數(shù)字密碼鎖數(shù)電課程設(shè)計

1、實用標準文案精彩文檔課程名稱課題名稱專業(yè)班級學(xué)號姓名指導(dǎo)老師HUNAN INSTITUTE OF ENGINEERING課程設(shè)計數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字密碼鎖電氣工程及其自動化2015年12 月23 日報告撰寫要求（此頁不打?。┱n程設(shè)計報告是體現(xiàn)課程設(shè)計成果的載體，具體要求如下：1、課程設(shè)計報告的基本格式（1）說明書統(tǒng)一使用 word文檔打印，A4紙張，頁邊距設(shè)置為：上 2cm下2cm左 2.54cm,右 2cmi（2）正文采用宋體小四，行間距 20磅；1級標題采用黑體小三，2級標題采用黑體 四號，3級標題采用黑體小四；1和2級標題上下間距為0.5行。（3）圖表需統(tǒng)一編號，圖標標題采用黑體五號；圖標題

2、在圖片下方，表格標題在表 格上方。（4）裝訂順序為：封面、任務(wù)書、報告正文、評分表。2、課程設(shè)計報告的撰寫要求（1）設(shè)計報告正文內(nèi)容為6-10頁為宜，主要內(nèi)容為自己的設(shè)計思路、設(shè)計步驟、關(guān) 鍵性步驟的記錄、重要結(jié)果的記錄以及自己本次課程設(shè)計的總結(jié)。 報告撰寫要求思路清晰、 結(jié)構(gòu)合理、層次清晰，報告簡潔但又要能體現(xiàn)設(shè)計過程。（2）報告中圖表要求清晰、規(guī)范，圖表的尺寸大小適當(dāng)。（3）課程設(shè)計報告內(nèi)容（僅供參考）：一、課程設(shè)計的任務(wù)要求：本次課程設(shè)計的任務(wù)要求，對照任務(wù)書中的任務(wù)要求。二、設(shè)計方案： 對任務(wù)進行分析，提出任務(wù)的可行實現(xiàn)思路，包括系統(tǒng)框圖，各子模 塊之間的協(xié)同工作方式（800字）。三、

3、單元電路（子模塊，子程序）分析：繪制各子模塊電路圖，詳細分析其工作原理，包括信號的流向，電路工作條件，數(shù)據(jù)處理，程序流程圖，有限狀態(tài)機工作原理，預(yù)期結(jié)果，必要時有子模塊的仿真結(jié)果分析。報告中必須有6-8個主要子模塊分析，每個子模塊分析不少于200字。不得拷貝元件說明書。（2000字）四、系統(tǒng)仿真/現(xiàn)1試：對采用FPGAF發(fā)板的同學(xué)，必須設(shè)計系統(tǒng)的測試方案，編寫測試程序，打印仿真波形，分析仿真結(jié)果（600字）五、電路安裝調(diào)試：電路的安裝，調(diào)試步驟，調(diào)試過程中遇到的問題是什么？是如何解決的？調(diào)試結(jié)果（包括運行數(shù)據(jù)，圖片）（800字）六、元件清單： 所用元件列表,或所用FPG順源七、總 結(jié)：整個課程

4、設(shè)計過程中，你覺得學(xué)習(xí)到了什么，課程設(shè)計過程中自己做的 不足的地方有哪些？對自己的學(xué)習(xí)有何啟示？希望課程設(shè)計過程或者指導(dǎo)老師如何改 進？（500字）電氣信息學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書課題名稱數(shù)字密碼鎖姓 名專業(yè)班級學(xué)號指導(dǎo)老師課程設(shè)計時間 2015年12 月14日-2015 年12月23日一、任務(wù)及要求課程設(shè)計任務(wù)可采用數(shù)字電路實驗臺， 試驗箱、單片機或FPGAF發(fā)板（由指導(dǎo)老師安 排）完成。具體要求如下： 1.任務(wù)：1）設(shè)定的密碼為四位，由“ 18”八個數(shù)字組成，當(dāng)輸入密碼正確時，發(fā)出開鎖信號； 密碼錯誤時，發(fā)出報警信號，報警時間為 35秒；2）輸入密碼后30秒，若無開鎖信號， 則電路進入自鎖狀態(tài)，

5、并發(fā)出報警信號；3）用綠色發(fā)光二極管亮表示開鎖，紅色發(fā)光二極管亮（或揚聲器發(fā)聲）表示報警。4）功能擴展：電路具有消抖功能，或者功能擴展自 選。2.要求：1）思路清晰，給出整體設(shè)計框圖；2）完成各單元電路設(shè)計，給出總電路圖、multisim 軟件仿真驗證結(jié)果；3）安裝調(diào)試電路，得出測試結(jié)果；4）.用A4紙寫出設(shè)計報告 二、進度安排第一周：周一：布置任務(wù)，查找資料；周二周三：設(shè)計系統(tǒng)方案，仿真；周四周日：領(lǐng)元器件，電路安裝，或程序調(diào)試；第二周：周一周二：電路安裝，調(diào)試，運行或程序調(diào)試，下載運行；周三：結(jié)果驗收；周四：收元器件，整理實驗室，撰寫報告，答辯；周五：資料整理。三、參考資料1、數(shù)字電子技術(shù)

6、第五版 高等教育出版社 閻石主編2、電子技術(shù)與EDAJ術(shù)實驗實驗及仿真 孫勝麟、郭照南主編一、課程設(shè)計的任務(wù)要求 1二、設(shè)計方案 2三、單元電路（子模塊）分析 23.1 防抖開關(guān)的設(shè)計 23.2 密碼的存儲與讀取電路 33.3 密碼的比較電路. 53.4 35秒報警電路的設(shè)計 63.5 30秒自鎖電路 7四、系統(tǒng)仿真/測試 8五、電路安裝調(diào)試 9六、元件清單 10七、總結(jié) 11一、課程設(shè)計的任務(wù)要求：1 .任務(wù)：1）設(shè)定的密碼為四位，由“ 18”八個數(shù)字組成，當(dāng)輸入密碼正確時，發(fā)出開鎖信號； 密碼錯誤時，發(fā)出報警信號，報警時間為 35秒；2）輸入密碼后30秒，若無開鎖信號， 則電路進入自鎖狀態(tài)

7、，并發(fā)出報警信號；3）用綠色發(fā)光二極管亮表示開鎖，紅色發(fā)光二極管亮（或揚聲器發(fā)聲）表示報警。4）功能擴展：電路具有消抖功能，或者功能擴展自 選。2 .要求：1）思路清晰，給出整體設(shè)計框圖；2）完成各單元電路設(shè)計，給出總電路圖、multisim 軟件仿真驗證結(jié)果；3）安裝調(diào)試電路，得出測試結(jié)果；4）.用A4紙寫出設(shè)計報告二、設(shè)計方案：根據(jù)本次課程設(shè)計的任務(wù)要求，結(jié)合所學(xué)知識及實驗室實際可提供的芯片我們可以將 本次數(shù)字密碼鎖課題的整體電路細分為以下幾個模塊的電路，即密碼的存儲讀取電路，密 碼的比較電路，計時報警電路，計時自鎖電路以及撥鍵開關(guān)的防抖電路。整個電路的設(shè)計 系統(tǒng)框圖設(shè)計如下：計數(shù)電 路開

8、鎖30秒自鎖電路撥碼開關(guān)編碼電路密碼比較電路報警信35秒報 警計附 電路計數(shù)電路給地址一 I存儲電路詁輪卷條電路系統(tǒng)框圖存諸電路根據(jù)系統(tǒng)框圖，對密碼的存儲讀取電路我們可以用分別用一片 74LS14& 74LS16Q RAM2114仿真時由于軟件原因用 HM6116弋替）來實現(xiàn)。其中74LS148芯片主要起編碼作 用，即在輸入端分別連接好8個撥碼開關(guān)，根據(jù)撥碼開關(guān)的開斷情況（每次只撥動一個開關(guān)）使輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的二進制編碼；74LS160主要起給定地址的作用，電路在第一 次存入密碼時，每一個密碼產(chǎn)生的相應(yīng)二進制編碼在存入存儲器時都需要首先給定相應(yīng)的 地址才能存儲成功。RAM211則主要起

9、存儲編碼和輸出編碼的作用，即實現(xiàn)“讀”和“寫” 的功能，在第一次設(shè)置密碼時存入用戶設(shè)置的 4位密碼的二進制編碼，在用戶正式使用輸 入密碼時輸出之前存入的密碼編碼。對密碼的比較電路，本次課程設(shè)計我們使用了74LS85四位數(shù)值比較器芯片。在芯片的輸入端分別與編碼器和存儲器的編碼輸出端相連。對計時報警電路和計時自鎖電路，本次課程設(shè)計均選擇使用兩片十進制同步計時器 74LS160芯片，分別連接成一個30進制和35進制的計數(shù)器來實現(xiàn)。按照要求，應(yīng)在用戶 開始輸入第一個密碼時開始30秒的計時電路，若用戶未能在30秒內(nèi)輸入正確密碼，計時 器應(yīng)該輸入相應(yīng)信號使得編碼器 EI端電平由低電平變?yōu)楦唠娖剑搓P(guān)閉編碼

10、器的編碼功 能實現(xiàn)自鎖。 在用戶輸錯密碼時，系統(tǒng)開始維時 35秒的報警計時并同時給報警信號，在 35秒后或者用戶輸入正確的密碼使系統(tǒng)發(fā)出開鎖信號時報警計時方終止。三、單元電路（子模塊）分析：3.1 防抖開關(guān)的設(shè)計圖2撥碼開關(guān)的消抖電路在實際接連線路時，當(dāng)用戶撥動撥碼開關(guān)時，撥碼開關(guān)開關(guān)不可避免的會產(chǎn)生一些機 械抖動，從而使輸出端產(chǎn)生不規(guī)則的震顫脈沖輸出，因此，電路中必須要消除機械開關(guān)的 抖動，避免影響正常的功能實現(xiàn)。 如圖所示，本次課程設(shè)計通過使用 RS鎖存器，來實現(xiàn) 消除機械開關(guān)抖動。RS鎖存器的功能表特性如下：S ，R ，QQ*110011110101011110001010表1 SR鎖存

11、器的真值表3.2 密碼的存儲與讀取電路圖1密碼的存儲與讀取電路如圖，密碼的存儲電路由編碼器芯片 74LS148, 8個撥碼開關(guān)以及計數(shù)芯片 74LS160 相連接組成。一方面，在用戶每次撥動開關(guān)時由編碼器產(chǎn)生相應(yīng)的編碼輸入到存儲器的數(shù)|據(jù)線(I/O1I/O8 )端口準備存儲，另一方面在用戶撥動開關(guān)時編碼器的GS®會產(chǎn)生相應(yīng)的由高電平變?yōu)榈碗娖降拿}沖，將這一脈沖接入計數(shù)器74LS160的CLK端，每當(dāng)撥碼開關(guān)動作一次時，計數(shù)器就會計數(shù)一次，與此同時產(chǎn)生的4個不同的地址輸入存儲器的地址端口。密碼的存儲時，應(yīng)該要遵循先給地址,再存編碼數(shù)據(jù)的原則,這杵丸才能穩(wěn)定說| 存儲實用標準文案74LS

12、148的功能表和引腳圖如下:功能表4c 5匚6匚 7CEIC A2q Al匚 GNDd23 等4 S5678cos OV EG32IOAnnnnnnnn654321091 1A圖2 74LS148的功能表和引腳圖HM6116存儲器的功能表如下CEOEWE方式I/O引腳HXX待用（未選 中）高阻LLH讀出DoutLXL寫入Din表2 HM6116的功能3.3密碼的比較電路精彩文檔實用標準文案a S9 ,7Bw*.1plq 再舌 sU10U45A-SQ4DLJSbA口卻 743口74LS85NVCC業(yè)出力HLJ74LS1S0N4HI -圖3 密碼的比較電路密碼的比較電路由芯片74LS85來實現(xiàn)功能

13、。芯片的輸入端口分別接從編碼器編碼輸 出端和存儲器的數(shù)據(jù)輸出端，以此來比較用戶輸入的密碼和先前用戶設(shè)置的密碼。由74LS85的功能表可知，將選擇使輸入端的使能端 A>B ,A<B端接地，A=B端接高電平時, 即能使得芯片輸出端口在比較兩組編碼為相同時產(chǎn)生相應(yīng)脈沖對正確的編碼次數(shù)進行計 數(shù)，當(dāng)輸入四次正確時，觸發(fā)開鎖信號，綠燈亮；若比較為不同時紅燈亮，即觸發(fā)報警電 路開始報警。74LS85比較器的功能表如下：Truth TableUI! UN?圖4 74LS85的功能表警電路的設(shè)計Comparing Inputs.Cascading inipulaOulpuUA% B3A2.B2A1

14、PB1AO. BQA> BA < BA = BA > BA < BA = BA3 > B3XXXhLA3 < 日3XXXLLA3 - B3AS > B2XXHLA3 = B3A2VB2XXLLA3 - B3A2 - 02Al > BlXHLA3 = B3A2 = B2At < BlXLLA3 = B3A2 = B2Al - Blac> eoHLAS - S3A2 - B2Al - BlAO BOLLA3 = B3A2 = B2Al = BlAO = BOHLAS - B3A2 - B2Al - BlAO - BOLLA3 = B3A2

15、 = B2Al = BlAO = BOLHA3 n B3A2 = B2Al = BlAQ = BQHLLLA3 = B3A2 = B2Al = SiAO = BOLHHL實用標準文案圖5密碼鎖的35秒報警電路當(dāng)由比較電路產(chǎn)生“不等”信號（即輸入的密碼與先前用戶設(shè)置的密碼不同）時，開始啟動報警電路。當(dāng)產(chǎn)生報警信號時，經(jīng)過一個鎖存器將信號保存，與三態(tài)門的EN端鏈接，信號源開始不斷給脈沖，當(dāng)計數(shù)到 35秒時，報警燈滅，三態(tài)門EN端呈高阻態(tài)，信號 源停止將脈沖輸入到計數(shù)器的 CLK端，計數(shù)停止。另外，當(dāng)用戶在報警的 35秒時間段內(nèi) 輸入了正確的密碼使產(chǎn)生了開鎖信號時，報警也應(yīng)該停止，可以用一個如圖所示

16、的三態(tài)門 EN端前的與門來實現(xiàn)。其中74LS160的功能表如下：Vcc co Qo Qi Q： Qj et m 囪回向_叵四回 HE74LS160UlUILI田因回E回RD C? 3c D； 為 EP GXDRD LDET EP CPPj D? Dj DoQs Q; Qi Qo0XXXX X X X0 0 0 01 0X X tDCBADCB A1 10 X XX X X X保持1 1X 0 XX X X X保持1 111 tX X計.打LSUSO功育味圖6 74LS160的功能表和管腳圖3.5 30秒自鎖電路精彩文檔實用標準文案y-ifr Qifmi非悔-AVI 砂圖7 密碼鎖的30秒自鎖電

17、路根據(jù)要求，系統(tǒng)應(yīng)該在用戶輸入密碼（而不是設(shè)置密碼）時輸入第一個密碼起，就開 始30秒的計時，若30秒內(nèi)系統(tǒng)沒有產(chǎn)生開鎖信號則會產(chǎn)生自鎖，用戶無法再輸入密碼。 首先應(yīng)在儲存器的讀寫開關(guān)處設(shè)計邏輯關(guān)系，使得當(dāng)用戶正式輸入密碼（存儲器為“讀” 狀態(tài)）時，撥動第一個撥碼開關(guān)，編碼器 GS輸出端產(chǎn)生一個脈沖信號，經(jīng)由一個鎖存器 保持這個信號，冉將這個信連接到信號源前三態(tài)門的EN端，使得三態(tài)門處于導(dǎo)通狀態(tài)，30秒計數(shù)開始。若30秒內(nèi)，用戶輸入了正確密碼，系統(tǒng)產(chǎn)生開鎖信號，30秒的計時停止; 30秒內(nèi)，若系統(tǒng)無開鎖信號，30秒時將產(chǎn)生一個脈沖與編碼器 74LS148的EI輸入端相連, 使得EI端由低電平變

18、為高電平，編碼器無法再次編碼從而實現(xiàn)“自鎖”功能。四、系統(tǒng)仿真/測試：將上述各模塊電路連成整體后整體電路圖如下:精彩文檔圖8 整體電路圖實際接線情況如下:圖9實際接線圖五、電路安裝調(diào)試：本次課程設(shè)計中我們主要遇到了以下幾個問題：1）在實際調(diào)試的時候發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生地址的 74LS160計時器工作不能穩(wěn)定工作，極容易發(fā)生跳變，給出錯誤的地址。最后通過詢問指導(dǎo)老師才了解到，在實際連線測試電路的時候，數(shù)字電路試驗箱上的精彩文檔實用標準文案機械開關(guān)在合斷時總不可避免的會產(chǎn)生機械抖動從而使輸出端產(chǎn)生不規(guī)則的震顫脈沖輸 出，使得計數(shù)器在給地址時發(fā)生跳變或者給出錯誤的地址，因此需要在撥碼開關(guān)處用RS鎖存器做一個防機

19、械開關(guān)抖動的電路。按照老師的指導(dǎo)要求增加一個防抖電路后發(fā)現(xiàn)問題 得已解決。2 ）進行模塊測試的時候，發(fā)現(xiàn)密碼總是不能正確的存儲和讀取，從而導(dǎo)致電路總是錯 誤的產(chǎn)生開鎖信號或者報警信號。通過查詢有關(guān)資料我們才了解到存儲器在存儲編碼內(nèi)容時，必須等上一個編碼穩(wěn)定存儲之后才能再次給下一個新的地址存儲下一個編碼內(nèi)容，因此在設(shè)計存儲電路時不能使得編碼數(shù)據(jù)和地址同時進入到儲存器 ，而應(yīng)該在編碼數(shù)據(jù)輸入之前先預(yù)置一個地址，按照 此方法連接電路后發(fā)現(xiàn)密碼鎖存儲與讀取電路工作正常。六、元件清單:兀器件數(shù)量74LS148174LS279374LS160574LS851RAM2114174LS00474LS04474

20、LS08474LS32174LS1252發(fā)光二極管（綠）發(fā)光二極管（紅）七、總結(jié)：通過這次的數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計，我感覺自己收獲良多，無論是數(shù)字電子技術(shù)的知 識方面，還是培養(yǎng)自己動手能力方面。在加深對數(shù)字電路知識理解方面，這次課程設(shè)計使得我第一次將平常在課堂上所學(xué)的 理論知識完整的運用到了工程實際， 使得我能夠比平時的數(shù)電實驗課更加全面和系統(tǒng)的運用我們平常在課堂上所學(xué)習(xí)過的各種芯片進行相關(guān)的邏輯連接實現(xiàn)相關(guān)的功能，了解到理論知識如何運用到實際工程上的過程， 提高了我們對數(shù)字電路這門學(xué)科的興趣的同時加深 了我對數(shù)字電路如何實現(xiàn)各項功能的理解。在培養(yǎng)實踐能力方面，這次課程設(shè)計中我所選擇的電子密碼所這個課題無論是在仿真 設(shè)計還是實際調(diào)試過程中，都遇到了許許多多的難題，有幾個難題比如存儲電路的設(shè)計這 里由于一