶甚至可以實時采用諸如 LED/LCD、鍵盤、RS232終端等動態(tài)外設(shè)模型來對設(shè) 計進(jìn)行交互仿真。 其功能模塊：一個易用而又功能強(qiáng)大的ISIS原理布圖工具；PROSPICE混合模型 SPICE仿真； ARES PCB設(shè)計。PROSPICE仿真器的一個擴(kuò)展 PROTEUS VSM :便于包 括所有相關(guān)的器件的基于微處理器設(shè)計的協(xié)同仿真。此外，還可以結(jié)合微控制器軟件使用

5、動態(tài)的鍵盤，開關(guān)，按鈕，LEDs甚至LCD顯示CPU模型。 Proteus支持許多通用的微控制器，如 PIC,AVR,HC11以及8051。 交互的裝置模型包括：LED和LCD顯示,RS232終端,通用鍵盤。 Proteus有強(qiáng)大的調(diào)試工具；包括寄存器和存儲器,斷點(diǎn)和單步模式。 IAR C-SPY和Keil uVision2等開發(fā)工具的源層調(diào)試。 Proteus應(yīng)用特殊模型的DLL界面-提供有關(guān)元件庫的全部文件。 Proteus與其他的仿真軟件相比較，在下面的優(yōu)點(diǎn)： 1、能仿真模擬電路、數(shù)字電路、數(shù)?；旌想娐罚?2、能繪制原理圖、PCB圖； 3、幾乎包括實際中所有使用的儀器； 4、其最大的亮點(diǎn)

6、在于能夠?qū)纹瑱C(jī)進(jìn)行實物級的仿真。從程序的編寫，編譯到調(diào)試, 目標(biāo)版的仿一應(yīng)俱全。支持匯編語言和C語言的編程。還可配合Keil C實現(xiàn)程序的聯(lián)合調(diào) 試，將Proteus中繪制的原理圖作為實際中的目標(biāo)板，而用Keil C集成環(huán)境實現(xiàn)對目標(biāo)板 的控制，與實際中通過硬件仿真器對目標(biāo)板的調(diào)試幾乎完全相同，并且支持多顯示器的調(diào) 試，即Proteus運(yùn)行在一臺計算機(jī)上，而 Keil C運(yùn)行在另一臺計算機(jī)上，通過網(wǎng)絡(luò)連接實 現(xiàn)遠(yuǎn)程的調(diào)試。 4組合邏輯電路 組合邏輯電路是用各種門電路組成的，用于實現(xiàn)某種組合邏輯功能的復(fù)雜邏輯電路。 組合邏輯電路在邏輯功能上的特點(diǎn)是任意時刻的輸出僅僅取決于該時刻的輸入，與電路原

7、 來的狀態(tài)無關(guān)。因此，組合邏輯電路在電路結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)是：輸出與輸入之間一般沒有反 饋賄賂；電路中沒有記憶單元；當(dāng)輸入信號的狀態(tài)組合改變時，輸出狀態(tài)也隨著改變。 組合邏輯電路的功能以邏輯圖、邏輯表達(dá)式、真值表等形式進(jìn)行描述。邏輯圖是描 述實現(xiàn)邏輯功能的電路結(jié)構(gòu)，但對功能的描述不夠直觀；邏輯表達(dá)式和真值表能夠直觀、 明顯的描述邏輯功能，所以進(jìn)行邏輯電路分析和邏輯問題的實際電路設(shè)計時，通常使用列 出真值表分析邏輯電路的邏輯功能，或者列出真值表分析實際邏輯問題的邏輯關(guān)系，并從 真值表得出邏輯命題的函數(shù)表達(dá)式，設(shè)計實現(xiàn)邏輯命題的邏輯電路。 4.1組合邏輯電路的分析方法 組合邏輯電路的分析，就是找出給定邏

8、輯電路輸出和輸入之間的邏輯關(guān)系，從而了 解給定邏輯電路的邏輯功能。組合邏輯電路的分析方法通常采用代數(shù)法，分析過程一般按 下列步驟進(jìn)行： （1）根據(jù)給定組合邏輯電路的邏輯圖，以每個門電路的輸入端輸入信號為自變量， 寫出各種邏輯門輸出端的邏輯表達(dá)式，對于中間變量最好在寫出表達(dá)式的同時化簡，以免 積累到最后。 （2）化簡總輸出端的邏輯表達(dá)式。 （3）列出真值表。 （4）從邏輯函數(shù)表達(dá)式或真值表，分析出給定組合邏輯電路的邏輯功能。 4.2組合邏輯電路的設(shè)計 對于第一個邏輯表達(dá)工式或邏輯電路，其真值表可以是惟一的，但其對應(yīng)的邏輯電 路或邏輯表達(dá)式可能有多種實現(xiàn)形式，所以，一個特定的邏輯問題，其對應(yīng)的真值

9、表是惟 一的，但實現(xiàn)它的邏輯電路是多種多樣的。在實際設(shè)計工作中，如果由于某些原因無法獲 得某些門電路，可以通過變換邏輯表達(dá)式變電路，從而能使用其他器件來代替該器件。同 時，為了使邏輯電路的設(shè)計更簡潔，通過各方法對邏輯表達(dá)式進(jìn)行化簡是必要的。組合電 路可用一組邏輯表達(dá)式來描述。設(shè)計組合電路直就是實現(xiàn)邏輯表達(dá)式。要求在滿足邏輯功 能和技術(shù)要求基礎(chǔ)上，力求使電路簡單、經(jīng)濟(jì)、可靠、實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)的途徑是多種多 樣的，可采用基本門電路，也可采用中、大規(guī)模集成電路。 組合邏輯電路的設(shè)計一般可按以下步驟進(jìn)行： （1）邏輯抽象。將文字描述的邏輯命題轉(zhuǎn)換成真值表叫邏輯抽象。首先要分析邏輯 命題，確定輸入、輸出

10、變量；然后用二值邏輯的0、1兩種狀態(tài)分別對輸入、輸出變量進(jìn) 行邏輯賦值，即確定0、1的具體含義；最后根據(jù)輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系列出真值表。 （2）選擇器件類型。根據(jù)命題的要求和器件的功能及其資源情況決定采用哪種器件。 （3）根據(jù)真值表和選用邏輯器件的類型，寫出相應(yīng)的邏輯函數(shù)表達(dá)式。 （4）根據(jù)邏輯函數(shù)表達(dá)式及選用的邏輯器件畫出邏輯電路圖。 實際設(shè)計時，還要進(jìn)行生產(chǎn)工藝設(shè)計，包括進(jìn)行生產(chǎn)工藝設(shè)計，包括器件安裝機(jī)箱、 電源、控制開關(guān)、輸入開關(guān)、相關(guān)顯示電路、外觀布置、生產(chǎn)工藝等的設(shè)計。 5 TTL與非門電路 全稱Transistor-Transistor Logic,即BJT-BJT邏輯門電路，

11、是數(shù)字電子技術(shù)中常用的一 種邏輯門電路，應(yīng)用較早，技術(shù)已比較成熟。TTL主要有BJT （ Bipolar Junction Transistor 即雙極結(jié)型晶體管，晶體三極管）和電阻構(gòu)成，具有速度快的特點(diǎn)。最早的TTL門電路是 74系列，后來出現(xiàn)了 74H系列，74L系列，74LS,74AS,74ALS等系列。 TTL電平信號被利用的最多是因為通常數(shù)據(jù)表示采用二進(jìn)制規(guī)定，+5V等價于邏輯 “ 1”，0V等價于邏輯“ 0”，這被稱做TTL （晶體管-晶體管邏輯電平）信號系統(tǒng)，這是計 算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部各部分之間通信的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。 TTL電平信號對于計算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是很理想

12、的，首先計算 機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸對于電源的要求不高以及熱損耗也較低，另外TTL電 平信號直接與集成電路連接而不需要價格昂貴的線路驅(qū)動器以及接收器電路；再者，計算 機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是在高速下進(jìn)行的，而TTL接口的操作恰能滿足這個 要求。TTL型通信大多數(shù)情況下，是采用并行數(shù)據(jù)傳輸方式，而并行數(shù)據(jù)傳輸對于超過10 英尺的距離就不適合了。這是由于可靠性和成本兩面的原因。因為在并行接口中存在著偏 相和不對稱的問題，這些問題對可靠性均有影響。 基本TTL反相器不難改變成為多輸入端的與非門。它的主要特點(diǎn)是在電路的輸入端 采用了多發(fā)射極的BJT。 下圖是采用多發(fā)射極BJT用作2

13、輸入端TTL與非門的輸入器件的一個實例。 當(dāng)任一輸入端為低電平時，T1的發(fā)射結(jié)將正向偏置而導(dǎo)通，T2將截止。結(jié)果將導(dǎo)致 輸出為高電平。只有當(dāng)全部輸入端為高電平時， T1將轉(zhuǎn)入倒置放大狀態(tài)，T2和T3均飽和， 輸出為低電平。 A B 圖5.1 TTL二輸入與非門 T2將截止。結(jié)果將導(dǎo)致 當(dāng)任一輸入端為低電平時，Ti的發(fā)射結(jié)將正向偏置而導(dǎo)通, 輸出為高電平。只有當(dāng)全部輸入端為高電平時，Ti將轉(zhuǎn)入倒置放大狀態(tài)，T2和T3均飽和, 輸出為低電平。 74LS00是一個4個二輸入與非門芯片，其引腳圖如下: 艱 2D 2C. NC 2B 2A 2Y 14 13 12 11 10 74LS20 圖5.2 1C

14、 74LS00 ID 1 GND 的引腳圖 其功能表如表5.1 輸入 輸岀 A B Y L L H L H H H L H H H L 的真值表 表5.1 74LS00 74LS20是一個四輸入與非門，其引腳圖如圖5.3 : 2D NC 2B 2A 2Y 14 13 12 11 10 g 8 ) 7 4LS2 Q 234567 1A IBKC1CID1 GNB 其真值表如表5.2: 圖5.3 74LS20的引腳圖 輸入 輸出 A B C D Y x x x L H x x L x H x L x x H L x x x H H H H H L 表5.2 74LS20的真值表 74LS86四輸入

15、異或門引腳圖: 卜s ui C I :銅 訂匚 LAI PL 1 It irr r it% riC t售 kJMLlZ er“ LlJ tri H -y td F17K IIO T.WLL 6電路原理圖 設(shè)置密碼 U1 U5:A 輸入密碼 XOR_2 U2_ XOR_2 U3 U5:B 74LS04 U5:C O56 XOR_274LS04 U4_ U5:D 13 XOR_2 2 74LS04 圖6.1數(shù)字密碼鎖的設(shè)計 圖中，U1、U2、U3、U4為或非門，U3、U7為與非門，D1為發(fā)光二極管。當(dāng)輸出 密碼與設(shè)置密碼相同時，U6輸出端為低電平，輸出為高電平1，發(fā)光二極管不亮。當(dāng)輸出 密碼與設(shè)置

16、的密碼不相同時，U6輸出端為高電平，則電路的輸出為低電平，同時發(fā)出報警, 發(fā)光二極管亮。 7仿真 7.1各個步驟 （1）雙擊打開Proteus軟件，點(diǎn)擊文件-新建設(shè)計，選擇A4 ZLL 城赳:脣I. 乳號X- a囪迢 ）蚩工且.）設(shè)計 eo廠 1* t “ 1 II Jj o Na MeisagEw Rost slioot 1 再點(diǎn)擊確定，進(jìn)入設(shè)計界面。 （2）添加元件到元件列表中，本例要用的元件有與非門、或門、發(fā)光二極管等。 單擊“P”按鈕，彈出對話框： 輸入 74LS20: 曲 Pi-: KcmeiJk. PsichWnid; 口耶即 Mheehmuj Mcdd i Fiim dp?”占哼

17、匍召* 間*tipnin FIC：E PLD.ftFPG- He5trs IlirJSlDI7E1 1 Syndti 世晶eg Hei那 ivtaJinftPrus r-hBirrixi VSyfig： r len-lQif r(L 74:ae ie$ TTL 期4注 riLr4A5 5HBS r(L ?4Fit _T 74 -、y f tL F4H匚T |FTL4Grie: 字上K ”i：g：艸 AddPL Buila Bi Driveie： Suw jfe EfIDBdBII Fl n-F cct i Lacshw 肚 anjfactLTw. Phipn E*nJ |347|: C gfl

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20、dl p*Lric Onnit nlh IncUtOuripuli Ek油I Rs Twrz-Ww 匚 Vir-h THH*1 nirtT DcMEx Trt幷曲ieWf世口知忠 flCDIeivflini5ii9nitnl OKodkM 祜Diiwii 9匚IT Tc T Se qmert D BixiM-jCanirrcrr匚引hi: de Lad L加eu Wil卜 Rbi SCO To -Sejrrri工加 Hdi Deg.del U円 l!r Dlfln.kriPlMuliHP#i； Sdi rirrtftrQjtt 1 3f lectori- 41uliriP i： - th -t

21、itsr* 匚 rar T-k_53CFie-wr * rjn 匚 .1 * 單擊OK鍵就可放置元件，如下圖: 同理，可放置其它元件 (3) 放置電源和地 左鍵選擇模型選擇工具欄中的呂 按鈕，出現(xiàn)如下圖: Pj TEHMIINALS DEFAULT INPUT OUTPUT BIDIR POWER EROUND BUS 選擇GROUND，并在原理圖編輯窗口中左鍵單擊一下，這樣就放置了 “地”。 POWER就是電源，添加方式和“地”是一樣的。 雙擊電源，打開對話框，對電源的參數(shù)進(jìn)行修改。在編號欄中填+5,表示所加的電源為+5V 如下圖所示： (4)按照原理圖連線，得到仿真圖: 7.2仿真結(jié)果 點(diǎn)

22、擊如圖的第一個按鍵 歡迎下載 17 I* II ! 歡迎下載19 單擊卜 開始仿真，得到的結(jié)果如下圖 得到的結(jié)果與設(shè)計要求一 由此圖可看出，當(dāng)輸入密碼為1010時，輸出為1,報警燈不亮 模一樣。 再把輸入密碼改成1100，得到的仿真結(jié)果如下: 0，發(fā)光二極管亮，與設(shè)計 由此圖可看出，當(dāng)輸入的密碼與設(shè)置的密碼不相同時，輸出為 要求也相同。說明設(shè)計的電路是正確的。 8心得體會 以上為我們所設(shè)計的電子密碼鎖電路，它經(jīng)過多次修改和整理，以是一個比較不錯的 設(shè)計，可以滿足人們的基本要求，但因為水平有限，此電路中也存在一定的問題，譬如說 電路的密碼不能遺忘，一旦遺忘，就很難打開，這可以通過增加電路解決，但過于復(fù)雜， 本次設(shè)計未其中；電路密碼只有 16種可供修改，但由于他人不知道密碼的位數(shù)，而且還 要求在規(guī)定的時間內(nèi)按一定的順序開鎖， 所以他