三維密碼開(kāi)關(guān) 電子工程系專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文

1、東 莞 理 工 學(xué) 院專 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：三維密碼開(kāi)關(guān)學(xué)生姓名：徐前智 學(xué) 號(hào)：200631307213系 別：電子工程系專業(yè)班級(jí)：06電子信息工程技術(shù)2班指導(dǎo)教師姓名及職稱：楊杰 副教授起止時(shí)間：2009年2月 2009年6月摘要設(shè)計(jì)了一套三維電子密碼開(kāi)關(guān)設(shè)備，利用電路的高低電平使EN555電路工作在不同的狀態(tài)來(lái)控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)與斷，只要是用來(lái)做成數(shù)字密碼鎖，在現(xiàn)實(shí)生活中經(jīng)?？梢钥吹胶陀玫?。由于該電路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，成本低，功能強(qiáng)大，防盜極高等，在一些要求保密防盜性比較高的系統(tǒng)和設(shè)備都需要用到。本文的電子密碼開(kāi)關(guān)利用數(shù)字邏輯電路，核心部件是十進(jìn)制計(jì)數(shù)分頻器CD4017,實(shí)現(xiàn)對(duì)門的電

2、子控制，并且有各種附加電路保證電路能夠安全工作，有極高的安全系數(shù)。關(guān)鍵詞 電子密碼鎖 電壓比較器 555單穩(wěn)態(tài)電路目錄1引言.22主要元器件的有關(guān)資料.22.1 十進(jìn)制計(jì)數(shù)分頻器CD4017 22.2 EN555集成電路.4繼電器 .83總體方案設(shè)計(jì).88.9.94設(shè)計(jì)過(guò)程和調(diào)試.1041操作限時(shí)控制開(kāi)關(guān)電路.1042偽碼和封鎖電路1143操作順序加次數(shù)控制電路、開(kāi)關(guān)控制電路.125總結(jié) 14附錄14參考文獻(xiàn)16致謝161引言隨著人們生活水平的提高，如何實(shí)現(xiàn)家庭防盜這一問(wèn)題也變得尤其的突出，大到大公司、大集團(tuán)等對(duì)防盜保密安全這一問(wèn)題更為重視，防盜保密性對(duì)每個(gè)國(guó)家來(lái)說(shuō)更是一個(gè)首要的要加強(qiáng)鞏固的問(wèn)

3、題。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的同時(shí),防盜保密也不斷地發(fā)展越來(lái)越先進(jìn)，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(jiàn)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昵。設(shè)計(jì)本課題時(shí)構(gòu)思了兩種方案：一種是用以AT89C2051為核心的單片機(jī)控制方案；另一種是用以十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4017構(gòu)成的數(shù)字邏輯電路控制方案。考慮到單片機(jī)方案原理復(fù)雜，而且調(diào)試較為繁瑣，所以本文采用后一種方案。  2主要元器件的有關(guān)資料 十進(jìn)制計(jì)數(shù)分頻器CD4017cd4017是常用的coms十進(jìn)制計(jì)數(shù)器芯片，常用在各種數(shù)字電路中的記數(shù)脈沖等功能電路中，應(yīng)用十分的廣泛. CD4017的引腳圖和

4、原理十進(jìn)制計(jì)數(shù)分頻器CD4017，其內(nèi)部由計(jì)數(shù)器及譯碼器兩部分組成，由譯碼輸出實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖信號(hào)的分配，整個(gè)輸出時(shí)序就是O0、O1、O2、O9依次出現(xiàn)與時(shí)鐘同步的高電平，寬度等于時(shí)鐘周期。CD4017有10個(gè)輸出端（O0O9）和1個(gè)進(jìn)位輸出端O5-9。每輸入10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，O5-9就可得到1個(gè)進(jìn)位正脈沖，該進(jìn)位輸出信號(hào)可作為下一級(jí)的時(shí)鐘信號(hào)。CD4017有3個(gè)輸（MR、CP0和CP1），MR為清零端，當(dāng)在MR端上加高電平或正脈沖時(shí)其輸出O0為高電平，其余輸出端（O1O9）均為低電平。CP0和CPl是2個(gè)時(shí)鐘輸入端，若要用上升沿來(lái)計(jì)數(shù)，則信號(hào)由CP0端輸入；若要用下降沿來(lái)計(jì)數(shù)，則信號(hào)由CPl端輸入。

5、設(shè)置2個(gè)時(shí)鐘輸入端，級(jí)聯(lián)時(shí)比較方便，可驅(qū)動(dòng)更多二極管發(fā)光。由此可見(jiàn)，當(dāng)CD4017有連續(xù)脈沖輸入時(shí)，其對(duì)應(yīng)的輸出端依次變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài)，故可直接用作順序脈沖發(fā)生器。引出端功能符號(hào)CO：進(jìn)位脈沖輸淵CP：時(shí)鐘輸入端CR：清除端INH：禁止端Q0-Q9 計(jì)數(shù)脈沖輸出端VDD：正電源VSS：地真值表輸入輸出CP INH CR Q0-Q9 CO× × H Q0 L LH L計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)脈沖為Q0-Q4時(shí)：CO=HL × L × L× L保持為Q5-Q9時(shí)：CO=Lcd4017管腳圖 cd4017管腳功能介紹cd4017引腳功能:芯片有10個(gè)譯碼輸出Q0Q9;

6、MR為清零端,CP0和CPl是2個(gè)時(shí)鐘輸入端,三個(gè)輸出端的控制. 0Y1Y2Y。每個(gè)譯碼輸出一般處于低電平,且在時(shí)鐘脈沖由低到高的上升沿輸出高電平;每個(gè)高電平輸出維持1個(gè)時(shí)鐘周期;每輸入10個(gè)時(shí)鐘脈沖,輸出一個(gè)進(jìn)位脈沖,因而進(jìn)位輸出信號(hào)可作為下一級(jí)計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào).在清零輸入端(R)加高電平或正脈沖時(shí),只有輸出端Q0為高電平,其余各輸出端都為低電平"0".2.2 EN555集成電路555定時(shí)器可以說(shuō)是模擬電路與數(shù)字電路結(jié)合的典范。 555定時(shí)器原理圖555定時(shí)器原理圖及引線排列如圖9、1所示圖9、1 555定時(shí)器內(nèi)部框圖 圖9、2 555定時(shí)器引腳排列表9、1 555定時(shí)器

7、的功能表其功能見(jiàn)表9、1。定時(shí)器內(nèi)部由比較器、分壓電路、RS觸發(fā)器及放電三極管等組成。555定時(shí)器由3個(gè)阻值為5k的電阻組成的分壓器、兩個(gè)電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器、放電三極管TD和緩沖反相器G4組成。虛線邊沿標(biāo)注的數(shù)字為管腳號(hào)。其中，1腳為接地端；2腳為低電平觸發(fā)端，由此輸入低電平觸發(fā)脈沖；6腳為高電平觸發(fā)端，由此輸入高電平觸發(fā)脈沖；4腳為復(fù)位端，輸入負(fù)脈沖（或使其電壓低于0.7V）可使555定時(shí)器直接復(fù)位；5腳為電壓控制端，在此端外加電壓可以改變比較器的參考電壓，不用時(shí)，經(jīng)0.01uF的電容接地，以防止引入干擾；7腳為放電端，555定時(shí)器輸出低電平時(shí)，放電晶體管TD導(dǎo)通，外接電容

8、元件通過(guò)TD放電；3腳為輸出端，輸出高電壓約低于電源電壓1V3V，輸出電流可達(dá)200mA，因此可直接驅(qū)動(dòng)繼電器、發(fā)光二極管、指示燈等；8腳為電源端，可在5V18V范圍內(nèi)使用。 2.1.2 555定時(shí)器工作原理555定時(shí)器工作時(shí)過(guò)程分析如下： 5腳經(jīng)0.01uF電容接地，比較器C1和C2的比較電壓為：UR1=2/3VCC、UR2=1/3VCC。 當(dāng)VI12/3VCC，VI21/3VCC時(shí)，比較器C1輸出低電平，比較器C2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器置0，G3輸出高電平，放電三極管TD導(dǎo)通，定時(shí)器輸出低電平。 當(dāng)VI12/3VCC，VI21/3VCC時(shí)，比較器C1輸出高電平，比較器C2輸出高電平。5

9、55定時(shí)器可以說(shuō)是模擬電路與數(shù)字電路結(jié)合的典范。兩個(gè)比較器 C1和 C2各有一個(gè)輸入端連接到三個(gè)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(jí)和放電管。輸出級(jí)的驅(qū)動(dòng)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(gè)輸入端觸發(fā)輸入和閾值輸入，可判斷出RS觸發(fā)器的輸出狀態(tài)。當(dāng)復(fù)位端為低電平時(shí)，RS觸發(fā)器被強(qiáng)制復(fù)位。若無(wú)需復(fù)位操作，復(fù)位端應(yīng)接高電平。555 定時(shí)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 工藝制作的稱為 7555，除單定時(shí)器外，還有對(duì)應(yīng)的雙定時(shí)器 556/7556。555 定時(shí)

10、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(dòng)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(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)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(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測(cè)量及自動(dòng)控制等方面。555 定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排列圖分別如圖 和圖 2.9.2 所示。它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè) RS 觸發(fā)器，一個(gè)放電管 T 及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC /3 和 2VCC /3 555 定

11、時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)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(shí)，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(shí) 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。 555定時(shí)器是一種數(shù)字與模擬混合型的中規(guī)模集成電路，應(yīng)用廣泛。外

12、加電阻、電容等元件可以構(gòu)成多諧振蕩器，單穩(wěn)電路，施密特觸發(fā)器等。2典型應(yīng)用(1)、構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 電路如圖9、2所示，接通電源電容C充電（至2/3Vcc）RS觸發(fā)器置0V0=0，T導(dǎo)通，C放電，此時(shí)電路處于穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)2加入VI<1/3Vcc時(shí)，RS觸發(fā)器置1，輸出V0=1，使T 截止。電容C開(kāi)始充電，按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)電容C充電到2/3Vcc時(shí)，A1翻轉(zhuǎn)，使輸出V0=0。此時(shí)T又重新導(dǎo)通，C很快放電，暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束，恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，為下一個(gè)觸發(fā)脈沖的到來(lái)作好準(zhǔn)備。其中輸出V0脈沖的持續(xù)時(shí)間tw=1.1RC,一般取R=1k-10M，C>1000PF,只要滿足VI的重復(fù)周期大于tp

13、0 ,電路即可工作，實(shí)現(xiàn)較精確的定時(shí)。圖9、3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖9、4 多諧振蕩器(2) 多諧振蕩器    電路如圖9、4所示，電路無(wú)穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，亦不需外加觸發(fā)信號(hào)，即可產(chǎn)生振蕩（振蕩過(guò)程自行分析）。電容 C在1/3Vcc-2/3Vcc之間充電和放電，輸出信號(hào)的振蕩參數(shù)為：         周期 T=C(R1+2R2)          頻率 f=1/T=1.44/(

14、R1+2R2)C,         占空比 D=( R1+R2 )/( R1+2R2)。555電路要求R1與R2 均應(yīng)大于或等于1k ，使R1+R2 應(yīng)小于或等于3.3M。 (3)密特觸發(fā)器    電路如圖9、4所示。Vs為正弦波，經(jīng)D半波整流到555定時(shí)器的2腳和6腳，當(dāng)Vi上升到2/3Vcc時(shí)，V0從10;Vi下降到1/3Vcc時(shí)，V0又從01 。電路的電壓傳輸特性如圖9、5所示。回差電壓：V=1/3Vcc. 圖9、5 施密特觸發(fā)器圖9、6 電壓傳輸特性2.3繼電器繼電器

15、是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路作用。3總體方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)思路共設(shè)了7個(gè)用戶輸入鍵，其中只有4個(gè)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(dòng)清零，原先輸入的密碼無(wú)效，電路進(jìn)入計(jì)時(shí)工作狀態(tài),繼電器不工作,密碼按鍵變成無(wú)效,需要等待時(shí)間后重新輸入；在還可以加入報(bào)警電路,如果用戶輸入密碼的時(shí)間超過(guò)24秒（一般情況下，用戶不會(huì)超過(guò)24秒，若用戶覺(jué)得不便，還可以修改）?？傮w方框圖電源 繼電器工作單穩(wěn)啟動(dòng) 繼電器不

16、工作放電計(jì)時(shí)偽碼電路啟動(dòng)偽碼級(jí)聯(lián)電路工作按密碼執(zhí)行電路工作二極管發(fā)光密碼正確后級(jí)電路開(kāi)啟設(shè)計(jì)原理分析電路由兩大部分組成：繼電器啟動(dòng)電路和密碼鎖電路。繼電器啟動(dòng)電路是通過(guò)操作限時(shí)控制開(kāi)關(guān)電路,是控制密碼鎖電路能否正常工作的電路。密碼鎖電路包含：操作順序加次數(shù)控制電路、開(kāi)關(guān)控制電路、偽碼和封鎖電路。本電路如下圖1所示：圖14設(shè)計(jì)和調(diào)試41操作限時(shí)控制開(kāi)關(guān)電路本設(shè)計(jì)的操作限時(shí)控制開(kāi)關(guān)電路的最初設(shè)計(jì)圖如初圖（1）。這部分電路由555電路（IC1）及R3、C1和繼電器K1組成。IC1和R3、C1組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，當(dāng)按下SB1時(shí)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，3腳輸出高電平平使繼電器K1吸合，將后級(jí)電源接通，為后面的操

17、作限定24秒的時(shí)間。超過(guò)限定時(shí)間后，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器自動(dòng)復(fù)位，繼電器K1將后級(jí)電源屢斷開(kāi)并使前面的操作失效。由于初步設(shè)計(jì)時(shí)，繼電器的工作狀態(tài)不太穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)多次的試驗(yàn)和修改最后調(diào)試出了比較穩(wěn)定電路，其圖如最終設(shè)計(jì)圖（）。初期設(shè)計(jì)部分圖(1)最終設(shè)計(jì)部分圖（）42偽碼和封鎖電路IC2和R7、C5組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，此電路和IC1組成的電路的功能基本上是一樣的，它是由偽碼鍵控制。當(dāng)按動(dòng)偽碼鍵的任一鍵時(shí)，電源經(jīng)R1和按鍵首先使VT1導(dǎo)通，使IC1的強(qiáng)復(fù)位腳4腳經(jīng)VT1接地，IC1被強(qiáng)行復(fù)位，3腳輸出低電平，繼電器K1斷開(kāi)后級(jí)電源。同時(shí)使VT2導(dǎo)通產(chǎn)生一個(gè)負(fù)向脈沖觸發(fā)IC2翻轉(zhuǎn)，IC2的3腳輸出高電平，通過(guò)V

18、D2、R5加至VT1的基極，使VT1在按鍵松開(kāi)后繼續(xù)保持導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)對(duì)IC1的封鎖功能。這時(shí)即使再按SB1，IC1也不會(huì)動(dòng)作。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器IC1和IC2的單穩(wěn)時(shí)間可根據(jù)實(shí)際需要來(lái)確定，其時(shí)間計(jì)算公式為T=1.1RTCT。其中IC1單穩(wěn)時(shí)間由R3、C1來(lái)計(jì)算，IC2的單穩(wěn)時(shí)間可由R7、C5來(lái)計(jì)算。通過(guò)多次的分析和研究，最后確定的方案如最終設(shè)計(jì)部分圖（）。初期設(shè)計(jì)部分圖()最終設(shè)計(jì)部分圖（）43操作順序加次數(shù)控制電路、開(kāi)關(guān)控制電路操作順序加次數(shù)控制電路由3只十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4017組成。其中C7-C9與R11-R13組成3個(gè)計(jì)數(shù)器各自的清零電路。按鍵SB5-SB7與R8-R10組成3只計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈

19、沖輸入電路,SA1-SA3組成按動(dòng)次數(shù)預(yù)置開(kāi)關(guān),通過(guò)預(yù)置開(kāi)關(guān)可根據(jù)需要更換預(yù)置次數(shù)。VT3-VT4為了3級(jí)計(jì)數(shù)器的級(jí)聯(lián)控制開(kāi)關(guān),開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通受上一級(jí)計(jì)數(shù)器輸出的高電平的控制,只有上一級(jí)計(jì)數(shù)器達(dá)到了預(yù)置次數(shù),它輸出的高電平才會(huì)通過(guò)預(yù)置開(kāi)關(guān)SA加至下一級(jí)開(kāi)關(guān)管的基極使其導(dǎo)通,將下級(jí)計(jì)數(shù)器的接地端接通使其工作。此電路在工作時(shí)出現(xiàn)了很多問(wèn)題非常不穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)多次和老師一起分析研究終于找到了一個(gè)解決這問(wèn)題的方法，就是把后兩個(gè)集成電路IC3和IC4的8腳接上一個(gè)上拉電阻。這樣電路就比較穩(wěn)定，其原理圖部分圖如下：初期設(shè)計(jì)部分圖()最終設(shè)計(jì)部分圖（）經(jīng)過(guò)2個(gè)多月的時(shí)間終于完成了這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了不

20、少的問(wèn)題，不過(guò)在老師的幫助下終于一一解決了，做出了一個(gè)比較不錯(cuò)的設(shè)計(jì)。5總結(jié)以上為實(shí)習(xí)期間所設(shè)計(jì)的電子密碼鎖電路，它經(jīng)過(guò)多次修改和整理，以是一個(gè)比較不錯(cuò)的設(shè)計(jì)，可以滿足人們的基本要求，但因?yàn)樗接邢?，此電路中也存在一定的?wèn)題，這需要一段時(shí)間的進(jìn)一步改進(jìn)，如果有好的意見(jiàn)，希望老師給以支持。通過(guò)這三個(gè)月的學(xué)習(xí)，我感覺(jué)有很大的收獲。首先，通過(guò)學(xué)習(xí)使自己對(duì)課本上的知識(shí)可以應(yīng)用于實(shí)際，使的理論與實(shí)際相結(jié)合，加深自己對(duì)課本知識(shí)的更好理解，同時(shí)實(shí)習(xí)也段練了我個(gè)人的動(dòng)手能力。能夠充分利用圖書(shū)館去查閱資料，增加了許多課本以外的知識(shí)。對(duì)我們學(xué)生來(lái)說(shuō)，理論與實(shí)際同樣重要，這是我們以后在工作中說(shuō)明自己能力的一個(gè)重要標(biāo)

21、準(zhǔn)。 通過(guò)自己的努力和老師的指導(dǎo)下，畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了。看著兩個(gè)多月的勞動(dòng)成果，心里特別的激動(dòng)。從查閱資料，到方案確定，到制作過(guò)程，到看到設(shè)計(jì)成功完成。最難忘的莫過(guò)于設(shè)計(jì)過(guò)程中所遇到的困難，以及和老師一起研究解決問(wèn)題的過(guò)程了。從查閱資料開(kāi)始明白了互相溝通與互相幫助的重要。我看完了老師介紹給我們的資料外，還到圖書(shū)館去查閱有關(guān)的資料，力求設(shè)計(jì)完美。而且我每看完一本都會(huì)交換對(duì)資料的意見(jiàn)與想法，遇到難懂的就找老師一起研究，一起解決。從制作過(guò)程懂得了事情總是曲折前進(jìn)的。本以為方案確定了，元件購(gòu)買好了，制作只是把元件焊接好就行了。到了制作的時(shí)候才知道自己的想法太簡(jiǎn)單了。我們?yōu)榱税踩鹨?jiàn)，先在“萬(wàn)能板”上試驗(yàn)，把一個(gè)元件插上，又用電線連上，通上電源不行，才發(fā)現(xiàn)不是這條線松了，就是那個(gè)元件接觸不良。每次接上電源前都滿懷希望，但每次結(jié)果都讓人失望。幸好我們對(duì)方案有足夠的信心，在我們的堅(jiān)持不懈下，方案終于成功。終于可以把元件焊接到真正的電路板上。從設(shè)計(jì)結(jié)果知道自己的不足。設(shè)計(jì)的完成了，也達(dá)到了方案的要求。但設(shè)計(jì)也存在不足。如外表不夠美觀，主要是沒(méi)有將電路圖做成PCB板，這是因?yàn)樽约篜ROTEL學(xué)得不夠好，加上將