帶報(bào)警器的密碼電子鎖與門鈴電路

1、電子課程設(shè)計(jì)帶報(bào)警器的密碼電子鎖和門鈴電路學(xué)院：電子信息工程學(xué)院專業(yè)、班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師： 2014年12月31日帶報(bào)警器的密碼電子鎖和門鈴電路一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1）密碼按鍵的按鈕分別為 1，2.9 個(gè) 2）若密碼正確指示燈會(huì)亮3）設(shè)計(jì)門鈴電路，按動(dòng)門鈴按鈕，發(fā)生500Hz的蜂鳴器信號(hào)，并可使編碼電路清零，同時(shí)可解除報(bào)警。 4）密碼有誤碼時(shí)在按下確定鍵后自動(dòng)復(fù)位，當(dāng)開鎖時(shí)間超過5分鐘時(shí),則蜂鳴器發(fā)出 1KHz 的信號(hào)報(bào)警。二、總體框圖1、總體框圖開鎖電路按鍵編碼電路報(bào)警電路控制電路門鈴電路計(jì)時(shí)電路圖2-1-12、各個(gè)模塊的功能（1）控制電路：這個(gè)模塊是整個(gè)電路的主體，用它來(lái)控制我所

2、設(shè)計(jì)的4位密碼鎖的分析功能。設(shè)計(jì)思路：為了實(shí)現(xiàn)鎖的功能，所以我在控制電路中使用比較器，讓輸入的數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較實(shí)現(xiàn)鎖的功能。其功能為：將按鍵編碼模塊所輸入的按鍵信息進(jìn)行分析，用移位寄存器實(shí)現(xiàn)時(shí)序的功能，在用比較器進(jìn)行輸入與預(yù)設(shè)的比較。（2）按鍵編碼電路：這個(gè)模塊是輸入模塊，用它來(lái)進(jìn)行編碼我所要輸入的數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)思路：將1到9這九個(gè)按鍵用BCD編碼器編成二進(jìn)制數(shù)。功能：將1到9九個(gè)按鍵變成二進(jìn)制數(shù)，作為比較器的輸入。并接到四輸入與非門上，探測(cè)按鍵編碼。（3）計(jì)時(shí)電路：這個(gè)模塊是為了實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能的，用其控制報(bào)警電路。設(shè)計(jì)思路：用計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，當(dāng)密碼輸入在5分鐘還未正確時(shí)，開始報(bào)警。功能

3、：計(jì)時(shí)5分鐘，控制報(bào)警電路。（4）開鎖電路：這是整個(gè)電路的輸出端。設(shè)計(jì)思路：若密碼正確按下確定鍵后指示燈亮，同時(shí)所有的芯片進(jìn)行清零；若密碼不正確指示燈不亮，同時(shí)計(jì)數(shù)器要計(jì)時(shí)并且各個(gè)清零端不起作用。（5）報(bào)警電路：在密碼錯(cuò)誤和操作時(shí)間達(dá)到5分鐘以上時(shí)會(huì)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生的同時(shí)使各個(gè)芯片的清零端作用。（6）門鈴電路：在按下門鈴按鍵的同時(shí)會(huì)使門鈴電路中的蜂鳴器響，并且各個(gè)芯片的復(fù)位端口復(fù)位。利用高低電平的的切換確定蜂鳴器作用與否。三、選擇器件1、移位寄存器74LS194在密碼鎖的控制電路中74LS194起到了很大的作用，通過探測(cè)按鍵的按下來(lái)控制它的移位寄存從而使每個(gè)比較器進(jìn)行使能。74LS1

4、94的功能表圖3-1-1（74LS194的邏輯符號(hào)） 表3-1-1圖3-1-2（74LS194內(nèi)部原理圖）74LS194中D0D1為并行輸入端；Q0Q3為并行輸出端；SR為右移串引輸入端；SL為左移串引輸入端；S1、S0為操作模式控制端；MR為直接無(wú)條件清零端；CP為時(shí)鐘脈沖輸入端。該寄存器具有模式控制端S1、S0，當(dāng)S1=1、S0=1時(shí)，同步并行輸入；當(dāng)S1=0、S2=1時(shí)右移；當(dāng)S1=1、S0=0時(shí)，左移；當(dāng)S1=0、S0=0時(shí)，時(shí)鐘禁止。通過改變SR與SL的數(shù)值來(lái)改變串行輸入的數(shù)據(jù)。2、四位比較器74LS85在此電路中74LS85用來(lái)進(jìn)行輸入密碼與預(yù)設(shè)密碼的比較從而驗(yàn)證密碼的正確性。圖3

5、-2-1（74LS85的邏輯符號(hào)）74LS85的功能表表3-2-1 圖3-2-2（74LS85的內(nèi)部原理圖）74LS85為集成四位比較器，用于比較A=(A1A2A3A4)和B=(B1B2B3B4)的大小，還有級(jí)聯(lián)輸入端，通過級(jí)聯(lián)輸入端可接成8為，16為，或更高位的比較器。3、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160在報(bào)警計(jì)時(shí)的電路中74LS160起到了計(jì)數(shù)的功能，并且在輸出信號(hào)的復(fù)位功能中起到對(duì)按鍵次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，通過邏輯關(guān)系將最后的輸出端的移位寄存器實(shí)現(xiàn)清零。圖3-2-3（74LS160的邏輯符號(hào)） 74LS160的功能表表3-3-1圖3-3-1（74LS160的內(nèi)部原理圖）74LS160為4位同步可預(yù)置數(shù)

6、十進(jìn)制加法器，具有異步清零端。它有數(shù)據(jù)輸入端A,B,C,D,同步置數(shù)端LOAD、異步清除端CLR和計(jì)數(shù)控制端ENT,ENP,RCO為進(jìn)位輸出端。當(dāng)CLR=0時(shí)異步清零，當(dāng)LOAD=0、CLR=1時(shí)，CP脈沖上升沿時(shí)預(yù)設(shè)數(shù)。當(dāng)LOAD=CLR=ENT=ENP=1時(shí)，電路工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)。當(dāng)計(jì)數(shù)器數(shù)值為9時(shí)，RCO輸出一個(gè)與QA端高電平部分相同寬度的高電平。四、功能模塊（一）按鍵編碼電路1、整體電路在編碼電路中我用到了編碼器74LS147和四輸入與非門。圖4-1-1為整個(gè)電路中的按鍵編碼電路。（注意：實(shí)際所用的開關(guān)應(yīng)該是自動(dòng)開關(guān)，圖中為了可觀性用了手動(dòng)開關(guān)）圖4-1-1（按鍵編碼電路模塊）2、所用器

7、件邏輯功能1）BCD編碼器（74LS147）將1到9九個(gè)按鍵進(jìn)行編碼，轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)表示。并將得到的二進(jìn)制數(shù)輸入到比較器的輸入端口，作為密碼輸入。2）四輸入與非門將1到9九個(gè)按鍵轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)后，通過四輸入與非門進(jìn)行按鍵的探測(cè)，若有有按鍵按下指示燈將會(huì)閃一下。3、模塊整體的功能將1到9九個(gè)按鍵進(jìn)行編碼編成二進(jìn)制數(shù)，將此二進(jìn)制數(shù)傳入到比較器的輸入端口作為輸入的密碼。與此同時(shí)用四輸入與非門對(duì)按鍵的按下進(jìn)行探測(cè)。4、仿真圖 圖4-1-2（每一次的按下輸入按鍵后有按鍵信號(hào)輸出）（二）控制電路1、整體電路 在控制電路中我用到了移位寄存器74LS194、四個(gè)比較器74LS85、兩個(gè)譯碼器74LS138、四

8、個(gè)非門、一個(gè)四輸入與非門和一個(gè)四輸入或門。通過他們的組合實(shí)現(xiàn)所需要的密碼比較關(guān)系圖4-2-1為整個(gè)電路中的控制電路圖4-2-1（控制電路模塊）2、所用到的器件的功能1）移位寄存器（74LS194）將按鍵編碼電路的輸入信號(hào)作為移位寄存器的時(shí)鐘信號(hào)，當(dāng)按下按鍵時(shí)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)使移位寄存器移位。2）譯碼器（74LS138）將兩個(gè)3線8線譯碼器連接成為4線16線譯碼器，并將移位寄存器的輸出作為譯碼器的輸入。譯碼后將其通過非門作為比較器的使能信號(hào)。3）比較器（74LS85）用經(jīng)過譯碼的移位寄存信號(hào)作為各個(gè)比較器的使能信號(hào)，使比較器作用比較按下的按鍵是否與預(yù)設(shè)的密碼是否一致4）四輸入與非門四輸入與非

9、門將移位寄存器的信號(hào)集中，當(dāng)移位寄存四次，即輸入四個(gè)按鍵信號(hào)后使移位寄存器清零。5）四輸入或門當(dāng)每個(gè)比較器比較后，若與輸入密碼與預(yù)設(shè)密碼一致時(shí)會(huì)讓指示燈閃爍一下。通過指示燈可以知道有幾個(gè)信號(hào)正確的。3、模塊整體的功能將按鍵編碼電路的輸入信號(hào)作為移位寄存器的時(shí)鐘信號(hào)，當(dāng)按下按鍵時(shí)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)使移位寄存器移位（即輸入1）。再將移位寄存器的信號(hào)進(jìn)行譯碼，譯碼所得的結(jié)果作為比較器的使能信號(hào)。若第一次輸入的數(shù)據(jù)與第一個(gè)比較器中的預(yù)設(shè)密碼吻合，就會(huì)輸出高電平始指示燈亮。當(dāng)輸入第二個(gè)密碼時(shí)移位寄存器中繼續(xù)移位數(shù)據(jù)1，這時(shí)譯碼信號(hào)又使第二個(gè)比較器使能，這時(shí)第二個(gè)輸入的信號(hào)就可以與第二個(gè)比較其中的預(yù)設(shè)密

10、碼進(jìn)行比較。同理可得，當(dāng)按鍵按下四次后，所有的比較器的比較完成。（三）計(jì)時(shí)電路1、整體電路在計(jì)時(shí)電路中我用到了計(jì)數(shù)器74LS160、數(shù)字顯示器、時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器、一個(gè)二輸入與非門。由他們一起組成如圖4-3-1的電路，實(shí)現(xiàn)了計(jì)時(shí)并且到達(dá)5分鐘時(shí)自動(dòng)復(fù)位的功能。 圖4-3-1（計(jì)時(shí)電路模塊）2、所用到器件的功能1）計(jì)數(shù)器74LS160在此模塊中計(jì)數(shù)器起到及時(shí)的功能，計(jì)數(shù)300達(dá)到所要求的5分鐘。所以由三個(gè)74LS160計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)形成300進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。2）數(shù)字顯示器這個(gè)是這個(gè)模塊中的測(cè)試顯示。觀察74LS160計(jì)時(shí)是否能達(dá)到300秒，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)復(fù)位的功能測(cè)試。3）時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器為了實(shí)現(xiàn)74LS160

11、的計(jì)數(shù)功能必須要給他一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)讓它不斷計(jì)數(shù)。4）二輸入與非門當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到300時(shí)，二輸入與非門的輸入端都為1，與非之后到了前兩個(gè)74LS160的清零端，實(shí)現(xiàn)清零功能3、模塊整體的功能在時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器的作用下74LS160開始計(jì)數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)5分鐘的時(shí)間計(jì)時(shí)功能，我將三個(gè)74LS160計(jì)數(shù)器進(jìn)行級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)300進(jìn)制計(jì)數(shù)器。并在輸出端口接上二輸入與非門，當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到300后與非門輸出低電平使前兩個(gè)計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零。這樣就可以保證計(jì)數(shù)到達(dá)300時(shí)停止并且保持。4、仿真圖圖4-3-2（在有按鍵信息按下后開始計(jì)數(shù)）（四）報(bào)警電路1、整體電路在這個(gè)模塊中用到了蜂鳴器、三極管、非門、或門。由他們一起組成了圖4-4-

12、1的報(bào)警電路，實(shí)現(xiàn)了由開關(guān)A控制的報(bào)警電路。 圖4-4-1（報(bào)警電路模塊）2、所用到器件的功能1）蜂鳴器當(dāng)時(shí)間達(dá)到5分鐘時(shí)會(huì)產(chǎn)生信號(hào)使蜂鳴器作用，起到報(bào)警提示作用2）或門或門的輸出端接到了第三個(gè)計(jì)數(shù)器的清零端，也就是當(dāng)計(jì)時(shí)達(dá)到300時(shí)，或門的一個(gè)輸入端會(huì)輸入低電平，并且將按鍵A按下時(shí)另外一個(gè)或門的輸入端變?yōu)榈碗娖?，這樣就實(shí)現(xiàn)了高位（第三個(gè)）74LS160計(jì)數(shù)器清零，同時(shí)應(yīng)為高位計(jì)數(shù)器的清零蜂鳴器將不會(huì)作用。3、模塊的整體功能當(dāng)操作時(shí)間到達(dá)5分鐘時(shí)，二輸入與非門輸出為0，與此同時(shí)蜂鳴器的下端口變?yōu)榈碗娖?，這時(shí)蜂鳴器開始作用。為了解除報(bào)警，安置了報(bào)警解除按鍵A鍵。在報(bào)警開始的同時(shí)（此時(shí)圖中或門的一

13、個(gè)輸入端已經(jīng)為低電平），按下A鍵高位的74LS160計(jì)數(shù)器將會(huì)清零。在計(jì)數(shù)器清零的同時(shí)，二輸入與非門輸出端也會(huì)變成高電平，從而蜂鳴器的下端口也會(huì)是高電平。這樣實(shí)現(xiàn)了5分鐘報(bào)警和報(bào)警的解除。（五）開鎖電路1、整體電路在這個(gè)模塊中我用到了移位寄存器74LS194，計(jì)數(shù)器74LS160，鎖存器74LS273。由他們和一些邏輯門的結(jié)合實(shí)現(xiàn)了圖4-5-1的開鎖電路。圖4-5-1（開鎖電路模塊）2、所用器件的功能1）移位寄存器74LS194移位寄存器的時(shí)鐘信號(hào)由比較器輸出的信號(hào)控制，當(dāng)有一個(gè)比較器比較之后時(shí)輸入一個(gè)四輸入或門會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電平信號(hào)來(lái)確定移位寄存器的使能端使能。通過這個(gè)移位寄存器我們可以判斷出比

14、較后的正確的信號(hào)有幾個(gè)。2）計(jì)數(shù)器74LS160計(jì)數(shù)器在這個(gè)模塊中起到對(duì)按鍵信號(hào)計(jì)數(shù)，對(duì)上邊的移位寄存器進(jìn)行清零的功能。這個(gè)計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘端由按鍵信號(hào)和確定鍵來(lái)給予。當(dāng)按鍵信息按下4次之后（密碼信息不對(duì)的情況下）再按下確定鍵會(huì)使移位寄存器和計(jì)數(shù)器同時(shí)清零。但是當(dāng)所輸入的密碼是正確的移位寄存器不進(jìn)行清零。3）鎖存器74LS273鎖存器在這個(gè)模塊中是對(duì)確定鍵S的信號(hào)和以移位寄存器輸出作為輸入的四輸入與門作為鎖存的對(duì)象。時(shí)鐘端由確定鍵S提供。當(dāng)密碼正確并且按下確定鍵后指示燈會(huì)亮，與此同時(shí)計(jì)數(shù)器和移位寄存器清零端使能。(六)門鈴電路1、整體電路在這個(gè)電路中我用到了會(huì)產(chǎn)生500Hz蜂鳴信號(hào)的蜂鳴器。圖4-

15、6-1為總電路中的門鈴電路。圖4-6-1（門鈴電路模塊）2、模塊的整體功能當(dāng)按下門鈴按鍵時(shí)會(huì)使蜂鳴器作用，并且當(dāng)門鈴鍵按下時(shí)會(huì)使各個(gè)芯片的清零端使能，也就是說(shuō)在門鈴按鍵按下時(shí)其他的器件都不起作用。五、總體設(shè)計(jì)電路圖（一）總體電路圖 圖5-1-1（二）電路的總體工作情況。1、首先我們要確定我們的預(yù)設(shè)密碼，在四個(gè)比較器的下邊的四個(gè)端口控制高低電平來(lái)確定我們的預(yù)設(shè)密碼。在上述電路圖中預(yù)設(shè)的密碼為1、2、3、4（有順序要求）。2、當(dāng)我們按下輸入密碼的1到9九個(gè)按鍵，這個(gè)9個(gè)十進(jìn)制數(shù)由譯碼器譯碼變成4為二進(jìn)制數(shù)，再經(jīng)過非門進(jìn)入比較器的四個(gè)輸入端口。當(dāng)有按鍵按下時(shí)會(huì)有按鍵信號(hào)使移位寄存器使能，移位變成00

16、01。再由譯碼器譯碼，譯碼的信息作為比較器的使能信號(hào)。也就是在按下第一個(gè)按鍵時(shí)第一個(gè)比較器使能，比較預(yù)設(shè)值于輸入信號(hào)；在按下第二個(gè)信號(hào)時(shí)使第二個(gè)比較器使能，比較第二個(gè)比較器的預(yù)設(shè)值與輸入值。第三、第四個(gè)按鍵按下時(shí)會(huì)產(chǎn)生相同的作用。這樣就有了時(shí)序關(guān)系，不會(huì)產(chǎn)生同時(shí)比較，比較混亂的情況。3、比較器比較后輸出的信號(hào)通過一個(gè)四輸入或門，當(dāng)有一個(gè)比較器的輸出端有高電平時(shí)（輸入信號(hào)與預(yù)設(shè)密碼相同）在這個(gè)四輸入或門的輸出端口會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高電平信號(hào)。四輸入或門的輸出端連接到移位寄存器的時(shí)鐘端，這樣只要有一個(gè)比較正確的信號(hào)就會(huì)讓移位寄存器右移進(jìn)入一個(gè)1。當(dāng)這四個(gè)信號(hào)都正確時(shí)，移位寄存器所接的四輸入與門就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)

17、高電平信號(hào)。再按下確定鍵后會(huì)使鎖存器鎖存住高電平信號(hào)。同時(shí)起到清零作用的計(jì)數(shù)器74LS194會(huì)將移位寄存器清零。4、當(dāng)有按鍵按下后就會(huì)給計(jì)時(shí)器一個(gè)信號(hào)，使其計(jì)數(shù)。當(dāng)?shù)搅?分鐘時(shí)還沒有輸入正確的密碼也沒有按下門鈴按鍵，就產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)（即1000Hz蜂鳴器作用）。當(dāng)按下報(bào)警復(fù)位按鍵后蜂鳴器不作用，并且所有模塊的數(shù)據(jù)輸出端清零。5、按下門鈴按鍵會(huì)使500Hz蜂鳴器作用，并且使各個(gè)模塊的輸出端清零，計(jì)數(shù)模塊清零，并且不進(jìn)行計(jì)數(shù)（三）模塊之間的連接1、按鍵編碼電路和控制電路之間的連接兩個(gè)模塊之間加了一個(gè)四輸入與非門，這個(gè)與非門是按鍵探測(cè)的元件，當(dāng)有一個(gè)按鍵按下時(shí)四輸入與非門會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電平的變化，讓輸出端

18、的移位寄存器右移進(jìn)入一個(gè)1。2、按鍵編碼電路、計(jì)時(shí)電路、報(bào)警電路三者之間的連接按鍵編碼電路所產(chǎn)生的按鍵信號(hào)作為計(jì)時(shí)電路的開始信號(hào)，當(dāng)有一個(gè)按鍵按下后計(jì)時(shí)電路就開始計(jì)時(shí)。這是通過控制時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。計(jì)時(shí)電路計(jì)時(shí)到達(dá)5分鐘時(shí)，在最后一個(gè)計(jì)數(shù)器74LS160輸出端接上的與門會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高電平信號(hào)，使蜂鳴器起作用。3、控制電路與開鎖電路之間的連接在這兩個(gè)模塊之間用了一個(gè)移位寄存器連接，當(dāng)比較器比較出正確的信號(hào)輸入到移位寄存器時(shí)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)移位時(shí)鐘信號(hào)。若四位密碼都正確就會(huì)產(chǎn)生四個(gè)移位信號(hào)。再由確定按鍵按下就是使輸入的密碼輸出，觀察輸入的密碼是否正確。4、門鈴電路、控制電路和計(jì)時(shí)電路三者之間的連接門鈴電路的按鍵信號(hào)直接與控制電路