數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)-電子密碼鎖

1、鄭州科技學(xué)院數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題 目 電子密碼鎖 學(xué)生姓名 孟 四 州 專業(yè)班級(jí) 12通信工程2 班 學(xué) 號(hào) 201251037 院 （系） 信息工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 劉 筠 筠 完成時(shí)間 2014年12 月8日 22目 錄1 課程設(shè)計(jì)的目的12 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求22.1 基本功能22.2 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求23 設(shè)計(jì)方案與論證33.1 工作原理及方案選擇33.1.1 方案一33.1.2 方案二33.2 電路設(shè)計(jì)方案的比較433 總體電路框圖44 單元電路的設(shè)計(jì)54.1 密碼輸入及驗(yàn)證電路模塊54.2 密碼修改及鎖定模塊74.3 計(jì)時(shí)模塊94.4 邏輯組合模塊115 硬件的制作與調(diào)試135.1

2、 電路板中元器件的布局135.2 電路焊接與調(diào)試145.2.1 正確使用電烙鐵145.2.2 元件焊接順序145.2.3 電路調(diào)試156 總結(jié)16參考文獻(xiàn)17附錄1：總體電路原理圖18附錄2：元器件清單19附錄3：實(shí)物圖201 課程設(shè)計(jì)的目的(1)鞏固和加深對(duì)電子電路基本知識(shí)的理解，提高綜合運(yùn)用本課程所學(xué)知識(shí)的能力；(2)培養(yǎng)根據(jù)設(shè)計(jì)需要選學(xué)參考書籍，查閱相關(guān)手冊(cè)、圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力；(3)通過電路方案的分析、論證和比較，設(shè)計(jì)計(jì)算和選取元器件、電路組裝、調(diào)試和檢測(cè)等環(huán)節(jié)，提高自身動(dòng)手能力；(4)通過課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)獨(dú)立設(shè)計(jì)能力、提高綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，同時(shí)也有助于為以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的

3、基礎(chǔ)；(5)隨著人們生活水平的提高，如何實(shí)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(jiǎn)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睞。2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求2.1 基本功能(1)密碼為6位，當(dāng)輸入密碼與設(shè)置密碼一致時(shí)開鎖；(2)當(dāng)輸入密碼與設(shè)置密碼不一致時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并用LED表示關(guān)鎖狀態(tài)；(3)密碼可以修改。2.2 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求(1) 該電子鎖的密碼為六位二進(jìn)制數(shù)，共設(shè)有8組密碼;(2) 輸入密碼按確定鍵后，若密碼正確則綠燈亮；若密碼不正確，則紅燈亮，同時(shí)電路發(fā)出報(bào)警信號(hào);(3) 若輸入密碼后不按確定鍵則電路無(wú)現(xiàn)象。3

4、設(shè)計(jì)方案與論證3.1 工作原理及方案選擇自己設(shè)計(jì)制作數(shù)字電子密碼鎖，可以使用各種集成（譯碼器，555定時(shí)器，觸發(fā)器），也可以采用單片機(jī)（如89C51）。由于自己知識(shí)范圍的限制，并且為了進(jìn)一步掌握數(shù)字電子技術(shù)的基本理論及實(shí)驗(yàn)調(diào)試技術(shù)，我在這次課程設(shè)計(jì)中采用集成芯片及門電路設(shè)計(jì)數(shù)字電子密碼鎖的設(shè)計(jì)方法。3.1.1 方案一設(shè)計(jì)選用單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)的核心元件，利用單片機(jī)靈活的編程設(shè)計(jì)和豐富的I/O端口，及其控制的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)基本的密碼鎖功能。在單片機(jī)的外圍電路外接輸入鍵盤用于密碼的輸入和一些功能的控制，外接芯片用于密碼的存儲(chǔ)，外接LCD顯示器用于顯示作用。當(dāng)用戶需要開鎖時(shí)，先按鍵盤開鎖鍵之后按鍵盤的數(shù)

5、字鍵輸入密碼。密碼輸完后按下確認(rèn)鍵，如果密碼輸入正確則開鎖，不正確顯示密碼錯(cuò)誤重新輸入密碼，當(dāng)三次密碼錯(cuò)誤則發(fā)出報(bào)警。除上述基本的密碼鎖功能外，聲光提示等功能，依據(jù)實(shí)際的情況還可以添加遙控功能。3.1.2 方案二設(shè)計(jì)選用各種集成芯片作為本設(shè)計(jì)的核心元件，采用邏輯開關(guān)及74LS138譯碼器組成密碼輸入部分。74LS175D觸發(fā)器與密碼輸入部分不同的接線方式可修改密碼。555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)開鎖或者報(bào)警。3.2 電路設(shè)計(jì)方案的比較方案一：用51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，其優(yōu)點(diǎn)是硬件電路簡(jiǎn)單，功能很多，拓展方便，編程設(shè)計(jì)靈活多樣和I/O端口豐富，控制準(zhǔn)確。但是單片機(jī)要求知識(shí)廣泛，需要對(duì)硬件有

6、較好的認(rèn)識(shí)和一定的編程能力。再者，單片機(jī)加上外圍的設(shè)備費(fèi)用要比單用集成芯片打。方案二：用各種集成芯片及門電路來(lái)設(shè)計(jì)，優(yōu)點(diǎn)是電路理解輕松，設(shè)計(jì)比較順暢，用已有的知識(shí)就可以設(shè)計(jì)。但是電路連線比較繁雜，需要一些邏輯器件，智能化大大降低，并且能拓展的功能比較少。3.3 總體電路框圖密碼驗(yàn)證模塊計(jì)時(shí)模塊開鎖信號(hào)報(bào)警信號(hào)密碼輸入確定輸入邏輯組合模塊修改密碼鎖住輸入圖3-1 總體設(shè)計(jì)框圖4 單元電路的設(shè)計(jì)4.1 密碼輸入及驗(yàn)證電路模塊此模塊主要是用輸入鍵盤和74LS138實(shí)現(xiàn)，輸入鍵盤為六個(gè)邏輯開關(guān);74LS138為3線-8線譯碼器。74LS138每個(gè)輸出端為0時(shí)都有唯一的輸入碼，所以可以把G1 、G2A

7、、G2 B 、C 、B、 A作為密碼輸入端，與輸入鍵盤相連,共有26=64種輸入情況。Y0Y7只需要選擇其中一端作為密碼驗(yàn)證信號(hào)輸出就行了。電路連接圖如圖4-1圖4-1 密碼輸入表4-1 74LS138真值表輸入輸出G1G2A+G2BC B AY0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y70XX X X1 1 1 1 1 1 1 1X1X X X1 1 1 1 1 1 1 1100 0 00 1 1 1 1 1 1 1100 0 11 0 1 1 1 1 1 1100 1 01 1 0 1 1 1 1 1100 1 11 1 1 0 1 1 1 1101 0 01 1 1 1 0 1 1 11

8、01 0 11 1 1 1 1 0 1 1101 1 01 1 1 1 1 1 0 1101 1 11 1 1 1 1 1 1 04.2 密碼修改及鎖定模塊此模塊采用八個(gè)單刀單擲開關(guān)控制，通過閉合不同開關(guān)來(lái)達(dá)到改變密碼的目的，開關(guān)左端分別連接74LS138的Y0Y7密碼輸出端，右端連接74LS175。如圖4-2圖4-2 密碼修改及鎖定模塊Y0-Y7通過閉合不同開關(guān)選擇密碼，共有8個(gè)選擇，也就是修改密碼時(shí)，只有8個(gè)不同的固定密碼可以選，故密碼和密碼選擇端對(duì)應(yīng)表如表4-2表4-2 密碼和密碼選擇端對(duì)應(yīng)表密碼設(shè)定端的連接密碼Y0100000Y1100001Y2100010Y3100011Y41001

9、00Y5100101Y6100110Y7100111該模塊是預(yù)先選擇密碼，即譯碼器的8個(gè)輸出端口分別連接到邏輯開關(guān)8個(gè)接口上面，這樣就可以實(shí)現(xiàn)選擇密碼的功能，但是密碼只有固定的8種。然后D觸發(fā)器再把密碼驗(yàn)證模塊送來(lái)的驗(yàn)證結(jié)果存住。在按下確定鍵時(shí)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器送過來(lái)的上升沿使觸發(fā)器做出反應(yīng)。如表4-3 D觸發(fā)器真值表。表4-3 74LS175D觸發(fā)器真值表輸入輸出CLKDQ0011X保持4.3 計(jì)時(shí)模塊單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)和一個(gè)暫態(tài)，在外界觸發(fā)脈沖的作用下。電路從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫態(tài)，然后在暫穩(wěn)態(tài)停留一段時(shí)間Tw后又自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)，并在輸出端產(chǎn)生一個(gè)寬度為Tw的矩形脈沖。Tw只與電路本身的參數(shù)

10、有關(guān)，與觸發(fā)脈沖無(wú)關(guān)。通常把Tw稱為脈沖寬度。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器也是一種重要的時(shí)序邏輯電路，它和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不同，只有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，另一個(gè)是暫穩(wěn)態(tài)，經(jīng)過一段延遲時(shí)間后，將自動(dòng)返回穩(wěn)定狀態(tài)。這個(gè)延遲時(shí)間一般稱為暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間，是由電路中有關(guān)的電阻電容時(shí)間常數(shù)確定的。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)要靠觸發(fā)脈沖的觸發(fā)才行，有的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是由觸發(fā)脈沖的上升沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的；有的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是靠觸發(fā)脈沖的下降沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的。圖4-3 單穩(wěn)態(tài)和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器觸發(fā)方式的異同如圖是用555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路和其工作波形，圖中R、C為外接定時(shí)元件，輸入觸發(fā)信號(hào)u1加至低觸發(fā)TR端，由OUT端輸出信號(hào)，控制端CO不用時(shí)一般均通過0.01u

11、f接地，以防干擾。圖4-4 555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路和其工作波形此模塊采用555電路單穩(wěn)態(tài)的一種變形，如圖4-5定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。圖4-5 555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器按下確定開關(guān)將在時(shí)基電路輸出端OUT（第3引腳）產(chǎn)生高電平，經(jīng)延時(shí)Tx后，輸出端OUT將保持低電平不變。當(dāng)按鈕按下時(shí)C1儲(chǔ)存的電荷通過J7泄放，2腳TR受低電平觸發(fā)，555置位，3腳輸出高電平。松開按鈕后，定時(shí)即開始，此時(shí)電源通過電阻R1向C1充電，使C1兩端電平不斷升高，當(dāng)升至2/3Vcc時(shí)，時(shí)基電路復(fù)位，定時(shí)結(jié)束，3腳輸出低電平。Tw=1.1RC (4-1)暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間Tw4.4 邏輯組合模塊此模塊的兩個(gè)輸入端是接鎖定

12、模塊的輸出端A和計(jì)時(shí)模塊的輸出端B。兩個(gè)輸出端分別接開鎖指示燈S和報(bào)警指示燈J。它們的真值表如表4-4表4-4 開鎖指示燈S和報(bào)警指示燈J的真值表A BS J0 01 10 10 11 01 11 11 0由此可以選用74LS08，實(shí)現(xiàn)該模塊的邏輯功能A的非直接用74LS175的3引腳輸出。其連接圖如圖4-6,開鎖指示燈S和報(bào)警指示燈J邏輯電路圖。圖4-6 開鎖指示燈S和報(bào)警指示燈J邏輯電路圖5 硬件的制作與調(diào)試5.1 電路板中元器件的布局在設(shè)計(jì)印制電路板時(shí)，應(yīng)盡量將相互關(guān)聯(lián)的元器件擺放在一起，以避免因元器件離得太遠(yuǎn)而造成印制線過長(zhǎng)所帶來(lái)的干擾；再者，將輸人信號(hào)和輸出信號(hào)盡量放置在引線端口附近

13、，以避免因耦合路徑而產(chǎn)生的干擾。在印制電路板上，將正、負(fù)載流導(dǎo)線分別緊靠布在印制電路板的兩面，并設(shè)法使之保持平行，因?yàn)槠叫芯o靠的正、負(fù)載流導(dǎo)體所產(chǎn)生的外部磁場(chǎng)是趨向于相互抵消的。布線之間的電磁耦合是通過電場(chǎng)和磁場(chǎng)進(jìn)行的，因此在布線時(shí)，應(yīng)注意對(duì)電場(chǎng)與磁場(chǎng)耦合的抑制。對(duì)電場(chǎng)的抑制方法如下：(1)盡量增大線間的距離，使電容耦合為最小；(2)采用靜電屏蔽，屏蔽層要接地；(3)降低敏感線路的輸人阻抗。對(duì)磁場(chǎng)的抑制方法如下：(1)減小干擾源和敏感電路的環(huán)路面積；(2)增大線問的距離，使耦合干擾源與敏感電路之間的互感盡可能小；(3)最好使干擾源與敏感電路呈直佃布線，以便大大降低線路之間的耦合。5.2 電路焊

14、接與調(diào)試5.2.1 正確使用電烙鐵 1、電烙鐵使用前要上錫，具體方法是：將電烙鐵燒熱，待剛剛能熔化焊錫時(shí)，涂上助焊劑(松香)，再用焊錫均勻地涂在烙鐵頭上，使烙鐵頭均勻的吃上一層錫(亮亮的薄薄的就可以)。 2、在進(jìn)行普通焊接的時(shí)候(比如在萬(wàn)能板上焊接直插式元件)，一手烙鐵，一手焊錫絲，靠近根部，兩頭輕輕一碰，一個(gè)焊點(diǎn)就形成了。焊點(diǎn)理想的形狀是一坨屎那種。 3、在萬(wàn)能板上焊接直插元件時(shí)，要將引腳盡量插到底。 4、焊接時(shí)間不宜過長(zhǎng)，否則容易燙壞元件，必要時(shí)可用鑷子夾住管腳幫助散熱。 5、焊接完成后，要用酒精把線路板上殘余的助焊劑清洗干凈，以防炭化后的助焊劑影響電路正常工作。 4、電烙鐵應(yīng)放在烙鐵架上

15、。 5.2.2 元件焊接順序 先難后易，先低后高，先貼片后插裝。 宗旨：焊接方便，節(jié)省時(shí)間。 先焊接難度大的，這主要是指管腳密集的貼片式集成芯片。如果把這些難度大的放于最后焊接，一旦焊接失敗把焊盤搞壞，那就會(huì)前功盡棄。先低后高，先貼片后插裝。這樣焊接起來(lái)方便。如先把高的元件焊接了，有可能妨礙其他元件的焊接，尤其是高大的元件密集眾多的時(shí)候。如果先焊接插裝的元件，電路板就會(huì)在焊臺(tái)上放不平，影響焊接心情。5.2.3 電路調(diào)試(1)檢查電路連線是否正確，包括錯(cuò)線、少線和多線。(2)按照電路圖檢查安裝的線路(3)按照實(shí)際線路來(lái)對(duì)照原理電路進(jìn)行查線這是一種以元件為中心進(jìn)行查線的方法。把每個(gè)元件（包括器件）

16、引腳的連線一次查清，檢查每個(gè)引腳的去處在電路圖上是否存在。為了防止出錯(cuò)，對(duì)于已查過的線通常應(yīng)在電路圖上做出標(biāo)記，最好用指針式萬(wàn)用表“×1”擋，或數(shù)字式萬(wàn)用表“擋”的蜂鳴器來(lái)測(cè)量，而且直接測(cè)量元器件引腳，這樣可以同時(shí)發(fā)現(xiàn)接觸不良的地方。6 總結(jié)剛開始的時(shí)候，由于對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)不是很透徹，不知道從哪里開始入手。從網(wǎng)上搜集了譯碼器，觸發(fā)器,計(jì)時(shí)器等很多內(nèi)容，從書上的原型有了基本的認(rèn)識(shí)畫了電路圖。算好了參數(shù)，我就開始仿真。開始仿真時(shí),明明按照自己設(shè)計(jì)的電路圖來(lái)畫,可是結(jié)果就是與理論的不一樣。我查了很久沒有結(jié)果，于是和同學(xué)討論，并且重新查了各個(gè)芯片的引腳圖，一對(duì)比才知道自己接的線路有幾處錯(cuò)誤

17、，比如74ls138的密碼輸入端。經(jīng)過一周的仿真，我最終把電路成功地設(shè)計(jì)完善，得到的結(jié)果與理論幾乎一致。經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)各個(gè)集成電路：定時(shí)器，觸發(fā)器，譯碼器等有了更加深刻的理解，對(duì)課程設(shè)計(jì)有了了解，對(duì)自己制作電子設(shè)計(jì)有了濃厚的興趣。但是更加深刻的是，我理解了“讀萬(wàn)卷書，行萬(wàn)里路”這句話的深刻含義。在以后的專業(yè)學(xué)習(xí)中，我將會(huì)注重實(shí)踐，將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中去，以便更好的學(xué)習(xí)知識(shí)。最后由衷的感謝劉筠筠老師辛勤的指導(dǎo)，還有小伙伴的團(tuán)結(jié)合作！參考文獻(xiàn)1 江曉安.董秀峰. 數(shù)字電子技術(shù)（第三版）. 西安:西安電子科技大學(xué)出版社,20082 楊力.文剛. 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì). 北京:中國(guó)電力出版社,20093 陳明義. 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)實(shí)用教程. 長(zhǎng)沙:中南大學(xué)出版社,20104 孫麗霞. 實(shí)用電子電路設(shè)計(jì)與調(diào)試（數(shù)字電