帶報警器的電子密碼鎖

1、 高 等 專 科 學(xué) 校 畢業(yè)論文（設(shè)計）帶報警器的電子密碼鎖姓 名： 指導(dǎo)老師： 專 業(yè)： 應(yīng)用電子技術(shù) 班 級： 學(xué) 號： 時 間： 摘 要本文的電子密碼鎖利用數(shù)字邏輯電路，實現(xiàn)對門的電子控制，并且有各種附加電路保證電路能夠安全工作，有較高的安全系數(shù)。本設(shè)計共設(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次數(shù)超過3次（一般情況下，用戶會不超過3次，若用戶覺得不便，還可以修改）電路將報警?！娟P(guān)鍵詞】電子密碼鎖，555單穩(wěn)態(tài)電路，74LS160觸發(fā)器，74LS02或非門Abstra

2、ctThis article electronic combination lock use digital logic electric circuit， realizes the electronic control which faces each other， and has each kind of stand-by circuit guarantee circuit to be able the trouble-free service， has the extremely high safety coefficient. This design has altogether su

3、pposed 10 user input key， only then 4 are the effective password pressed keys， other disturbs the pressed key， if presses down disturbs the key， the keyboard entry electric circuit resets automatically， inputs originally the password is invalid， needs the resume load; If the user input above three t

4、imes (in ordinary circumstances， user will not above three times， if user will think inconveniently， but may also revision) the electric circuit report to the police .【Key word】Electronic combination lock 555 monostable circuit 74LS160 triggeand 74LS02 AND OR GATE INVERTER。I目 錄摘 要I第1章 緒論11.1 國內(nèi)外現(xiàn)狀11

5、.2設(shè)計目標(biāo)11.3課程設(shè)計內(nèi)容11.4課程設(shè)計要求2第2章 設(shè)計框圖32.1鍵盤輸入32.2密碼檢驗電路32.3密碼修改32.4限時報警電路32.5 開鎖電路4第3章 元器件的選擇及其作用53.1總體電路圖設(shè)計53.2元器件選擇53.2.1 DCD-HEX的功能介紹63.2.2 555定時器的介紹與應(yīng)用63.2.3 74LS02的介紹93.2.4 74LS160的介紹93.2.5 74LS74的作用與應(yīng)用11第4章 各功能模塊及其應(yīng)用134.1鍵盤輸入134.2密碼修改電路134.3密碼檢驗電路144.4報警電路144.5開鎖電路19第5章 總結(jié)21參考文獻(xiàn)22致 謝23參考文獻(xiàn)第1章 緒論

6、1.1 國內(nèi)外現(xiàn)狀目前，最常用的鎖是20世紀(jì)50年代意大利人設(shè)計的機(jī)械鎖，其機(jī)構(gòu)簡單、使用方便、價格便宜。但在使用中暴露了很多缺點：一是機(jī)械鎖是靠金屬制成的鑰匙上的不同齒形與鎖芯的配合來工作的。據(jù)統(tǒng)計，每4000把鎖中就有兩把鎖的鑰匙齒牙相同或類似，故安全性低。二是鑰匙一旦丟失，無論誰撿到都可以將鎖打開。三是機(jī)械鎖的材料大多為黃銅，質(zhì)地較軟，容易損壞。四是機(jī)械鎖鑰匙易于復(fù)制，不適于諸如賓館等公共場所使用。由于人們對鎖的安全性，方便性等性能有更高的要求，許多智能鎖（如指紋辨別、IC卡識別）也相繼問世，但這類產(chǎn)品的特點是針對特定指紋或有效卡，但能適用于保密要求高且僅供個別人使用的箱、柜、房間，其成

7、本一般較高，在一定程度上限制了這類產(chǎn)品的普及和推廣。隨著人們生活水平的提高，電子密碼防盜鎖作為防盜衛(wèi)士的作用日趨重要。電子密碼防盜鎖用密碼代替鑰匙，不但省去了佩戴鑰匙的煩惱，也從根本上解決了普通門鎖保密性差的缺點。根據(jù)國外的統(tǒng)計資料顯示,裝有電子防盜裝置的商業(yè)區(qū)或居民區(qū)盜竊犯罪率平均下降30%左右。目前西方發(fā)達(dá)國家已經(jīng)大量地應(yīng)用這種智能門禁系統(tǒng)，但在我國的應(yīng)用還不廣泛，成本還很高。1.2設(shè)計目標(biāo).超級密碼設(shè)置（組合鍵8位密碼），此密碼只有管理員使用；.用戶密碼4位：密碼通過鍵盤輸入，輸入兩次有效，輸出鎖死信號；.開鎖：輸入密碼正確，確認(rèn)后，輸出開鎖信號；.現(xiàn)場報警功能：密碼輸入連續(xù)錯誤3次，給

8、出聲音報警。1.3課程設(shè)計內(nèi)容設(shè)計一個電子密碼鎖控制電路，當(dāng)按密碼的規(guī)定的順序按下按鈕時，輸出端為高電平，電子鎖動作。若不按此順序或其他按鈕時，輸出端為低電平，電子鎖不動作。此外，若操作時間超過一定時間, 電路輸出報警信號。若在此時間內(nèi)完成，報警信號關(guān)閉。1.4課程設(shè)計要求密碼可自行設(shè)置的串行電子密碼鎖，開鎖代碼為4位二進(jìn)制數(shù)。以燈泡作為指示燈，當(dāng)輸入密碼的與密碼鎖內(nèi)的密碼一致時，指示燈亮，電子密碼鎖打開。當(dāng)輸入的密碼與鎖內(nèi)的密碼不一致時另一個燈泡亮，不能開鎖，系統(tǒng)進(jìn)入“錯誤”狀態(tài)，并發(fā)出報警信號，直到按下復(fù)位開關(guān)，警報才停止。21第2章 設(shè)計框圖設(shè)計框圖如圖2-1所示圖2-1 設(shè)計框圖2.1

9、鍵盤輸入可根據(jù)電源接電阻，可利用開關(guān)設(shè)置以及非門來取得高低電平，實現(xiàn)下一步的要求。2.2密碼檢驗電路根據(jù)用戶輸出的4位2進(jìn)制數(shù)，利用高低電平的轉(zhuǎn)換，通過利用與門之間的聯(lián)系，如果開鎖正確，則開鎖燈泡發(fā)光。2.3密碼修改利用幾個非門的結(jié)合，用戶有16種密碼設(shè)置，在密碼的修改中，用戶可將密碼自行設(shè)置。2.4限時報警電路首先利用555定時器接成一個多謝振蕩器，根據(jù)所需要求接成用戶所需要的頻率。利用一個計數(shù)器計數(shù)，用戶可自行選擇，比如選用一個74LS160,可記錄10進(jìn)制的數(shù)。2.5 開鎖電路用戶輸入密碼正確情況下，電路中的正確的燈亮;如果用戶密碼輸入錯誤或者在一定時間范圍內(nèi)未能解開電路，電路將發(fā)生報警

10、信號，在一段時間內(nèi)未解鎖可利用D觸發(fā)器還原進(jìn)入再次開鎖狀態(tài)，輸入密碼重新開鎖。第3章 元器件的選擇及其作用3.1總體電路圖設(shè)計圖3-1帶報警器的密碼鎖電路圖3.2元器件選擇表3-1：LM5551塊74LS741塊74LS1601塊DCD_HEX1塊74083塊74042塊74LS021塊50k2塊10k5塊100nF1塊150nF1塊4V0.5W燈泡2塊單擲開關(guān)5塊3.2.1 DCD-HEX的功能介紹 DCD_HEX是七段數(shù)碼顯像管，以數(shù)字形式輸出結(jié)果。3.2.2 555定時器的介紹與應(yīng)用555 定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為 555，用 CMOS

11、 工藝制作的稱為 7555，除單定時器外，還有對應(yīng)的雙定時器 556/7556。555 定時器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，輸出驅(qū)動電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電路電平兼容。555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555 定時器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排列圖分別如圖 4 所示。它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T

12、及功率輸出級。它提供兩個基準(zhǔn)電壓VCC /3 和 2VCC /3。555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制 RS觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時，則電壓比較器 A1 的反相輸入端的電壓為 2VCC /3，A2 的同相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 A2 的輸出為 1，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于VCC /3，則 A1 的輸出為 1，A2 的輸出為 0，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。5

13、55定時是美國Signetics公司1972年研制的用于取代機(jī)械式定時器的中規(guī)模集成電路，因輸入端設(shè)計有三個5k的電阻而得名。此電路后來竟風(fēng)靡世界。目前，流行的產(chǎn)品主要有4個：BJT兩個：555，556（含有兩個555）；CMOS兩個：7555，7556（含有兩個7555）。555定時器可以說是模擬電路與數(shù)字電路結(jié)合的典范。兩個比較器 C1和 C2各有一個輸入端連接到三個電阻R組成的分壓器上，比較器的輸出接到RS觸發(fā)器上。此外還有輸出級和放電管。輸出級的驅(qū)動電流可達(dá)200mA。比較器C1和C2的參考電壓分別為UA和UB，根據(jù)C1和C2的另一個輸入端觸發(fā)輸入和閾值輸入，可判斷出RS觸發(fā)器的輸出狀

14、態(tài)。當(dāng)復(fù)位端為低電平時，RS觸發(fā)器被強(qiáng)制復(fù)位。若無需復(fù)位操作，復(fù)位端應(yīng)接高電平。555的應(yīng)用：（1）構(gòu)成施密特觸發(fā)器，用于TTL系統(tǒng)的接口，整形電路或脈沖鑒幅等；（2）構(gòu)成多諧振蕩器，組成信號產(chǎn)生電路；（3）構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，用于定時延時整形及一些定時開關(guān)中。555應(yīng)用電路采用這3種方式中的1種或多種組合起來可以組成各種實用的電子電路，如定時器、分頻器、脈沖信號發(fā)生器、元件參數(shù)和電路檢測電路、玩具游戲機(jī)電路、音響告警電路、電源交換電路、頻率變換電路、自動控制電路等555定時器的集成電路外形、引腳、內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖3-2所示，特性如表2所示，以及本設(shè)計的電路如圖3-3所示：圖3-2 外引線排列圖3

15、-3 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖GND：接地端 ：低觸發(fā)端 OUT：輸出端 ：復(fù)位端CO：控制電壓端 TH：高觸發(fā)端 D：放電端 VCC：電源端表3-2 特性表COUTHUTRUOUTT的狀態(tài)00XXUOL導(dǎo)通10UOL導(dǎo)通不變不變XUOH截止1>VCOUOL導(dǎo)通<VCOUOL不變X不變截止圖3-4 設(shè)計的555多諧振蕩器振蕩周期為：振蕩頻率為：3.2.3 74LS02的介紹四組2輸入端或非門（正邏輯）功能：實現(xiàn)2輸入或非門功能，常用于各種數(shù)字電路中。3.2.4 74LS160的介紹74LS160的管腳圖如 圖3-5所 示 ，真值表如 表3所 示：邏輯圖如圖3-6所示：圖3-5 74LS160管腳

16、圖表 3-3 74LS160真值表輸入輸出CLKCLRLOADEPETABCDQAQBQCQDX0XXXXXXX0000ñ10XXABCDABCDX110XXXXX保持X11X0XXXX保持ñ1111XXXX加法計數(shù)ñ10XX00000000圖3-6 74LS160的邏輯圖簡要說明:74LS160為可預(yù)置的十進(jìn)制計數(shù)器，共有74160和54/74LS160兩種線路結(jié)構(gòu)型式,其主要電器特性的典型值如表(不同廠家具體值有差別):上表是74LS160的主要電器特性異步清零端CR為低電平時，不管時鐘端CP信號狀態(tài)如何，都可以完成清零功能。160的預(yù)置是同步的。當(dāng)置入控制器

17、DE為低電平時，在CP上升沿作用下，輸出端Q0-Q3與數(shù)據(jù)輸入端D0-D3一致。對于74160，當(dāng)CP由低至高跳變或跳變前，如果計數(shù)器控制端EP、ET為高電平，則DE應(yīng)避免由低至高電平的跳變，而74LS160無此種限制。160的計數(shù)是同步的，靠CP同時加在四個觸發(fā)器上而實現(xiàn)的。當(dāng)EP、ET均為高電平時，在CP上升沿作用下Q0-Q3同時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。對于4LS160的EP、ET跳變與CP無關(guān)。160有超前進(jìn)位功能。當(dāng)計數(shù)溢出時，進(jìn)位輸出端（TC）輸出一個高電平脈沖，其寬度為Q0的高電平部分。在不外加門電路的情況下，可級聯(lián)成N位同步計數(shù)器。對于74LS160，在CP出

18、現(xiàn)前，即使EP、ET、CR發(fā)生變化，電路的功能也不受影響。3.2.5 74LS74的作用與應(yīng)用負(fù)跳沿觸發(fā)的主從觸發(fā)器工作時，必須在正跳沿前加入輸入信號。如果在CP 高電平期間輸入端出現(xiàn)干擾信號，那么就有可能使觸發(fā)器的狀態(tài)出錯。而邊沿觸發(fā)器允許在CP 觸發(fā)沿來到前一瞬間加入輸入信號。這樣，輸入端受干擾的時間大大縮短，受干擾的可能性就降低了。邊沿D觸發(fā)器也稱為維持-阻塞邊沿D觸發(fā)器。電路結(jié)構(gòu): 該觸發(fā)器由6個與非門組成，其中G1和G2構(gòu)成基本RS觸發(fā)器。工作原理:SD 和RD 接至基本RS 觸發(fā)器的輸入端，它們分別是預(yù)置和清零端，低電平有效。當(dāng)SD=0且RD=1時,不論輸入端D為何種狀態(tài)，都會使Q

19、=1，Q=0，即觸發(fā)器置1；當(dāng)SD=1且RD=0時，觸發(fā)器的狀態(tài)為0,SD和RD通常又稱為直接置1和置0端。我們設(shè)它們均已加入了高電平，不影響電路的工作。工作過程如下：1.CP=0時，與非門G3和G4封鎖，其輸出Q3=Q4=1，觸發(fā)器的狀態(tài)不變。同時，由于Q3至Q5和Q4至Q6的反饋信號將這兩個門打開，因此可接收輸入信號D，Q5=D非，Q6=Q5非=D。2.當(dāng)CP由0變1時觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。這時G3和G4打開，它們的輸入Q3和Q4的狀態(tài)由G5和G6的輸出狀態(tài)決定。Q3=Q5非=D，Q4=Q6非=D非。由基本RS觸發(fā)器的邏輯功能可知，Q=Q3=D。3.觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)后，在CP=1時輸入信號被封鎖。這是因為

20、G3和G4打開后，它們的輸出Q3和Q4的狀態(tài)是互補(bǔ)的,即必定有一個是0，若Q3為0，則經(jīng)G3輸出至G5輸入的反饋線將G5封鎖，即封鎖了D通往基本RS 觸發(fā)器的路徑；該反饋線起到了使觸發(fā)器維持在0狀態(tài)和阻止觸發(fā)器變?yōu)?狀態(tài)的作用,故該反饋線稱為置0維持線,置1阻塞線。Q4為0時，將G3和G6封鎖，D端通往基本RS觸發(fā)器的路徑也被封鎖。Q4輸出端至G6反饋線起到使觸發(fā)器維持在1狀態(tài)的作用，稱作置1維持線；Q4輸出至G3輸入的反饋線起到阻止觸發(fā)器置0的作用,稱為置0阻塞線。因此，該觸發(fā)器常稱為維持-阻塞觸發(fā)器?？傊撚|發(fā)器是在CP正跳沿前接受輸入信號，正跳沿時觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，正跳沿后輸入即被封鎖,三步都

21、是在正跳沿后完成，所以有邊沿觸發(fā)器之稱。與主 從觸發(fā)器相比,同工藝的邊沿觸發(fā)器有更強(qiáng)的抗干擾能力和更高的工作速度。74LS74芯片的管腳圖如圖3-7所示：圖3-7 74LS74芯片的管腳圖電容根據(jù)555電路的要求設(shè)計，用戶可利用555定時器的多些振蕩器周期和頻率的計算得到所需的電容以及電阻。第4章 各功能模塊及其應(yīng)用4.1鍵盤輸入鍵盤輸入：可根據(jù)電源接電阻，可利用開關(guān)設(shè)置以及非門來取得高低電平，實現(xiàn)下一步的要求。密碼輸入電路如圖8給出：由開關(guān)K1-K9及電容C1-C9組成，開關(guān)K1-K9是用戶的輸入密碼的鍵盤，用戶可以通過開關(guān)輸入密碼，開關(guān)兩端的電容是為了提高開關(guān)速度，電路先自動將U1A、U1

22、B、U2A、U2B清零，由報警電路或開瑣電路送來的清零信號至74LS112的清零端，使U1A、U1B、U2A、U2B實現(xiàn)自動清零。4.2密碼修改電路密碼修改電路也如圖4-1給出：由雙刀雙擲開關(guān)S1-S4組成， 它是利用開關(guān)切換的原理實現(xiàn)密碼的修改。例如要設(shè)定密碼為1458，可以撥動開關(guān)S1向左，S2向右，S3向左，S4向右，即可實現(xiàn)密碼的修改，由于輸入的密碼要經(jīng)過S1-S4的選擇，也就實現(xiàn)了密碼的校驗。利用幾個非門的結(jié)合，用戶有16種密碼設(shè)置，在密碼的修改中，用戶可將密碼自行設(shè)置圖4-1 鍵盤輸入、密碼修改電路4.3密碼檢驗電路根據(jù)用戶輸出的4位二進(jìn)制數(shù)，利用高低電平的轉(zhuǎn)換，通過利用與門之間的

23、聯(lián)系，如果開鎖正確，則開鎖燈泡發(fā)光。由兩塊74LS112（雙JK觸發(fā)器，包含U1A、U1B、U2A、U2B）組成密碼檢測電路。由于U1A處于計數(shù)狀態(tài)，當(dāng)用戶按下第一個正確的密碼后，CLK端出現(xiàn)了一個負(fù)的下降沿，U1A計數(shù)，Q端輸出為高電平，用戶依次按下有效的密碼，U1B、U2A、U2B也依次輸出高電平，送入與門U3A，其輸出的高電平信號送往與非門U4A的1腳，使其輸出的低電平信號送往U5的2腳，執(zhí)行電路動作，實現(xiàn)開鎖。密碼檢測電路可圖4-2所示：圖4-2 密碼檢測電路4.4報警電路利用555定時器接成一個多謝振蕩器，根據(jù)所需要求接成用戶所需要的頻率。利用一個計數(shù)器計數(shù)，用戶可自行選擇，比如選用

24、一個74LS160,可記錄10進(jìn)制的數(shù)。用555定時器繪制出多諧振蕩器。按圖接好電路，通過阻值的變化，得到用戶所需的值。這里R1和R2設(shè)置為50k，C1為 150nF，C2為100nF。接示波器觀察波形。在這里，可利用一些公式進(jìn)行簡單的計算得到用戶所需的頻率和周期，選值也要按照器件本身的價格進(jìn)行選擇。波形圖如圖4-3所示：圖4-3 用555定時器接成的多些振蕩器產(chǎn)生的矩形波在產(chǎn)生波形后，接十進(jìn)制74LS160，接顯示器譯碼器使其產(chǎn)生10進(jìn)制的輸出，并在顯示器顯示，如圖4-4、4-5所示。圖4-4 接好的10位計數(shù)器地路圖圖4-5電路顯示的的最后一位然后，設(shè)計一個帶清零的電路圖以及在10秒后計數(shù)

25、器停止工作，并有報警燈泡發(fā)出報警信號。利用D觸發(fā)器的原理，當(dāng)進(jìn)位端RCO進(jìn)位時，給D觸發(fā)器一個上升沿，Q觸發(fā)器發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在輸出端Q輸出高電平，利用一個或非門將其由1變成0，并使ENP和ENT變成0，74LS160十位計數(shù)器處于保持狀態(tài)，而且由于為能在10秒內(nèi)開鎖，由另一端的報警電路報警信號發(fā)出，報警燈泡發(fā)光。當(dāng)要進(jìn)行下一次開鎖時，可利用開關(guān)進(jìn)行重新開鎖。本模塊是密碼鎖的報警電路的核心，如圖4-6、4-7、4-8所示：圖4-6 報警電路圖4-7報警電路在10秒后發(fā)出報警信號圖4-8 摁下開關(guān)，報警電路進(jìn)入下次開鎖最后，設(shè)置密碼電路，密碼電路利用高低電平的轉(zhuǎn)換，這里可以用開關(guān)的開與斷和非門的變換進(jìn)

26、行控制高電平和低電平，在經(jīng)過與門的連接，控制電路，用一個開鎖的燈進(jìn)行檢驗，如圖4-9、4-10所示圖4-9設(shè)置密碼為1101的電路圖如圖4-10密碼正確時，正確的燈亮4.5開鎖電路根據(jù)前面的的總體框圖，器件選擇 ，功能模塊的分析，最后的電路如圖4-11所示：圖4-11帶報警器的電子密碼鎖由圖可知，密碼設(shè)為二進(jìn)制為1101。當(dāng)用戶將正確的密碼輸入后，并在10秒內(nèi)完成，密碼鎖開鎖。如圖4-12所示：圖4-12 正確開鎖當(dāng)用戶未在10秒內(nèi)開鎖或者開鎖密碼錯誤時，電路將自動鎖定。用戶不能在進(jìn)行開鎖，報警燈將發(fā)出報警信號，如圖4-13所示圖4-13 用戶不能正確開鎖當(dāng)超過時間或進(jìn)行下一次開鎖時，可利用最

27、上面的開關(guān)，進(jìn)行復(fù)位。根據(jù)實際的硬件電路圖的實際鏈接，基本可以滿足要求。第5章 總結(jié)通過設(shè)計帶報警器的密碼鎖，設(shè)計要求是4位串行的2進(jìn)制密碼鎖，設(shè)計中遇到了如何產(chǎn)生方波，如何通過555計時器產(chǎn)生，如何讓十進(jìn)制74LS160計數(shù)，并在計數(shù)完全后不工作，如何利用其他芯片搭建報警系統(tǒng)，如何構(gòu)造開鎖系統(tǒng)設(shè)計過程中，計算555計數(shù)器的多諧振蕩器，算周期和頻率，以及如何非門，或非門，與門的結(jié)合，都是比較精密的，而且配合使用的一些其他電阻電容都是得計算。本電路的設(shè)計中四位二進(jìn)制電路稍顯有點簡單，密碼設(shè)置也比較簡單，而且又是串行，所以解開密碼還是比較容易，所以設(shè)計中報警電路的時間就應(yīng)相對設(shè)置的時間少點，這樣可相對提高密碼鎖的防盜性。通過此次設(shè)計，我對數(shù)字電路的知識有了更深一層的體會和了解，掌握了設(shè)