帶報警器的編碼電子鎖和門鈴電路設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)一設(shè)計(jì)要求及技術(shù)指標(biāo)：設(shè)計(jì)一帶報警器的密碼電子鎖和門鈴電路，設(shè)計(jì)要求如下：（1）編碼電子鎖按鈕分別為0、1、2、3、9十個按鍵。（2）用發(fā)光二極管作為輸出指示燈，燈亮代表鎖“開”，暗代表鎖“關(guān)”。（3）設(shè)計(jì)開鎖密碼，并按此密碼設(shè)計(jì)電路。本次設(shè)計(jì)密碼取8位數(shù)。若按開鎖編碼規(guī)定數(shù)的先后順序按動按鈕后，發(fā)光二極管由暗變亮表示鎖“開”。（4）該電路應(yīng)具有防盜報警功能，密碼順序不對或密碼有誤時系統(tǒng)自動復(fù)位，當(dāng)開鎖時間超過5分鐘時，則喇叭發(fā)出1KHz頻率的報警信號。（5）設(shè)計(jì)門鈴電路，按動門鈴按鈕，發(fā)出500Hz的頻率信號，并可使編碼電路清零，同時可解除警報。二工作原理及設(shè)計(jì)思路：電子鎖主要由輸入

2、元件、電路(包括電源)和鎖體三部分組成，后者包括電磁線圈、鎖拴、彈簧和鎖框等。當(dāng)電磁線圈中有一定的電流通過時，磁力吸動鎖栓，鎖便打開。否則鎖栓進(jìn)入鎖框，即處在鎖住狀態(tài)。為了便于試驗(yàn)，我們可用發(fā)光二極管代表電磁線圈，當(dāng)發(fā)光二極管為亮狀態(tài)時，代表電子鎖被打開，暗狀態(tài)代表鎖著。編碼按鍵開鎖控制電路控制電路門鈴按鈕編碼電路報警電路門鈴電路圖A 帶報警器的密碼電子鎖和門鈴電路原理圖CP該系統(tǒng)的電路框圖如圖A所示，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可使電子鎖具有可編程功能。由圖可知，每來1個輸入時鐘，編碼電路的相應(yīng)狀態(tài)向前前進(jìn)一步。在操作過程中，按照規(guī)定的密碼順序按動編碼按鍵，編碼電路的輸出就會跟隨這個代碼的信息。正確輸入編碼

3、按鍵的數(shù)字，通過控制電路供給編碼電路時鐘，一直按規(guī)定編碼順序操作完，則驅(qū)動開鎖電路把鎖打開。在操作過程中，沒有按照規(guī)定代碼順序按下數(shù)字鍵或按動了其他鍵，則控制電路使防盜報警電路產(chǎn)生報警。按動門鈴及清零按鈕可使500Hz振蕩電路工作，門鈴發(fā)出響聲，同時該按鈕還使編碼電路清零并解除防盜報警。三整體方案分析：該設(shè)計(jì)主要分輸入電路，存儲電路，信號處理電路，輸出電路四大部分，首先從輸入電路送出的編碼信號到比較器與存儲器的存儲密碼進(jìn)行比較，兩者一致則將鎖打開，反之則驅(qū)動報警電路報警，存儲器中的密碼可以通過寫允許端修改密碼。鍵盤按鍵門鈴電路編碼電路開鎖電路報警電路密碼儲存電路密碼比較器圖B 整體方案設(shè)計(jì)流程

4、四各部分單元電路設(shè)計(jì)1.輸入裝置和編碼電路：輸入裝置包含09十個數(shù)字鍵、清零鍵、確認(rèn)鍵、門鈴鍵和密碼讀寫開關(guān)，其中數(shù)字鍵和清零、確認(rèn)鍵按鈕裝在門的外側(cè)，讀寫開關(guān)裝在門的內(nèi)側(cè)，也就是說只有門打開之后才能對密碼進(jìn)行修改。用兩片8線3線編碼器74LS148，組成一個16線4線編碼器，芯片上I0I9對應(yīng)鍵盤上09個數(shù)字，編碼器輸出Z3、Z2、Z1、Z0四位二進(jìn)制數(shù)，其中以兩片74LS148上的Yex（為圖C中GSN），通過與非門相連的輸出作為CP脈沖信號，因?yàn)樵跓o輸入的情況下兩個Yex均為1，輸出CP為0，當(dāng)有輸入時有且僅有一個Yex為0，則輸出CP為1，這樣就構(gòu)成了CP單脈沖。圖C輸入裝置和編碼電路

5、2. 密碼存儲電路：使用兩片4*4的寄存器陣74LS670，構(gòu)成84寄存器陣用來存儲密碼。接法如圖，D0D3分別接編碼器輸出Z0Z3。當(dāng)Ew=0（圖中Gw），當(dāng)Qc、QB、QA從000011時第一片74LS670工作依次寫入D0D3輸入的前4個四位二進(jìn)制數(shù)，當(dāng)Qc、QB、QA從100111時第二片74LS670工作依次寫入D0D3輸入的后4個四位二進(jìn)制數(shù)；當(dāng)Er=0（GR）時，當(dāng)Qc、QB、QA從000011時依次讀出第一個芯片的Q0Q3四位二進(jìn)制數(shù)，當(dāng)Qc、QB、QA 從100111時依次讀出第二個芯片的Q0Q3，其中Qc、QB、QA狀態(tài)序列000111的產(chǎn)生可依靠一片74LS160接成的八

6、進(jìn)制計(jì)數(shù)器來提供，其順序脈沖由已接好的16線8線編碼器CP輸出提供。在該84寄存器中將雙刀開關(guān)放在M時為寫入狀態(tài)即設(shè)定密碼狀態(tài)；放在N時為讀取狀態(tài)，使之可讀出設(shè)定密碼與當(dāng)前輸入密碼比較。在無設(shè)定密碼動作時雙刀開關(guān)應(yīng)拔到下方，電路圖D所示。圖D密碼存儲電路3.密碼比較電路：使用一片74LS85作為比較器，其中A0A3連編碼器輸出Z0Z3，B0B3連存儲器輸出Q0Q3，比較結(jié)果A=B送入8位移位寄存器74LS164的串行輸入端，當(dāng)?shù)谝粋€輸入密碼與寄存器陣中的密碼相同時輸出高電平，存入移位寄存器，第二個密碼若相同繼續(xù)存入寄存器，依次類推，如果輸入錯誤的密碼則輸出低電平到寄存器，最后通過與門判斷寄存器

7、如果全為高電平從而控制發(fā)光二極管點(diǎn)亮（即控制鎖的開啟），反之則反，電路如圖E所示。4.門鈴及報警電路：如圖F所示門鈴電路由555定時器連成的多諧振蕩器構(gòu)成，當(dāng)按下門鈴時電路接通電源產(chǎn)生約500Hz的振蕩信號，同時按下清零/門鈴按鈕使74LS160和74LS164兩個芯片置零實(shí)現(xiàn)清零的功能。報警電路也是由555定時器構(gòu)成，報警時產(chǎn)生1KHz的信號，當(dāng)輸入密碼后與寄存器連接的與門輸出如果為高電平，則經(jīng)過反相器后變?yōu)榈碗娖?，報警電路不產(chǎn)生振蕩，如果與門輸出為低電平，經(jīng)過反相器后變?yōu)楦唠娖?，報警電路開始工作產(chǎn)生報警信號。（但我的設(shè)計(jì)這個電路有個明顯的缺點(diǎn)就是報警信號持續(xù)過短，這個問題可以通過改進(jìn)報警電

8、路來解決，當(dāng)按下確認(rèn)按鈕后電路迅速對報警電路的一個電容充電，松開按鈕后電容放電振蕩得以持續(xù)。由于我們對555電路不太熟悉，沒有采用這種方法，這是設(shè)計(jì)的一個缺陷，請指導(dǎo)老師多給意見。）此外，按下清零/門鈴按鈕后可以實(shí)現(xiàn)對報警的解除，因?yàn)榇藭r一個低電平信號與來自判斷輸出端的高電平信號相與后，為一低電平信號，報警電路不工作。5.供電電路：可由干電池或變壓器提供57伏電壓供電，為了簡化原理圖供電部分沒有畫出。五使用方法1. 設(shè)置密碼時將雙刀開關(guān)拔到M即寄存器為可寫狀態(tài)，從鍵盤依次輸入即可，輸入為8位密碼，設(shè)定完畢后將雙刀開關(guān)撥至N。2. 開鎖前先按“清零”按使計(jì)數(shù)器和移位寄存器置零，依次按下密碼，若輸

9、入錯誤可按“清零”按鈕重新輸入，輸入正確鎖即開。六元件清單重要元件名稱量數(shù)74LS1488線3線編碼器274LS6704*4的寄存器陣274LS160十進(jìn)制計(jì)數(shù)器174LS1648位寄存器一個74LS854位比較器一個74LS002輸入與非門三個74LS04反相器四個74LS308輸入與非門一個備注：8輸入與門由74LS30（8輸入與非門）與74LS04（反相器）構(gòu)成，電路圖中不再表示出。其他電子器件數(shù)量及數(shù)值電阻95K和476各兩個電容1uF和0.01 uF各兩個 0.1 uF一個555定時器兩個雙刀開關(guān)一個發(fā)光二極管一個按鍵十三個七完整電路圖 以下就是帶報警器的編碼電子鎖和門鈴電路的設(shè)計(jì)的

10、完整電路圖。為使其簡潔清晰，故將電路進(jìn)行等效處理，等效部分保留原來的屬性和性質(zhì)不變。1. 密碼鎖電路及其等效電路（如圖G 和圖H）將各電路模塊等效表示可得到圖H 如下2.總設(shè)計(jì)電路將等效密碼鎖電路及報警門鈴電路連接到一起得到總電路如下圖I，簡潔起見電路中沒有畫出雙刀開關(guān)控制的讀寫功能，詳細(xì)連接及原理請看圖D密碼存儲電路，八設(shè)計(jì)心得及幾點(diǎn)補(bǔ)充說明：通過這兩個學(xué)期電路知識的學(xué)習(xí)，我們初步掌握了一些基本的模擬電子、數(shù)字電子的知識，但當(dāng)我們拿到課程設(shè)計(jì)的題目時還是覺得比較茫然，不知從何下手，對好多芯片的使用不很了解，在一些工具書上也沒查到其具體的功能。因此這個電路設(shè)計(jì)的可能有點(diǎn)繁雜，肯定有更好的方案我

11、們沒有發(fā)現(xiàn)，在此我們也希望指導(dǎo)老師和同學(xué)批評指正。我們在設(shè)計(jì)這個電路時遇到的最大問題是尋找合適的寄存器來存儲密碼，最后選用兩片74LS670來組成8*4的寄存器陣，因此實(shí)際上這個電路最大可以存儲8位密碼，雖然我選用了固定的8位形式，但是完全可以通過修改一下74LS164所連接的與門電路，或者適當(dāng)修改74LS160計(jì)數(shù)電路使之成為可以隨意設(shè)定位數(shù)在8位以內(nèi)的具有更高自由度電子鎖，在設(shè)計(jì)過程中用到了555定時器，在平時的實(shí)驗(yàn)中還沒有用過這個芯片對它的電路連法不是很熟悉，使電路有一些缺陷。在這里要特別說明一下“確認(rèn)”按鈕的設(shè)計(jì)，當(dāng)按下確認(rèn)后使與門輸出端分別與報警電路接通、開鎖電路接通；松開“確認(rèn)”按鈕時確認(rèn)按鈕接地，這樣設(shè)計(jì)是為了防止與門輸入端全部懸空而使輸出為1，造成密碼鎖打開，與門輸出端與報警電路斷開防止由于輸出為0，而使報警電路誤報。清零/門鈴按鈕接通時門鈴電路通電工作與此同時計(jì)數(shù)器和比較器接地清零?？傊@次設(shè)計(jì)使我們學(xué)到了很多東西，以前只是“紙上談兵”，通過實(shí)踐才能將所學(xué)的知識轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用。同時還提高了自己的資料檢索與應(yīng)用能力，并為將來做畢業(yè)設(shè)計(jì)等重要課題打下了的基礎(chǔ)。九參考文獻(xiàn)1清華大學(xué)電子學(xué)教研組編閻石主編：數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（