課程設(shè)計(jì)說明書密碼鎖

1、燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 共 頁 第 頁燕山大學(xué)課課 程程 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 說說 明明 書書題目：題目： 密碼鎖密碼鎖 學(xué)院（系）：學(xué)院（系）： 電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 年級(jí)專業(yè)：年級(jí)專業(yè)：1111 級(jí)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化級(jí)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 王正王正 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 任文舉任文舉 鄭兆兆鄭兆兆 教師職稱：教師職稱： 實(shí)驗(yàn)師實(shí)驗(yàn)師 實(shí)驗(yàn)師實(shí)驗(yàn)師 燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 共 頁 第 頁燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書院（系）：電氣工程學(xué)院 基層教學(xué)單位：電子實(shí)驗(yàn)中心 學(xué) 號(hào)1101030300

2、24學(xué)生姓名王正專業(yè)（班級(jí)）電力 1 班設(shè)計(jì)題目密碼鎖設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì) 3 位密碼鎖，用一個(gè)開關(guān)表示設(shè)密碼開鎖當(dāng)密碼輸入正確時(shí)，指示燈亮，表示開鎖成功當(dāng)密碼輸入錯(cuò)誤時(shí)，蜂鳴器響 5 秒時(shí)，表示開鎖失敗設(shè)計(jì)要求密碼可以任意設(shè)置，且在數(shù)碼管上顯示用撥碼開關(guān)輸入密碼（位撥碼開關(guān)表示一位數(shù)）在數(shù)碼管上顯示輸入的密碼用蜂鳴器發(fā)出蜂鳴工作量學(xué)會(huì)使用 Max+PlusII 軟件和實(shí)驗(yàn)箱；獨(dú)立完成電路設(shè)計(jì)，編程下載、連接電路和調(diào)試；參加答辯并書寫任務(wù)書。工作計(jì)劃1.了解 EDA 的基本知識(shí)，學(xué)習(xí)使用軟件 Max+PlusII，下發(fā)任務(wù)書，開始電路設(shè)計(jì)；2.學(xué)習(xí)使用實(shí)驗(yàn)箱，繼續(xù)電路設(shè)計(jì)；3.完成電路設(shè)計(jì)；4.編

3、程下載、連接電路、調(diào)試和驗(yàn)收；5.答辯并書寫任務(wù)書。參考資料數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ). 常丹華主編. 電子工業(yè)出版社. 2011 年EDA 課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書. 張強(qiáng)主編. 2013 年指導(dǎo)教師簽字基層教學(xué)單位主任簽字李鑫濱說明：此表一式四份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、基層教學(xué)單位、系部各一份。年 月 日 燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 共 頁 第 頁目錄目錄第一章第一章 摘要摘要.4第二章第二章 設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)原理.52.1 EDA 簡(jiǎn)介 .5 2.2 總體設(shè)計(jì)思路 .5第三章第三章 模塊設(shè)計(jì)及波形仿真模塊設(shè)計(jì)及波形仿真.63.1 鎖存器模塊.63.1.1 鎖存器模塊電路圖.63.1.2 鎖存器模塊波形

4、圖.73.2 設(shè)置密碼/開鎖模塊.73.2.1 設(shè)置密碼/開鎖模塊電路圖.83.2.2 設(shè)置密碼/開鎖模塊波形圖.93.3 蜂鳴器模塊.93.3.1 蜂鳴器簡(jiǎn)介.93.3.2 蜂鳴器模塊電路圖.103.3.23.3.3 蜂鳴器模塊波形圖.10第四章第四章 總電路圖及波形仿真總電路圖及波形仿真.114.1 總電路圖分析.114.2 總電路圖仿真.12第五章第五章 真值表真值表.135.1 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74160 真值表.135.2 數(shù)據(jù)比較器 7485 真值表.135.3 總電路部分真值表.14第六章第六章 管腳鎖定及硬件連接管腳鎖定及硬件連接.15第七章第七章 心得體會(huì)心得體會(huì) .16 參考

5、文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .17附：燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)評(píng)審意見表附：燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)評(píng)審意見表燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 共 頁 第 頁第一章第一章 摘要摘要隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們的生活越來越好。而數(shù)字電路產(chǎn)品以其獨(dú)特的優(yōu)越性走進(jìn)我們的生活，為我們的生活帶來方便。 ，包括計(jì)算機(jī)、電子表、智能儀器表及其它很多領(lǐng)域中，它給我們帶來的不僅是工作上的方便，而且也給我們的生活?yuàn)蕵诽碜碳硬省ｋS著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們的生活越來越好。而數(shù)字電路產(chǎn)品以其獨(dú)特的優(yōu)越性走進(jìn)我們的生活，為我們的生活帶來方便。數(shù)字電路主要是基于兩個(gè)信號(hào)（我們可以簡(jiǎn)單的說是有電壓和無電壓） ，用數(shù)字信號(hào)完成對(duì)數(shù)字量進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯

6、運(yùn)算的電路我們稱之為數(shù)字電路，它具有邏輯運(yùn)算和邏輯處理等功能，數(shù)字電路可分為組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路。 在這次 EDA 課程設(shè)計(jì)中，我的題目是密碼鎖。報(bào)告從電路原理著手，首先介紹一下我的設(shè)計(jì)思路，其次詳細(xì)介紹其各個(gè)模塊以及工作原理，然后是用 MAX+PLUSII 設(shè)計(jì)的電路模塊，仿真結(jié)果及真值表。最后是此次設(shè)計(jì)的心得體會(huì)和參考書。燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 共 頁 第 頁第二章第二章 設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)原理2.12.1 EDAEDA 簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介EDA（Electronics Design Automation）技術(shù)是隨著集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生的一種高級(jí)、快速、有效的電

7、子設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具。它是為解決自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)而提出的，從 70 年代經(jīng)歷了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD） ，計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE） ，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)化（ESDA）3 個(gè)階段。前兩個(gè)階段的 EDA 產(chǎn)品都只是個(gè)別或部分的解決了電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的工程問題；第三代 EDA 工具根據(jù)工程設(shè)計(jì)中的瓶頸和矛盾對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一管理，并提出了并行設(shè)計(jì)環(huán)境概念，提供了獨(dú)立于工藝和廠家的系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)工具。EDA 關(guān)鍵技術(shù)之一就是采用硬件描述語言對(duì)硬件電路進(jìn)行描述，且具有系統(tǒng)級(jí)仿真和綜合能力。2.22.2 總體設(shè)計(jì)思路總體設(shè)計(jì)思路 本設(shè)計(jì)名稱為密碼鎖，設(shè)計(jì)分為三部分:設(shè)置密碼模塊、開鎖模塊、蜂鳴器模塊。通過這三個(gè)

8、部分來實(shí)現(xiàn)密碼鎖的功能。設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的功能為：1、手動(dòng)用 12 個(gè)撥碼開關(guān)設(shè)置三位密碼（0-9） 。2、輸入密碼開鎖，當(dāng)密碼輸入正確時(shí)，指示燈亮，表示開鎖成功。3、當(dāng)密碼輸入錯(cuò)誤時(shí)，蜂鳴器響三秒，表示開鎖失敗。設(shè)計(jì)的主要思路為：本設(shè)計(jì)中首先用撥碼開關(guān)設(shè)計(jì)密碼，此時(shí)的密碼通過數(shù)碼管顯示，用總開關(guān) EN 切換設(shè)置密碼和開鎖。當(dāng)打開總開關(guān) EN 時(shí)，進(jìn)入設(shè)置密碼狀態(tài)；設(shè)置好密碼后關(guān)閉 EN，進(jìn)入開鎖狀態(tài)，此時(shí)指示燈處于熄滅狀態(tài)。再輸入三位數(shù)字進(jìn)行開瑣，輸入完畢后打開撥碼開關(guān) ENTER，此時(shí)如果輸入的密碼正確則指示燈亮，表示開瑣成功；否則蜂鳴器發(fā)出響聲，并持續(xù) 5 秒鐘，表示開鎖失敗。之后關(guān)閉開關(guān)

9、ENTER，重新輸入密碼后并打開開關(guān) ENTER 可再次驗(yàn)證。燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 共 頁 第 頁第三章第三章 模塊設(shè)計(jì)及波形仿真模塊設(shè)計(jì)及波形仿真3.13.1 鎖存器模塊鎖存器模塊在密碼鎖設(shè)計(jì)中，我采用十二個(gè) D 觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)的密碼的鎖存，當(dāng)使能端 EN為高電平時(shí)輸入設(shè)計(jì)的密碼，設(shè)計(jì)好后將使能端 EN 置為低電平，此時(shí)密碼被保存在觸發(fā)器中用來跟再次輸入的密碼比較。3.1.13.1.1 鎖存器鎖存器模塊模塊電路圖電路圖在電路中我將四個(gè)觸發(fā)器封裝成一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)對(duì)一位密碼（四位二進(jìn)制數(shù)）的鎖存，其電路及封裝圖如下：圖 3-1 鎖存器模塊電路圖圖 3-2 鎖存器模塊封裝

10、圖燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 共 頁 第 頁3.1.23.1.2 鎖存器鎖存器模塊模塊波形圖波形圖當(dāng) EN 端為高電平輸入數(shù)據(jù)，低電平時(shí)鎖存。如圖可得到數(shù)據(jù)的鎖存。圖 3-3 鎖存器波形仿真圖3.23.2 設(shè)置密碼設(shè)置密碼/ /開鎖模塊開鎖模塊對(duì)于設(shè)計(jì)密碼開鎖模塊，我首先用一個(gè)總開關(guān) EN 來控制輸密碼和開鎖，當(dāng)總開關(guān)為高電平時(shí)，使鎖存器的使能端為高電平，開始設(shè)計(jì)密碼，且設(shè)計(jì)的密碼用數(shù)碼管顯示。設(shè)計(jì)完成后將總開關(guān)為低電平，即設(shè)計(jì)好初始密碼。然后再用撥碼開關(guān)輸入密碼，將輸入的密碼與鎖存器中儲(chǔ)存的密碼比較，同時(shí)在數(shù)碼管上顯示。若比較的結(jié)果為相同，則比較器的 AEBO 端輸出高電平，

11、否則該端輸出低電平。燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 共 頁 第 頁3.2.13.2.1 設(shè)置密碼設(shè)置密碼/ /開鎖模塊電路圖開鎖模塊電路圖圖 3-4 設(shè)置密碼/開鎖模塊電路圖為簡(jiǎn)化電路，我將上述模塊電路封裝如下：圖 3-5 設(shè)置密碼/開鎖模塊封裝圖燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 共 頁 第 頁3.2.23.2.2 設(shè)置密碼設(shè)置密碼/ /開鎖模塊波形圖開鎖模塊波形圖圖 3-6 設(shè)置密碼/開鎖模塊波形圖由以上波形圖可知，當(dāng) EN 端為 1 時(shí)，輸入的三位密碼 A,B,C 分別為 2,3,4，當(dāng) EN端為 0 時(shí)，開始開鎖，當(dāng)輸入密碼錯(cuò)誤時(shí)，如 0，0，0 或 2,4,4，比

12、較器的輸出 OUT 為0，表示輸入的密碼與初始設(shè)定密碼不同。僅當(dāng)輸入密碼為 2,3,4 時(shí)，比較器的輸出 OUT為 1，表示輸入密碼與初始密碼相同，即開鎖成功；同時(shí)三位數(shù)碼管 L0，L1，L2 一直跟蹤顯示輸入的密碼。3.33.3 蜂鳴器模塊蜂鳴器模塊3.3.13.3.1 蜂鳴器簡(jiǎn)介蜂鳴器簡(jiǎn)介蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型 。本設(shè)計(jì)所使用的蜂鳴器模塊包含 1 個(gè)蜂鳴器 BUZZER 和一個(gè)跳線器 JBUZZER。當(dāng)使用蜂

13、鳴器時(shí)，此跳線器短接。同時(shí)獨(dú)立擴(kuò)展下載板 CPLD/FPZA 的 JP2_CF 的 SPEAKER 接高電平時(shí)，蜂鳴器工作。燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 共 頁 第 頁 3.3.23.3.2 蜂鳴器模塊電路圖蜂鳴器模塊電路圖圖 3-8 蜂鳴器模塊電路圖3.3.33.3.3 蜂鳴器模塊波形圖蜂鳴器模塊波形圖圖 3-8 蜂鳴器模塊波形圖由上圖可知，當(dāng)使能端 EN 為高電平時(shí)或由設(shè)置密碼/開鎖模塊輸入的 IN 端為高電平時(shí)，蜂鳴器不工作；僅當(dāng)使能端 EN 置為 0（開始比較密碼狀態(tài)） ，且 IN 端輸入為低電圖 3-6 蜂鳴器模塊圖 3-7 蜂鳴器原理結(jié)構(gòu)燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì)

14、 說 明 書 共 頁 第 頁平時(shí)，蜂鳴器工作，響五秒鐘后自動(dòng)停止。第四章第四章 總電路圖及波形仿真總電路圖及波形仿真4.14.1 總電路圖分析總電路圖分析圖 4-1 密碼鎖總電路圖以上是我設(shè)計(jì)的密碼鎖的總電路圖，我將鎖存、加鎖、開鎖、蜂鳴器等復(fù)雜的電路封裝成一個(gè)模塊，使電路簡(jiǎn)單易讀，并分別對(duì)模塊進(jìn)行獨(dú)立測(cè)試，提高了電路設(shè)計(jì)的質(zhì)量。當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題或需要用于其它設(shè)計(jì)中時(shí)，我僅需對(duì)模塊部分進(jìn)行修改，不僅省時(shí)省力，還避免了重復(fù)設(shè)計(jì)可能引入的差錯(cuò)。此外，我還增設(shè)了一個(gè)確認(rèn)鍵“ENTER” 。在開鎖狀態(tài)下，當(dāng)密碼輸入完畢后，打開ENTER 開關(guān)，使該端口輸出高電平，此時(shí)指示燈或蜂鳴器才能正常工作。該開關(guān)的引入

15、使題目的要求更易觀察和驗(yàn)證，同時(shí)使設(shè)計(jì)更加人性化。燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 共 頁 第 頁4.24.2 總電路圖仿真總電路圖仿真圖 4-2 密碼鎖總波形圖由以上波形圖可知，當(dāng) EN 端為 1 時(shí)，輸入的三位密碼 NUM0，NUM1，NUM2 分別為5,5,5，此時(shí)指示燈 LIGHT 和蜂鳴器 BEEP 均為不工作；當(dāng) EN 端為 0 時(shí)，進(jìn)入開鎖狀態(tài)，當(dāng)輸入的密碼為 3,4,2 并打開確認(rèn)鍵 ENTER 后，指示燈不亮，蜂鳴器發(fā)聲，并響在 5 秒后停止，表示密碼錯(cuò)誤；此時(shí)拉下 ENTER 鍵并重新輸入密碼 5,5,5，再次打開 ENTER 鍵后指示燈發(fā)亮，蜂鳴器不工作，表示開

16、鎖成功，即輸入的密碼正確。與此同時(shí)，三位數(shù)碼管 L0，L1，L2 一直跟蹤實(shí)時(shí)顯示輸入的密碼。燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 共 頁 第 頁第五章第五章 真值表真值表5.15.1 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 7416074160 真值表真值表 表 5-1 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74160 真值表5.25.2 數(shù)據(jù)比較器數(shù)據(jù)比較器 74857485 真值表真值表A AB BALBOALBOAEBOAEBOAGB0AGB00000100000110000101000011100010010001011000110100011110010000101001001101000110110011100

17、0011101001111000111111000001表 5-2 數(shù)據(jù)比較器 7485 真值表燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 共 頁 第 頁由真值表可知，當(dāng)兩個(gè)輸入量 AB 時(shí)，ALBO 端輸出高電平，AEBO 和 AGBO 端輸出低電平；當(dāng)兩個(gè)輸入量 AB 時(shí)，AGBO 端輸出高電平，AEBO 和 ALBO 端輸出低電平；僅當(dāng)兩個(gè)數(shù)值相等 A=B 時(shí)，AEBO 端才能輸出為高電平。因此我們可以利用 AEBO 端判斷兩個(gè)輸入量是否相等，即輸入的密碼正確時(shí) AEBO 端輸出高電平，否則輸出低電平為。5.35.3 總電路部分真值表總電路部分真值表表 5-3 總電路部分真值表 此上表可

18、知，當(dāng) ENTER 鍵打開，且輸入的密碼與設(shè)定密碼相同時(shí)，指示燈亮，密碼不同時(shí)，蜂鳴器響；當(dāng) ENTER 鍵關(guān)閉時(shí)，無論輸入的密碼與設(shè)定密碼是否相同，蜂鳴器與指示燈均布工作。燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 共 頁 第 頁第六章第六章 管腳鎖定及硬件連接管腳鎖定及硬件連接引腳符號(hào)引腳符號(hào)鎖定鎖定引腳符號(hào)引腳符號(hào)鎖定鎖定NUM0_0PIN39L0_0PIN136NUM0_1PIN40L0_1PIN135NUM0_2PIN41L0_2PIN134NUM0_3PIN44L0_3PIN133NUM1_0PIN45L1_0PIN132NUM1_1PIN46L1_1PIN131NUM1_2PIN

19、47L1_2PIN128NUM1_3PIN53L1_3PIN127NUM2_0PIN68L2_0PIN142NUM2_1PIN69L2_1PIN141NUM2_2PIN70L2_2PIN140NUM2_3PIN71L2_3PIN139ENPIN73LIGHTPIN12CLKPIN173BEEPPIN38ENTERPIN74W0PIN94W1PIN95W2PIN96 試驗(yàn)箱上一共有 7 根線，將 PIN68、PIN69、PIN70、PIN71、PIN73、PIN74 分別與外接的六個(gè)撥碼開關(guān)相連。PIN173 與 1HZ 脈沖相連。在經(jīng)過前面幾個(gè)階段的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證后，密碼管的各個(gè)模塊已經(jīng)設(shè)計(jì)完畢，

20、根據(jù)總體設(shè)計(jì)時(shí)的方案框圖，將各個(gè)子電路組合起來，并且為各個(gè)輸入和輸出選擇合適的管腳(如上所示)。將1Hz 的時(shí)鐘信號(hào)加到計(jì)時(shí)器 clk 信號(hào)上，開關(guān) EN 控制使能端，開關(guān)ENTER 為確認(rèn)鍵用于確認(rèn)密碼是否輸入完畢。經(jīng)測(cè)試，電路可完美正常工作，可以設(shè)置密碼、開鎖，相關(guān)指示模塊亦能正常指示密碼輸入是否正確，實(shí)現(xiàn)了任務(wù)書所要求的全部工作；同時(shí)，新加入的 ENTER 鍵能完美決定輸入密碼過程的完成與否，即：僅當(dāng)確認(rèn)件 ENTER 按下后，才判斷輸入的密碼是否正確并作出相關(guān)指示。燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 共 頁 第 頁第七章第七章 心得體會(huì)心得體會(huì)在緊張與忙碌中，一周的 EDA 課程設(shè)計(jì)就要結(jié)束了，通過這次設(shè)計(jì)，使我對(duì) EDA 產(chǎn)生了濃厚的興趣。特別是當(dāng)每一個(gè)子模塊編寫調(diào)試成功時(shí)，心里特別的開心。這次課設(shè)給了我一次自己編寫電路自己上箱實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)使我可以把理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐。在編寫蜂鳴器模塊時(shí)，我遇到了很大的困難，一直被定時(shí)問題所困擾，解決了這個(gè)問題時(shí)，我特