電子密碼鎖課程設(shè)計(jì)

1、目錄摘要21. 設(shè)計(jì)目的32. 設(shè)計(jì)要求33. 方案選擇43.1 第一方案 555集成電路構(gòu)成的密碼鎖電路43.2 第二方案 基于74LS138譯碼器的電子密碼鎖設(shè)計(jì)43.3 第三方案 基于8D鎖存器74LS373的鎖存密碼電路54. 流程框圖65. 原理電路圖76. 單元電路的設(shè)計(jì)86.1 密碼驗(yàn)證模塊86.2 計(jì)時(shí)模塊106.3 鎖定輸出116.4 邏輯組合模塊127. 組裝和調(diào)試138. 測(cè)試數(shù)據(jù)149. 總結(jié)1610. 致謝17附錄一 總電路圖18附錄二 元器件清單19附錄三 仿真結(jié)果203.1 密碼輸入正確203.2 密碼輸入錯(cuò)誤20附錄四 實(shí)物作品21參考文獻(xiàn)21摘要本次課程設(shè)計(jì)的

2、題目是電子密碼校驗(yàn)設(shè)計(jì)，由輸入密碼、設(shè)定密碼、寄存電路、比較電路、顯示電路、修改密碼等模塊組成。該電子密碼鎖利用數(shù)字邏輯電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)鎖的電子控制，突破了傳統(tǒng)的機(jī)械鎖的單一性、保密性低、易撬性的缺點(diǎn)，數(shù)字電子密碼鎖具有保密性高、使用靈活性好、安全系數(shù)高的優(yōu)點(diǎn)。主要工作部分是將輸入密碼與正確密碼進(jìn)行比較，密碼正確時(shí)綠色發(fā)光二極管亮，密碼錯(cuò)誤則紅色發(fā)光二極管亮。輸入電路將6位密碼并行輸入，密碼是否相等利用與非門將輸入的密碼和預(yù)定密碼進(jìn)行比較，當(dāng)相等時(shí)便觸發(fā)綠色發(fā)光二極管，不相等則作用到紅色發(fā)光二極管和蜂鳴器。1. 設(shè)計(jì)目的本課程為電子、通信類專業(yè)的獨(dú)立實(shí)踐課，該課程設(shè)計(jì)建立在電路基礎(chǔ)、低頻與高頻電子

3、線路等課程的基礎(chǔ)上，主要讓學(xué)生加深對(duì)電子線路理論知識(shí)的掌握，使學(xué)生能把所學(xué)的知識(shí)系統(tǒng)地、高效地貫穿到實(shí)踐中來，避免理論與實(shí)踐的脫離，同時(shí)提高學(xué)生的動(dòng)手能力，并在實(shí)踐中不斷完善理論基礎(chǔ)知識(shí)，有助于培養(yǎng)學(xué)生綜合能力。2. 設(shè)計(jì)要求1) 要求電子器件設(shè)計(jì)制作密碼鎖的控制電路，使之在輸入正確的代碼時(shí)，輸出信號(hào)以啟動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，并且用紅、綠LED指示關(guān)鎖、開鎖狀態(tài)。2) 密碼鎖控制器中存儲(chǔ)一個(gè)4位代碼，當(dāng)開鎖按鈕開關(guān)設(shè)置9位，其中只有4位有效）的輸入代碼等于存儲(chǔ)代碼時(shí)啟動(dòng)開鎖控制電路，并且用綠燈亮、紅燈滅表示開鎖狀態(tài)。3) 從第一個(gè)按鈕觸動(dòng)后的5秒內(nèi)若未能將鎖打開，則電路自動(dòng)復(fù)位并由揚(yáng)聲器發(fā)出20秒的

4、報(bào)警信號(hào)，同時(shí)用綠燈滅、紅燈亮表示關(guān)鎖狀態(tài)。4) 要求性能可靠、操作簡(jiǎn)便。5) 密碼鎖控制器中存儲(chǔ)的4位密碼可以修改。3. 方案選擇3.1 第一方案 555集成電路構(gòu)成的密碼鎖電路 圖 3-1 555時(shí)基集成電路組成的電子密碼鎖電路方案一電路原理較簡(jiǎn)單，當(dāng)且僅當(dāng)所有的K1開關(guān)單開、K0開關(guān)閉合時(shí)，電路才會(huì)執(zhí)行開鎖命令。這個(gè)電子密碼鎖是“密碼”安排在鑰匙和鎖孔中，只有兩者的“密碼”一致才能開鎖。555的各主要功能（控制）引腳均用“密碼”開關(guān)才能連接到適當(dāng)?shù)奈恢茫ǖ鼐€或電源正端）。所有標(biāo)有K0的開關(guān)是正確開鎖時(shí)應(yīng)當(dāng)連通的開關(guān)，所有標(biāo)有K1的開關(guān)是正確開鎖時(shí)不能連通的開關(guān)。這樣，只有所有的K0連通，

5、555第3腳才會(huì)輸出高電平，雙向可控硅3061才導(dǎo)通使繼電器吸動(dòng)，完成開鎖動(dòng)作。否則，555第3腳不會(huì)有高電平輸出，無法開鎖。此方案相對(duì)簡(jiǎn)單，靈活度低，需要制作相應(yīng)的鑰匙和鎖孔，要求機(jī)械程度比較高。3.2 第二方案 基于74LS138譯碼器的電子密碼鎖設(shè)計(jì)用74LS138譯碼器為密碼設(shè)定電路和修改電路，這方案可以便捷地設(shè)定密碼和修改密碼，但密碼的輸入要用到6個(gè)控制開關(guān)且密碼輸入不分順序。3.3 第三方案 基于8D鎖存器74LS373的鎖存密碼電路 此方案采用兩個(gè)8D鎖存器74LS373用于存儲(chǔ)密碼和接收輸入信號(hào)，兩者進(jìn)入比較器進(jìn)行比較。共設(shè)有八個(gè)用戶輸入鍵，74LS373為密碼存儲(chǔ)器件。先將7

6、4LS373的C和OC端置低電平，使其處于送數(shù)狀態(tài)。當(dāng)輸入密碼后將OC置于高電位，則鎖存器將密碼信號(hào)鎖存，然后按鍵復(fù)位。當(dāng)下次開鎖時(shí)只有在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，規(guī)定次數(shù)內(nèi)輸入密碼才會(huì)發(fā)出開鎖信號(hào)，否則不能開鎖。并且，當(dāng)時(shí)間或輸入次數(shù)到達(dá)一定值后，電路會(huì)自鎖一段時(shí)間，并發(fā)出警報(bào)聲。警報(bào)結(jié)束后，電路回復(fù)原狀，計(jì)時(shí)及計(jì)數(shù)歸零，直至下一次開鎖動(dòng)作。第一部分是密碼輸入部分，由八個(gè)開關(guān)構(gòu)成，密碼輸入共有28=255種輸入方式（注：從0000-1111 共256種組合），但能正確開鎖的輸入方式只有1種，安全性較高。第二部分是由74LS373組成的密碼鎖存電路，通過控制74LS373的芯片管腳特性來控制芯片的工作狀態(tài)。

7、第三部分是由74LS85組成的比較器（或者是同或門組成的比較電路），來比較輸入信號(hào)與寄存密碼的相等與否。第四部分是有二極管構(gòu)成的開鎖信號(hào)電路，黃燈處于待開狀態(tài)，綠燈表示開鎖正確，紅燈及警報(bào)聲表示開鎖錯(cuò)誤或者是鎖存狀態(tài)。第五部分是計(jì)時(shí)及計(jì)數(shù)部分，計(jì)時(shí)表示從準(zhǔn)備開鎖到開鎖完成所規(guī)定的時(shí)間，以及鎖存時(shí)期的鎖存時(shí)間，計(jì)數(shù)記錄的是誤操作的次數(shù)?？紤]到復(fù)雜程度、密碼鎖的精確性和器材配置，我們最終決定選擇第二方案。4. 流程框圖密碼驗(yàn)證模塊計(jì)時(shí)模塊開鎖信號(hào)報(bào)警信號(hào)密碼輸入確定輸入邏輯組合模塊修改密碼鎖住輸入5. 原理電路圖6. 單元電路的設(shè)計(jì)6.1 密碼驗(yàn)證模塊此模塊主要是用輸入鍵盤和74LS138實(shí)現(xiàn)，7

8、4LS138為3線-8線譯碼器,它的真值表如表6-1. 表6-1 74LS138真值表輸入輸出S1S2+S3A2 A1 A0Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y70XX X X1 1 1 1 1 1 1 1X1X X X1 1 1 1 1 1 1 1100 0 00 1 1 1 1 1 1 1100 0 11 0 1 1 1 1 1 1100 1 01 1 0 1 1 1 1 1100 1 11 1 1 0 1 1 1 1101 0 01 1 1 1 0 1 1 1101 0 11 1 1 1 1 0 1 1101 1 01 1 1 1 1 1 0 1101 1 11 1 1 1 1

9、1 1 0由表6-1可知每個(gè)輸出端為0時(shí)都有唯一的輸入碼，所以可以把S1 S2 S3 A2 A1 A0作為密碼輸入端，與輸入鍵盤相連,共有26=64種輸入情況。Y0Y7只需要選擇其中一端作為密碼驗(yàn)證信號(hào)輸出就行了。有8個(gè)選擇，也就是修改密碼時(shí)，只有8個(gè)不同的固定密碼可以選。電路連接圖如圖6-1. 圖6-1密碼驗(yàn)證模塊電路圖原理：預(yù)置密碼是6位二進(jìn)制密碼（高低電平控制），按下鍵為1，未按鍵為0，平時(shí)（輸入端）均處于0狀態(tài)。電路用6個(gè)開關(guān)按鍵SW1-6輸入6位密碼，輸入到譯碼器74ls138會(huì)依此把密碼記入電路， 密碼和密碼選擇端對(duì)應(yīng)表如表6-2密碼設(shè)定端的連接密碼Y0100000Y1100001

10、Y2100010Y3100011Y4100100Y5100101Y6100110Y7100111 表6-2 密碼和密碼選擇端對(duì)應(yīng)表6.2 計(jì)時(shí)模塊此模塊選用555電路單穩(wěn)態(tài)的一種變形。如圖6-2. 按下確定開關(guān)將在時(shí)基電路輸出端OUT（第3引腳）產(chǎn)生高電平，經(jīng)延時(shí)Tx后，輸出端OUT將保持低電平不變。(Tx1.1R1C1)工作原理：該模塊為由555定時(shí)器構(gòu)成的延時(shí)器。參數(shù)計(jì)算：T1 =(R1 +R2)Cln2 、T2 =R2Cln2，電路的振蕩周期為T=(R1 +2R2)Cln2。6.3 鎖定輸出此模塊用的是D觸發(fā)器74LS175.其電路連接如圖6-3圖6-3 D觸發(fā)器74LS175來自74H

11、C138AA來自555該模塊是把密碼驗(yàn)證模塊送來的驗(yàn)證結(jié)果存住。在按下確定鍵時(shí)，555電路3腳產(chǎn)生的上升沿使觸發(fā)器如表6-3做出反應(yīng)。.表6-3 555定時(shí)器功能表6.4 邏輯組合模塊此模塊的兩個(gè)輸入端是接鎖定模塊的輸出端A和計(jì)時(shí)模塊的輸出端B。兩個(gè)輸出端分別接開鎖指示燈S和報(bào)警指示燈J。它們的真值表如表4-1。A BD1 D20 01 10 10 11 01 11 11 0 表6-4 真值表所以S = A B J=A B由此可以選用74LS00實(shí)現(xiàn)該模塊的邏輯功能A的非直接用74LS175的3引腳輸出。其連接圖如圖6-4. 圖6-4邏輯組合模塊電路連接圖原理：從四位比較器中傳來密碼校驗(yàn)的信號(hào)

12、，若傳來是密碼錯(cuò)誤則從U1:A的第1管腳中輸入信號(hào)為0（若密碼正確為1）。使U1:A管腳3輸出低電平，此時(shí)光報(bào)警信號(hào)紅燈D2亮，蜂鳴器ls1發(fā)出聲音報(bào)警信號(hào)。7. 組裝和調(diào)試 設(shè)計(jì)該電路的最初方案是用51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，其優(yōu)點(diǎn)是硬件電路簡(jiǎn)單，功能拓展方便。但該課程設(shè)計(jì)的要求是電路主要選用邏輯電路，所以放棄最初方案。 密碼驗(yàn)證模塊的最初設(shè)計(jì)方案是用邏輯門電路實(shí)現(xiàn)，但其缺點(diǎn)是電路連接復(fù)雜。還有一種普遍的方案是用數(shù)據(jù)比較器74LS85，其優(yōu)點(diǎn)是可以設(shè)置16種密碼但只用一片的話只有4位密碼輸入。而使用譯碼器74LS138可使電路連接簡(jiǎn)單得多，也可以有6位密碼輸入。 開始時(shí)設(shè)計(jì)存在一個(gè)缺點(diǎn)，就是在按確定鍵后

13、到計(jì)時(shí)結(jié)束這段時(shí)間內(nèi)鍵盤密碼的輸入是有效。即在第一次按錯(cuò)密碼而警報(bào)響起時(shí)馬上輸入正確密碼，則警報(bào)停，開鎖信號(hào)燈亮。其波形圖如圖7-1.（S, J為低電平時(shí)才能點(diǎn)亮LED燈）BASJtttt圖7-1波形圖Tx經(jīng)過思索應(yīng)該引進(jìn)鎖存器，翻閱資料后，發(fā)現(xiàn)D觸發(fā)器74LS175可以解決該問題，于是增加了74LS175。但是問題又來了，就是給電路接入電源時(shí)，前22秒是會(huì)給555電路的C1充電，3引腳在這段時(shí)間是高電平，而74LS175輸出的是低電平，有表5-4可知S亮，既鎖會(huì)打開。為解決這個(gè)缺點(diǎn)，我們?cè)黾恿艘粋€(gè)二極管。8. 測(cè)試數(shù)據(jù)密碼選擇端選擇Y7時(shí)，查表6-2可知道密碼為100111。測(cè)試的數(shù)據(jù)如下表

14、8-1 表8-1密碼輸入信號(hào)燈123456SJ000000暗亮000001暗亮000010暗亮000011暗亮000100暗亮000101暗亮000110暗亮000111暗亮001000暗亮001001暗亮001010暗亮001011暗亮001100暗亮001101暗亮001110暗亮001111暗亮010000暗亮010001暗亮010010暗亮010011暗亮010100暗亮010101暗亮010110暗亮010111暗亮011000暗亮011001暗亮011010暗亮011011暗亮011100暗亮011101暗亮011110暗亮011111暗亮100000暗亮100001暗亮10001

15、0暗亮100011暗亮100100暗亮100101暗亮100110暗亮100111亮暗101000暗亮101001暗亮101010暗亮101011暗亮101100暗亮101101暗亮101110暗亮101111暗亮110000暗亮110001暗亮110010暗亮110011暗亮110100暗亮110101暗亮110110暗亮110111暗亮111000暗亮111001暗亮111010暗亮111011暗亮111100暗亮111101暗亮111110暗亮9. 總結(jié)在本次課程設(shè)計(jì)過程中，我們認(rèn)為自己在收獲知識(shí)的同時(shí)，還收獲了閱歷，收獲了成熟，在此過程中，我們通過查找大量資料，請(qǐng)教老師，以及不懈的努力

16、，不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考、動(dòng)手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，解決困難的過程中，與同學(xué)分工設(shè)計(jì)，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會(huì)了合作，學(xué)會(huì)了運(yùn)籌帷幄，學(xué)會(huì)了寬容，學(xué)會(huì)了理解，也學(xué)會(huì)了做人與處世。而這是日后最實(shí)用的，真的是受益匪淺。要面對(duì)社會(huì)的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實(shí)踐，再學(xué)習(xí)、再實(shí)踐。 課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過程”千里之行始于足下”，通過這次課程設(shè)計(jì)，我們深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義。我們今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。對(duì)于課程

17、設(shè)計(jì)來說，正確的思路是很重要的，只有你的設(shè)計(jì)思路是正確的，那你的設(shè)計(jì)才有可能成功。因此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)前必須做好充分的準(zhǔn)備，認(rèn)真查找詳細(xì)的資料，為我們?cè)O(shè)計(jì)的成功打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 之所謂，用大腦去控制行動(dòng)，才能做到事半功倍，以最有效率的方式達(dá)到我們的目的。在這次課程設(shè)計(jì)過程中，我們遇到了很多問題。很多邏輯上正確，仿真模擬成功的電路在實(shí)際過程中卻很難達(dá)到很好的效果。比如電路中錯(cuò)誤計(jì)數(shù)不能實(shí)現(xiàn)，出現(xiàn)不穩(wěn)定跳動(dòng)的問題，在仿真過程中就不會(huì)出現(xiàn)實(shí)際電路中容易出現(xiàn)的各種擾動(dòng)，那么在實(shí)際電路連接的過程中出現(xiàn)了這種問題，就要求我們具有分析問題，利用所學(xué)知識(shí)解決問題的能力，在存在問題的情況下利用所學(xué)知識(shí)去減少誤差，規(guī)

18、避錯(cuò)誤。還比如在解決顯示初始化不穩(wěn)定或者是計(jì)數(shù)電路不能夠正常按要求計(jì)數(shù)等問題，在我們的思考和分析下，最終找到了解決辦法，非常好的解決了問題，達(dá)到了預(yù)期效果。這種感覺讓我們感到很欣慰，讓我們覺得非常有成就感，也培養(yǎng)了我們這種發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，解決困難的精神，這對(duì)我們?cè)谝院蟮膶W(xué)習(xí)生活中有著很大的幫助。10. 致謝本課題在選題及進(jìn)行過程中得到張曉東院長(zhǎng)的悉心指導(dǎo)。課程設(shè)計(jì)過程中，張?jiān)洪L(zhǎng)幫助我們分析思路，開拓視角，張?jiān)洪L(zhǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度，踏實(shí)堅(jiān)韌的工作精神，將使我們終生受益。再多華麗的言語也顯蒼白。在此，謹(jǐn)向張?jiān)洪L(zhǎng)致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。附錄一 總電路圖附錄二 元器件清單名稱型號(hào)數(shù)量四/2輸入端與非門74LS001塊譯碼器74LS1381塊5555552塊同步D觸發(fā)器74LS1751塊發(fā)光二極管2個(gè)插針1排芯片插槽DIP141個(gè)芯