4位數(shù)字密碼鎖的設(shè)計(jì)

1、1技術(shù)指標(biāo)用與非門設(shè)計(jì)一個(gè)4位或多位代碼的數(shù)字鎖，要求如下：A:設(shè)計(jì)一個(gè)保險(xiǎn)箱用的多位代碼數(shù)字鎖，比如4位代碼ABCD四個(gè)輸入端和一個(gè)開(kāi)鎖用的鑰匙插孔輸入端E,當(dāng)開(kāi)箱時(shí)（E=1）,如果輸入代碼（例如ABCD=1010）與設(shè)定的代碼相同，則保險(xiǎn)箱被打開(kāi)，即輸出端Z=1,否則電路發(fā)出報(bào)警信號(hào)：B:進(jìn)行電路仿真，并說(shuō)明其工作原理。2方案比較方案一：由4個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)構(gòu)成密碼開(kāi)關(guān)，用戶可以通過(guò)控制開(kāi)關(guān)來(lái)控制A、B、C、D四個(gè)輸入端的電平的高低，進(jìn)而控制輸出電平的高低以及報(bào)警信號(hào)的工作。當(dāng)輸入端與設(shè)置的密碼相符時(shí)，則輸出為高電平，二極管亮，否則輸出為低電平，并且發(fā)出報(bào)警，即蜂鳴器發(fā)出響聲，至此完成電路的

2、設(shè)計(jì)。其電路圖如圖2.1圖2.1方案一的電路圖方案二：用4個(gè)異或門連接輸入端，并分別于反相器連接，再相與。當(dāng)輸入密碼與設(shè)置密碼相同時(shí)，電路輸出為高電平，發(fā)光二極管不亮，當(dāng)輸入密碼與設(shè)置密碼不相同時(shí)，電路輸出為低電平，發(fā)出報(bào)警，發(fā)光二極管亮。其電路圖如圖6.1歡迎下載3Proteus軟件介紹Proteus軟件是來(lái)自英國(guó)Labcenterelectronics公司的EDA工具軟件。Proteus軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使用，除了其具有和其它EDA工具一樣的原理布圖、PCB自動(dòng)或人工布線及電路仿真的功能外，其革命性的功能是，他的電路仿真是互動(dòng)的，針對(duì)微處理器的應(yīng)用，還可以直接在基于原理圖的虛擬

3、原型上編程，并實(shí)現(xiàn)軟件源碼級(jí)的實(shí)時(shí)調(diào)試，如有顯示及輸出，還能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等，您不需要?jiǎng)e的，Proteus為您建立了完備的電子設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)境！尤其重要的是ProteusLite可以完全免費(fèi)，也可以花微不足道的費(fèi)用注冊(cè)達(dá)到更好的效果；功能最強(qiáng)的Proteus專業(yè)版也非常便宜，人人用得起，對(duì)高校還有更多優(yōu)惠。Proteus組合了高級(jí)原理布圖、混合模式SPICE仿真，PCB設(shè)計(jì)以及自動(dòng)布線來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)。此系統(tǒng)受益于15年來(lái)的持續(xù)開(kāi)發(fā)，被電子世界在其對(duì)PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)的比較文章中評(píng)為最好產(chǎn)品一TheRoutetoPCBCAD。Prote

4、us產(chǎn)品系列也包含了我們革命性的VSM技術(shù),用戶可以對(duì)基于微控制器的設(shè)計(jì)連同所有的周圍電子器件一起仿真。用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如LED/LCD、鍵盤(pán)、RS232終端等動(dòng)態(tài)外設(shè)模型來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行交互仿真。其功能模塊：一個(gè)易用而又功能強(qiáng)大的ISIS原理布圖工具；PROSPICE混合模型SPICE仿真；ARESPCB設(shè)計(jì)。PROSPICE仿真器的一個(gè)擴(kuò)展PROTEUSVSM:便于包括所有相關(guān)的器件的基于微處理器設(shè)計(jì)的協(xié)同仿真。止匕外，還可以結(jié)合微控制器軟件使用動(dòng)態(tài)的鍵盤(pán)，開(kāi)關(guān)，按鈕，LEDs甚至LCD顯示CPU模型。Proteus支持許多通用的微控制器，如PIC,AVR,HC11以及8051。交互的裝

5、置模型包括：LED和LCD顯示，RS232終端，通用鍵盤(pán)。Proteus有強(qiáng)大的調(diào)試工具；包括寄存器和存儲(chǔ)器，斷點(diǎn)和單步模式。IARC-SPY和KeiluVision2等開(kāi)發(fā)工具的源層調(diào)試。Proteus應(yīng)用特殊模型的DLL界面-提供有關(guān)元件庫(kù)的全部文件。Proteus與其他的仿真軟件相比較，在下面的優(yōu)點(diǎn)：1、能仿真模擬電路、數(shù)字電路、數(shù)模混合電路；2、能繪制原理圖、PCB圖；3、幾乎包括實(shí)際中所有使用的儀器；歡迎下載4、其最大的亮點(diǎn)在于能夠?qū)纹瑱C(jī)進(jìn)行實(shí)物級(jí)的仿真。從程序的編寫(xiě)，編譯到調(diào)試,目標(biāo)版的仿一應(yīng)俱全。支持匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言的編程。還可配合KeilC實(shí)現(xiàn)程序的聯(lián)合調(diào)試，將Proteus

6、中繪制的原理圖作為實(shí)際中的目標(biāo)板，而用KeilC集成環(huán)境實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)板的控制，與實(shí)際中通過(guò)硬件仿真器對(duì)目標(biāo)板的調(diào)試幾乎完全相同，并且支持多顯示器的調(diào)試，即Proteus運(yùn)行在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，而KeilC運(yùn)行在另一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的調(diào)試。歡迎下載4組合邏輯電路組合邏輯電路是用各種門電路組成的，用于實(shí)現(xiàn)某種組合邏輯功能的復(fù)雜邏輯電路。組合邏輯電路在邏輯功能上的特點(diǎn)是任意時(shí)刻的輸出僅僅取決于該時(shí)刻的輸入，與電路原來(lái)的狀態(tài)無(wú)關(guān)。因此，組合邏輯電路在電路結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)是：輸出與輸入之間一般沒(méi)有反饋賄賂；電路中沒(méi)有記憶單元；當(dāng)輸入信號(hào)的狀態(tài)組合改變時(shí)，輸出狀態(tài)也隨著改變。組合邏輯電路的功能以邏輯

7、圖、邏輯表達(dá)式、真值表等形式進(jìn)行描述。邏輯圖是描述實(shí)現(xiàn)邏輯功能的電路結(jié)構(gòu)，但對(duì)功能的描述不夠直觀；邏輯表達(dá)式和真值表能夠直觀、明顯的描述邏輯功能，所以進(jìn)行邏輯電路分析和邏輯問(wèn)題的實(shí)際電路設(shè)計(jì)時(shí)，通常使用列出真值表分析邏輯電路的邏輯功能，或者列出真值表分析實(shí)際邏輯問(wèn)題的邏輯關(guān)系，并從真值表得出邏輯命題的函數(shù)表達(dá)式，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)邏輯命題的邏輯電路。4.1 組合邏輯電路的分析方法組合邏輯電路的分析，就是找出給定邏輯電路輸出和輸入之間的邏輯關(guān)系，從而了解給定邏輯電路的邏輯功能。組合邏輯電路的分析方法通常采用代數(shù)法，分析過(guò)程一般按下列步驟進(jìn)行：(1)根據(jù)給定組合邏輯電路的邏輯圖，以每個(gè)門電路的輸入端輸入信號(hào)

8、為自變量，寫(xiě)出各種邏輯門輸出端的邏輯表達(dá)式，對(duì)于中間變量最好在寫(xiě)出表達(dá)式的同時(shí)化簡(jiǎn)，以免積累到最后。(2)化簡(jiǎn)總輸出端的邏輯表達(dá)式。(3)列出真值表。(4)從邏輯函數(shù)表達(dá)式或真值表，分析出給定組合邏輯電路的邏輯功能。4.2 組合邏輯電路的設(shè)計(jì)對(duì)于第一個(gè)邏輯表達(dá)工式或邏輯電路，其真值表可以是惟一的，但其對(duì)應(yīng)的邏輯電路或邏輯表達(dá)式可能有多種實(shí)現(xiàn)形式，所以，一個(gè)特定的邏輯問(wèn)題，其對(duì)應(yīng)的真值表是惟一的，但實(shí)現(xiàn)它的邏輯電路是多種多樣的。在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，如果由于某些原因無(wú)法獲得某些門電路，可以通過(guò)變換邏輯表達(dá)式變電路，從而能使用其他器件來(lái)代替該器件。同時(shí)，為了使邏輯電路的設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)潔，通過(guò)各方法對(duì)邏輯表達(dá)

9、式進(jìn)行化簡(jiǎn)是必要的。組合電歡迎下載路可用一組邏輯表達(dá)式來(lái)描述。設(shè)計(jì)組合電路直就是實(shí)現(xiàn)邏輯表達(dá)式。要求在滿足邏輯功能和技術(shù)要求基礎(chǔ)上，力求使電路簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠、實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù)的途徑是多種多樣的，可采用基本門電路，也可采用中、大規(guī)模集成電路。組合邏輯電路的設(shè)計(jì)一般可按以下步驟進(jìn)行：(1)邏輯抽象。將文字描述的邏輯命題轉(zhuǎn)換成真值表叫邏輯抽象。首先要分析邏輯命題，確定輸入、輸出變量；然后用二值邏輯的0、1兩種狀態(tài)分別對(duì)輸入、輸出變量進(jìn)行邏輯賦值，即確定0、1的具體含義；最后根據(jù)輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系列出真值表。(2)選擇器件類型。根據(jù)命題的要求和器件的功能及其資源情況決定采用哪種器件。(3)根據(jù)

10、真值表和選用邏輯器件的類型，寫(xiě)出相應(yīng)的邏輯函數(shù)表達(dá)式。(4)根據(jù)邏輯函數(shù)表達(dá)式及選用的邏輯器件畫(huà)出邏輯電路圖。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，還要進(jìn)行生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)，包括進(jìn)行生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)，包括器件安裝機(jī)箱、電源、控制開(kāi)關(guān)、輸入開(kāi)關(guān)、相關(guān)顯示電路、外觀布置、生產(chǎn)工藝等的設(shè)計(jì)。歡迎下載5TTL與非門電路全稱Transistor-TransistorLogic,即BJT-BJT邏輯門電路，是數(shù)字電子技術(shù)中常用的一種邏輯門電路，應(yīng)用較早，技術(shù)已比較成熟。TTL主要有BJT（BipolarJunctionTransistor即雙極結(jié)型晶體管，晶體三極管）和電阻構(gòu)成，具有速度快的特點(diǎn)。最早的TTL門電路是74系列，后來(lái)出現(xiàn)了7

11、4H系列，74L系列，74LS,74AS,74ALs等系歹TTL電平信號(hào)被利用的最多是因?yàn)橥ǔ?shù)據(jù)表示采用二進(jìn)制規(guī)定，+5V等價(jià)于邏輯“1”，0V等價(jià)于邏輯“0”，這被稱做TTL（晶體管-晶體管邏輯電平）信號(hào)系統(tǒng)，這是計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部各部分之間通信的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。TTL電平信號(hào)對(duì)于計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是很理想的，首先計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸對(duì)于電源的要求不高以及熱損耗也較低，另外TTL電平信號(hào)直接與集成電路連接而不需要價(jià)格昂貴的線路驅(qū)動(dòng)器以及接收器電路；再者，計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是在高速下進(jìn)行的，而TTL接口的操作恰能滿足這個(gè)要求。TTL型通信

12、大多數(shù)情況下，是采用并行數(shù)據(jù)傳輸方式，而并行數(shù)據(jù)傳輸對(duì)于超過(guò)10英尺的距離就不適合了。這是由于可靠性和成本兩面的原因。因?yàn)樵诓⑿薪涌谥写嬖谥嗪筒粚?duì)稱的問(wèn)題，這些問(wèn)題對(duì)可靠性均有影響?；綯TL反相器不難改變成為多輸入端的與非門。它的主要特點(diǎn)是在電路的輸入端采用了多發(fā)射極的BJT。下圖是采用多發(fā)射極BJT用作2輸入端TTL與非門的輸入器件的一個(gè)實(shí)例。當(dāng)任一輸入端為低電平時(shí)，Ti的發(fā)射結(jié)將正向偏置而導(dǎo)通，T2將截止。結(jié)果將導(dǎo)致輸出為高電平。只有當(dāng)全部輸入端為高電平時(shí)，Ti將轉(zhuǎn)入倒置放大狀態(tài)，T2和T3均飽和，輸出為低電平。歡迎下載圖5.1TTL二輸入與非門當(dāng)任一輸入端為低電平時(shí)，Ti的發(fā)射結(jié)將

13、正向偏置而導(dǎo)通，T2將截止。結(jié)果將導(dǎo)致輸出為高電平。只有當(dāng)全部輸入端為高電平時(shí)，Ti將轉(zhuǎn)入倒置放大狀態(tài)，T2和T3均飽和,輸出為低電平。74LS00是一個(gè)4個(gè)二輸入與非門芯片，具引腳圖如下：底2D2cNC2B2A2Y14131211Ro9874LS20123|45671AIBNCICID1CNB圖5.274LS00的引腳圖其功能表如表5.1表5.174LS00的真值表輸入輸出ABYLLHLHHHLHHHL歡迎下載74LS20是一個(gè)四輸入與非門，其引腳圖如圖5.3:以21)2cNC2B2A2Y14131211Wg8)74LS201AIBNCICID1G1W圖5.374LS20的引腳圖其真值表如表

14、5.2：表5.274LS20的真值表輸入輸出ABCDYxxxLHxxLxHxLxxHLxxxHHHHHL74LS86四輸入異或門引腳圖:歡迎下載P|LlJ:toHtdFIXIIOT.WLL6電路原理圖設(shè)置密碼U5:A74LS04U5:B74LS04U5:C5674LS04U5:D131274LS04輸入密碼圖6.1數(shù)字密碼鎖的設(shè)計(jì)圖中，U1、U2、U3、U4為或非門，U6、U7為與非門，D1為發(fā)光二極管。當(dāng)輸出密碼與設(shè)置密碼相同時(shí)，U6輸出端為低電平，輸出為高電平1,發(fā)光二極管不亮。當(dāng)輸出密碼與設(shè)置的密碼不相同時(shí)，U6輸出端為高電平，則電路的輸出為低電平，同時(shí)發(fā)出報(bào)警,發(fā)光二極管亮。10歡迎下

15、載7仿真7.1各個(gè)步驟(1)雙擊打開(kāi)Proteus軟件，點(diǎn)擊文件-新建設(shè)計(jì)，選擇A4RostoJh口M1巫NaMeisageUI11IIQ再點(diǎn)擊確定，進(jìn)入設(shè)計(jì)界面。(2)添加元件到元件列表中，本例要用的元件有與非門、或門、發(fā)光二極管等。單擊“P”按鈕，彈出對(duì)話框：11歡迎下載輸入74LS20:SPieicDffiicwfflnr1河川北姐卜&火日出？LEeh二MhcthmjsUpdelEFinirvs3前”看曲Cph_iRlPRl?BHiftFIC：EFLM&陽(yáng)汕FeseofsLiipJsIdiPnrrt.ti3(S-jflikrwfecrtts為工帕i*n二也丫酩T憎1TunfiflQifT

16、fLMae破TTLMFt*，TTL7i4A5swsT(LMFmiImnL74HCmF1LF3H匚T叼E5；ULMSa樸1-TL745series-配|：且審dbmwMiied口AFullse：&DnvsiE：dupig協(xié)QuEe口目力施rwFk九同F(xiàn)ln-FipETiLacshw1怛SmctLTKWJMTMactung聞FhipiE-fJz|347|:CgflLS?4lEC油L5M7；-4-BrPGkl乩U05Recp-EiKrmziJt卻也。II口中.MtEfx口科網(wǎng)，mrtr-4-BrAs.rchncriLiDeEad,*tximtar(Qpj4田-Asi-rchRTOLff9rwyCcw

17、wDud44rTpdE皆陽(yáng)士卜閔Ht)41f任睢用人孫。Gr*：i：i ud4TeM：Ftwylk郵I二書(shū)4附 bdX-InpLfPfa?MD*aleE?|i14i-iiii較和.出可口Ga- ud44rpJtPert-rt-UDSaIe-:Did4-lnpLKOpfifiE此附NMDG血ud羽pdt丁卜Cded.口NMJ口工MeMM-raaitbleUl.H&d*/i卜Re5e1NAMiE刈地1W#,九如岫wdhR曰-1QufldytrpJF口由丫UWMLnd-mln“明Tckjm-cteJulpuls口皿？WMDT咳gE：WlHTuf6加埠uHQud2-lrpJFQibvi9HAMDSdm

18、HTnagai-WhTi：ienRoteOulIMlBDcMHiHeiDirrsrsj/lhTris-teUUpU.?DrMDiJlrrDiiw5TriniicOUpUiJcMBi-H：=-Dib-r：3Tit=：p引自3pLi/JUUiHei:-DlMsridUhllis1sleMt-U:dRHTriili4rIf癡Ehqi司5ThwhHl*BLTnE己白什旌JajEu：m喟IUZutlrHyIW-wrih】一出U-JU-iRiinrhCAidTgrrtLWupFM、h訐4出Hr-*tDcMBiJIeis-LrtDntBisihln?MeCJpjr：DLMUihif-|lLi4!Dn-aEi

19、b巾由InH.口如jej口。同日LflFkrM=UP3Vir-hT用田OirtTcMEyTrt32由oV/i*黃Cljj高BdevffnitnlOKEkM，Dimrii衛(wèi)匚TcTSeqmertDsixiM-jCanirrcrrCalhcdeLadM/ilRbiSCOTnA&.rrwHUiXU-H-lS口曰患由Ul收brDlfln.lmlMuliHPi；SdirirrtftrQjtt1口DK小ftetori-41uliriPi：-th-ntsr*匚jrr-丁小54Fil單擊OK鍵就可放置元件，如下圖:歡迎下載12同理，可放置其它元件(3)放置電源和地左鍵選擇模型選擇工具欄中的目按鈕，出現(xiàn)如下圖:

20、-4LAHilLPjTEHMIINALSDEFAULTINPUTOUTPUTDIDIRPOWERGROUNDBUS選才?GROUND,并在原理圖編輯窗口中左鍵單擊一下，這樣就放置了“地”。POWER就是電源，添加方式和“地”是一樣的。雙擊電源，打開(kāi)對(duì)話框，對(duì)電源的參數(shù)進(jìn)行修改。在編號(hào)欄中填+5,表示所加的電源為+5V如下圖所示：13歡迎下載(4)按照原理圖連線，得到仿真圖:itfiqq,inWlFXORJr，8-Ut-r=一TE13U5:A-J5D-N.iU5:CAT，LSEHeTECTU$0Sr才,Lsm7.2仿真結(jié)果點(diǎn)擊如圖的第一個(gè)按鍵14歡迎下載II單擊_LJ開(kāi)始仿真，得到的結(jié)果如下圖由

21、此圖可看出，當(dāng)輸入密碼為1010時(shí)，輸出為1,報(bào)警燈不亮。得到的結(jié)果與設(shè)計(jì)要求一模一樣。再把輸入密碼改成1100,得到的仿真結(jié)果如下:由此圖可看出，當(dāng)輸入的密碼與設(shè)置的密碼不相同時(shí)，輸出為0,發(fā)光二極管亮，與設(shè)計(jì)要求也相同。說(shuō)明設(shè)計(jì)的電路是正確的。15歡迎下載8心得體會(huì)以上為我們所設(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，譬如說(shuō)電路的密碼不能遺忘，一旦遺忘，就很難打開(kāi)，這可以通過(guò)增加電路解決，但過(guò)于復(fù)雜，本次設(shè)計(jì)未具中；電路密碼只有16種可供修改，但由于他人不知道密碼的位數(shù)，而且還要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)按一定的順序開(kāi)鎖，所以他人開(kāi)鎖的幾率很??；電路中未加顯示電路,但可通過(guò)其它