數(shù)字式電子鎖

1、 課程設(shè)計(jì) 課程名稱：電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目： 無線電控鎖的設(shè)計(jì) 院 系： 電氣信息學(xué)院 指導(dǎo)教師： 谷 雷 專 業(yè)： 電子信息工程 學(xué) 號(hào)： 43 號(hào) 姓 名： 張平 長春建筑學(xué)院2016年 7月 1日 設(shè)計(jì)鑒定學(xué)生姓名班 級(jí)學(xué) 號(hào)設(shè)計(jì)期間表現(xiàn)總評指導(dǎo)教師綜合評語成 績指導(dǎo)教師目錄第一章 設(shè)計(jì)目的4第二章 設(shè)計(jì)要求5第三章 總體方案6第四章 具體實(shí)現(xiàn)7第五章 心得體會(huì)8參考文獻(xiàn)9 第一章 設(shè)計(jì)目的1.1設(shè)計(jì)背景 現(xiàn)代電子技術(shù)的快速發(fā)展,使得數(shù)字電子技術(shù)廣泛地應(yīng)用在自動(dòng)化領(lǐng)域中。在生活或工業(yè)領(lǐng)域中，電子密碼鎖是一種通過密碼輸入來控制電路或是芯片工作，從而控制機(jī)械開關(guān)的閉合，完成開鎖、閉

2、鎖任務(wù)的電子產(chǎn)品。它的種類很多，有簡易的電路產(chǎn)品，也有基于芯片的性價(jià)比較高的產(chǎn)品。數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)對所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)是一次實(shí)踐檢測的過程。本文的電子密碼鎖是利用集成數(shù)字芯片和數(shù)字邏輯電路，實(shí)現(xiàn)對門的電路控制，并且有各種附加電路保證電路能夠安全工作，具有極高的安全系數(shù)。該系統(tǒng)主要由密碼存儲(chǔ)電路，比較電路，開鎖輸入電路，報(bào)警電路，鎖體組成。密碼存儲(chǔ)電路與比較電路主要由開關(guān)和集成芯片74LS85構(gòu)成，開鎖輸入主要由74LS194移位寄存器及相應(yīng)開關(guān)構(gòu)成，報(bào)警電路主要由555芯片、74LS90、報(bào)警燈和蜂鳴器構(gòu)成，其中555產(chǎn)生1HZ周期脈沖，74LS90實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)和計(jì)時(shí)。電路中還包括一些邏輯門電

3、路，以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的邏輯功能。關(guān)鍵詞：數(shù)字密碼鎖，密碼存儲(chǔ)電路，比較電路，報(bào)警電路，開鎖輸入電路1.2目的：設(shè)計(jì)一個(gè)具有報(bào)警功能的四位數(shù)字式電子鎖本設(shè)計(jì)既可以使用集成電路和必要的元器件等，也可以使用單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)建數(shù)字密碼電子鎖。自行設(shè)計(jì)所需工作電源。電路組成原理框圖如圖1-1，數(shù)字密碼鎖的實(shí)際鎖體一般由電磁線圈、鎖栓、彈簧和鎖柜構(gòu)成。當(dāng)線圈有電流時(shí)，產(chǎn)生磁力，吸動(dòng)鎖栓，即可開鎖。反之則不開鎖。 圖1-1 數(shù)字式電子鎖原理框圖要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計(jì)工作量及技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、 課程設(shè)計(jì)工作量：1周。2、技術(shù)要求： （1）課程設(shè)計(jì)中，鎖體用LED代替（如“綠燈亮”表示

4、開鎖，“紅燈亮”表示閉鎖）。 （2）其密碼為4位二進(jìn)制代碼，密碼可以通過密碼設(shè)定電路自行設(shè)定。 （3）開鎖指令為串行輸入碼，當(dāng)開鎖密碼與存儲(chǔ)密碼一致時(shí)，鎖被打開。當(dāng)開鎖密碼與存儲(chǔ)密碼不一致時(shí)，可重復(fù)進(jìn)行，若連續(xù)三次未將鎖打開，電路則報(bào)警并實(shí)現(xiàn)自鎖。（報(bào)警動(dòng)作為響1分鐘，停10秒） （4）選擇電路方案，完成對確定方案電路的設(shè)計(jì)。計(jì)算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。安裝調(diào)試設(shè)計(jì)電路。第二章 設(shè)計(jì)要求（1）鎖體用LED代替， “綠燈亮”表示開鎖，“紅燈亮”表示閉鎖。（2）其密碼為4位二進(jìn)制代碼，密碼可以通過密碼設(shè)定電路自行設(shè)定。（3）開鎖指令為串行輸入碼，當(dāng)開鎖密碼與存儲(chǔ)

5、密碼一致時(shí)，鎖被打開。當(dāng)開鎖密碼與存儲(chǔ)密碼不一致時(shí)，可重復(fù)進(jìn)行，若連續(xù)三次未將鎖打開，電路則報(bào)警并實(shí)現(xiàn)自鎖。（報(bào)警動(dòng)作為響1分鐘，停10秒）（4）選擇電路方案，完成對確定方案電路的設(shè)計(jì)。計(jì)算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。安裝調(diào)試設(shè)計(jì)電路。第三章 總體方案3.1方案選擇 方案一電路及原理由單片機(jī)STC89C52作為核心元件的數(shù)字式電子鎖，分為硬件和軟件部分。在硬件部分中，由單片機(jī)最小系統(tǒng)、矩陣鍵盤、1602液晶顯示、聲光顯示這幾個(gè)部分，在軟件部分中，由矩陣鍵盤鍵值讀取、1602液晶顯示函數(shù)、延時(shí)模塊、密碼讀取模塊、密碼設(shè)置模塊、密碼比較模塊、聲光狀態(tài)模塊等。其電路圖

6、如圖3-1所示。 圖3-1方案一電路及原理方案二電路及原理 由移位寄存器構(gòu)成密碼輸入電路，由開關(guān)與集成數(shù)值比較器構(gòu)成密碼比較與存儲(chǔ)電路，集成芯片計(jì)數(shù)器 74LS90計(jì)數(shù)器記錄輸入錯(cuò)誤錯(cuò)誤的次數(shù)，并由555芯片組成電路及74LS90芯片構(gòu)成報(bào)警60秒停10秒的報(bào)警電路，紅燈亮表示閉鎖，綠燈亮表示開鎖，蜂鳴器響表示輸錯(cuò)三次報(bào)警，再加反饋回路實(shí)現(xiàn)對前面電路的控制。電路圖如圖3-2所示。圖3-2 方案二總電路圖方案三電路及原理 由移位寄存器構(gòu)成密碼輸入電路，有開關(guān)與非門構(gòu)成密碼比較與存儲(chǔ)電路，四個(gè)74LS192計(jì)數(shù)器分別構(gòu)成由輸入三次錯(cuò)誤，報(bào)警60秒停10秒連續(xù)三次的報(bào)警電路，燈泡亮表示報(bào)警，報(bào)警再加

7、反饋回路實(shí)現(xiàn)對前面電路的控制。電路圖如圖3-3所示。圖3-3 方案三總電路圖 3.2方案比較與確定通過以上的原理說明可知，方案一中，由單片機(jī)STC89C52作為核心元件的數(shù)字式電子鎖，實(shí)現(xiàn)了基本的密碼鎖功能，運(yùn)用具有可以寫入程序、按程序完成相關(guān)邏輯判斷和電平控制的單片機(jī)芯片可以大大降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，但是方案一更側(cè)重于程序設(shè)計(jì)，而本次課程設(shè)計(jì)是數(shù)字電子電路的設(shè)計(jì)，故方案一不合適。方案三中，運(yùn)用了數(shù)字芯片和邏輯門電路實(shí)現(xiàn)電子鎖功能，但電路較不成熟，且不如方案二簡潔清楚，故方案三也不合適。方案二中，利用集成數(shù)字芯片和邏輯門電路實(shí)現(xiàn)密碼鎖的功能，原理清楚，比較簡潔明了，適合本次課程設(shè)計(jì)。綜上所述，選擇

8、方案二作為本次課程設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案。第四章 具體實(shí)現(xiàn)4.1開鎖輸入電路 開鎖密碼輸入電路主要由移位寄存器74LS194及開關(guān)構(gòu)成，74LS194是四位雙向通用移位寄存器。功能包括串行輸入和并行輸出，有時(shí)鐘脈沖信號(hào)觸發(fā)。由功能表可知，當(dāng)S1=0,S0=1時(shí)，芯片處于右移串行輸入，當(dāng)CP端經(jīng)過四個(gè)上升沿脈沖時(shí)，QA-QD并行輸出四位密碼，相當(dāng)于密碼輸入。圖4-1 74LS194引腳圖表4-1 74LS194功能表 開鎖輸入電路圖如圖4-2所示，其中S8為輸入清零開關(guān)，S5作為密碼輸入端，S6充當(dāng)脈沖信號(hào)使用。S5每輸入一位密碼，S6就要閉合斷開一次。圖4-2 開鎖輸入電路圖 4.2 密碼設(shè)定與比較電

9、路 設(shè)計(jì)要求規(guī)定密碼為四位二進(jìn)制數(shù)，所以密碼設(shè)定電路主要由四個(gè)單刀雙擲開關(guān)構(gòu)成，由開關(guān)撥向組成不同的密碼組合，設(shè)定之后不更改狀態(tài)即是對密碼的儲(chǔ)存，且密碼可以在0000-1111之間任意設(shè)定，通過設(shè)定的密碼可以與輸入的密碼進(jìn)行比較。密碼比較電路主要是集成芯片74LS85構(gòu)成，集成數(shù)值比較器74LS85是4位數(shù)值比較器。在數(shù)字電路中，經(jīng)常需要對兩個(gè)位數(shù)相同的二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行比較，以判斷它們的相對大小或者是否相等，用來實(shí)現(xiàn)這一功能的邏輯電路就成為數(shù)值比較器。數(shù)值比較器就是對兩數(shù)A、B進(jìn)行比較，以判斷其大小的邏輯電路。比較結(jié)果有A>B、A<B以及A=B三種情況。應(yīng)用原理是利用數(shù)據(jù)比較器比較設(shè)定

10、密碼和輸入密碼的大小，如果相等，芯片的OAEQB就會(huì)輸出1，反之，其他兩個(gè)輸出端必有有一個(gè)輸出為1。圖4-3 74LS85引腳圖 表4-2 74LS85功能表 密碼設(shè)定與比較電路如圖4-4所示。S1，S2，S3，S4組成密碼設(shè)定電路，74LS85為密碼比較電路的核心元件。當(dāng)輸入密碼預(yù)設(shè)定密碼一致時(shí)，綠燈亮，否則紅燈亮。圖4-4 密碼設(shè)定與比較電路4.3計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)要求當(dāng)輸入錯(cuò)誤達(dá)到三次后電路報(bào)警并實(shí)現(xiàn)自鎖，故需要計(jì)數(shù)錯(cuò)誤次數(shù)。計(jì)數(shù)電路主要是由集成芯片74LS290構(gòu)成，74LS90計(jì)數(shù)器是一種中規(guī)模二-五-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，通過不同的連接方法，其還可構(gòu)成其他進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。圖4-5 74LS290引

11、腳圖表4-3 74LS290功能表計(jì)數(shù)電路如圖4-6所示，S10為強(qiáng)制清零開關(guān)。圖4-6 計(jì)數(shù)電路4.4 計(jì)時(shí)電路設(shè)計(jì)要求當(dāng)電路發(fā)生警報(bào)時(shí)報(bào)警動(dòng)作為響1分鐘、停10秒，所以需要設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)電路，用于控制報(bào)警時(shí)間。計(jì)時(shí)電路主要由555芯片和74LS290組成。圖4-7 555芯片引腳圖 計(jì)時(shí)電路如圖4-8所示。555芯片構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生1HZ的脈沖，給74LS290提供脈沖信號(hào)。U5為十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，U6為六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，兩者構(gòu)成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。圖4-8 計(jì)時(shí)電路4.5 報(bào)警電路 蜂鳴器由三極管驅(qū)動(dòng)，在計(jì)數(shù)電路和計(jì)時(shí)電路的控制下工作。 圖4-9 報(bào)警電路4.6 實(shí)驗(yàn)參數(shù)計(jì)算555芯片構(gòu)成的多諧振蕩器的

12、震蕩周期為 T=TPH+TPLTPH=0.7(R1+R2)C TPL=0.7R2C所以震蕩周期為 T=TPH+TPL=0.7(R1+2R2)C振蕩頻率 f =1/T要產(chǎn)生1HZ的脈沖信號(hào)，所以 0.7(R1+2R2)C = 1由此計(jì)算出R1= 2.8K ， R2=5.7K ， C=10µF4.7 總電路及其工作原理 總電路由開鎖輸入電路，密碼設(shè)定與比較電路，計(jì)數(shù)電路，計(jì)時(shí)電路和報(bào)警電路組成，總電路圖如圖4-10所示。由開關(guān)S5輸入開鎖密碼，移位寄存器74LS194將輸入密碼并行輸出，數(shù)值比較器74LS85將輸入密碼與設(shè)定密碼進(jìn)行比較，若輸入密碼與設(shè)定密碼相同，綠燈亮，若輸入密碼與設(shè)定

13、密碼不同，或門U1輸出為1，按下按鈕S7，則計(jì)數(shù)器74LS290（U4）進(jìn)行一次計(jì)數(shù)。若在3次以內(nèi)輸入正確，則或門U9輸出為1，計(jì)數(shù)器U4清零；若3次輸入都不正確，與非門U7輸出為1，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)，且或非門U10輸出為0，移位寄存器74LS194鎖住，不能再進(jìn)行密碼輸入。555芯片構(gòu)成多諧振蕩器，產(chǎn)生頻率為1HZ的脈沖信號(hào)，為U5和U6構(gòu)成的六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器提供脈沖信號(hào)。當(dāng)U6計(jì)數(shù)到0101即“5”時(shí)，與非門U8輸出為0，蜂鳴器不再工作，由此產(chǎn)生報(bào)警一分鐘停頓10秒的報(bào)警動(dòng)作。開關(guān)S1，S2，S3，S4用于設(shè)定密碼，S6用于提供74LS194的脈沖信號(hào)，S8用于對輸入密碼進(jìn)行清零。圖4-10

14、總電路圖 4.8電路仿真結(jié)果密碼輸入正確時(shí)的仿真結(jié)果圖4-11 密碼輸入正確時(shí)仿真結(jié)果密碼輸入錯(cuò)誤時(shí)的仿真結(jié)果圖4-12 密碼輸入錯(cuò)誤時(shí)仿真結(jié)果密碼輸入錯(cuò)誤達(dá)到三次時(shí)的仿真結(jié)果 圖4-13 密碼輸入錯(cuò)誤三次時(shí)仿真結(jié)果當(dāng)密碼輸入錯(cuò)誤三次后，555震蕩波形及蜂鳴器端的波形如下圖4-14 多諧振蕩器脈沖信號(hào)和蜂鳴器兩端波形4.9焊接圖4-15 實(shí)物正面圖圖4-16 背面焊接圖 第五章 心得體會(huì) 本次課程設(shè)計(jì)我的任務(wù)是設(shè)計(jì)并制作數(shù)字式電子鎖，剛看到這個(gè)題目時(shí)有一種無從下手的感覺，從網(wǎng)上查閱了大量資料和電路圖才搞懂了大體的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方向。第一天的時(shí)候花了整整一天的時(shí)間設(shè)計(jì)出了初步的電路圖，但是用Mu

15、ltisim仿真時(shí)一直沒有仿真出結(jié)果，于是第二天又查閱資料重新設(shè)計(jì)電路，忙了整整兩天終于設(shè)計(jì)出了最終的電路圖并仿真出了想要的結(jié)果，并且一直在修改一直在優(yōu)化。焊接實(shí)物時(shí)又遇到了很多難題，先是采購元件時(shí)我需要的元件并沒有，只好找到其他的元件代替，再是電路圖復(fù)雜線路太多，焊接時(shí)耗費(fèi)了大量時(shí)間而且錯(cuò)誤百出，一直修改到最后還是無法焊出滿意的實(shí)物。盡管這次課程設(shè)計(jì)時(shí)間很緊張難度很大，但是卻對我們有很大的好處。它使我對Multisim的操作更加熟練，既鞏固了課堂上學(xué)到的知識(shí)，又掌握了集成電路芯片的應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法與原理，學(xué)會(huì)了科學(xué)的分析實(shí)際問題，也培養(yǎng)了我認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。雖然最后的結(jié)果不是非常完美，但是我已經(jīng)付出了最大的努力。本次課程設(shè)計(jì)我有很大的收獲，對我將來的學(xué)習(xí)和工作一定會(huì)產(chǎn)生很大的影響。 參考文獻(xiàn)1電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測試第三版，謝自美主編，華中科技大學(xué)出版社2 新型集成電路的應(yīng)用電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)，梁宗善主編，華中科技大學(xué)出版社3 電子技術(shù)