2020年數(shù)字密碼鎖-數(shù)電課程設(shè)計

數(shù)字密碼鎖-數(shù)電課程設(shè)計

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潁擊幺和冬隴

HUNANINSTITUTEOFENGINEERING

課程設(shè)計

課程名稱___________數(shù)字電子技術(shù)____________

課題名稱數(shù)字密碼鎖

專業(yè)電氣工程及其自動化

班級____________________________________

學號____________________________________

姓名____________________________________

指導老師

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12月23日

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報告撰寫要求（此頁不打?。?/p>

課程設(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2cmo

（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。

（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、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。（字）

四、系統(tǒng)仿真/洌J試：對采用FPGA開發(fā)板的同學，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FPGA資源

七、總結(jié)：整個課程設(shè)計過程中，你覺得學習到了什么，課程設(shè)計過程中自己做的

不足的地方有哪些？對自己的學習有何啟示？希望課程設(shè)計過程或者指導老師如何改

進？……（500字）

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電氣信息學院

課程設(shè)計任務(wù)書

課題名稱_____________________________數(shù)字密碼鎖______________________________

姓名專業(yè)班級學號

指導老師_____________________________________________________________________

課程設(shè)計時間__________12月14日-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FPGA開發(fā)板（由指導老師

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“1~8”八個數(shù)字組成，當輸入密碼正確時，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)，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。

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三、參考資料

1、《數(shù)字電子技術(shù)》第五版高等教育出版社

-------------------閻石主編

2、《電子技術(shù)與EDA技術(shù)實驗實驗及仿真》

--------------孫勝麟、郭照南主編

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目錄

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..................................2

3.1防抖開關(guān)的設(shè)計............................................2

3.2密碼的存儲與讀取電路.......................................3

3.3密碼的比較電路.5

3.435秒報警電路的設(shè)計............................................6

3.530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

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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“廣8”八個數(shù)字組成，當輸入密碼正確時，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)，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)合所學知識及實驗室實際可提供的芯片我們能夠?qū)?/p>

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：

30秒自鎖電路

開鎖

撥

碼

開

關(guān)

給地址

計數(shù)電路

計數(shù)電路

根據(jù)系統(tǒng)框圖，對密碼的存儲讀取電路我們能夠用分別用一片74LS148,

74LS160,RAM2114（仿真時由于軟件原因用HM6116代替）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

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撥動一個開

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關(guān)）使輸出端產(chǎn)生相應的二進制編碼；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)生的相應二進制編碼在存入存儲器時都需要首先給定相應

的地址才能存儲成功。RAM2n4則主要起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

器應該輸入相應信號使得編碼器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

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抖動，避免影響正常的功能實現(xiàn)。如圖所示，本次課程設(shè)計經(jīng)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：

表1SR鎖存器的真值表

S9Q*

R，Q

1100

1111

3.2密0101碼的存儲與讀

取電路

0111

1000

1010

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)生相應的編碼輸入到存儲器的數(shù)

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據(jù)線(1/01-1/08)端口準備存儲，另一方面在用戶撥動開關(guān)時編碼器的GS端會產(chǎn)生相應

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，應該要遵循先給地址，再存編碼數(shù)據(jù)的原則，這樣數(shù)據(jù)才能穩(wěn)定的被

存儲。

?A?出

B0123456742AlMGSEO4匚174LS148

HXXXXXXXXHHHMH5C?的功能表和

LHHHHl4L

LXXXXXXXLILLLH6匚引腳圖如

LXXXXXXLHILH

LH7C二下：

LXXXXXLHHLHL

tHr

LXXXXLHHHLHNLHEl匚

LXXXLHHHHHLLLHA2C6

LXXLHHHHHHHH??HAlr

LHAlL7

LXLHHHHHHHH1.

LLHHHHHHHHHHGNDC8

圖274LS148的功

能表和引腳圖

HM6116存儲器的功能表如下

表2HM6116的功能

c0W

方式I/O引腳

EEE

3.3密碼的比較電路

4七H小匕U.卜

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。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)生相應脈沖對正確的編碼次數(shù)進行計

數(shù)，當輸入四次正確時，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：

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TruthTable

ComparingCascading

Outputs

InputsInputs

A3,B3A2,B2A1tB1AO.BOA>BA<BA?BA>BA<BA=B

A3>B3XXXXXXHLL

A3<B3XXXXXXLHL

A3-B3A2>B2XXXXXHLL

A3-B3A2<B2XXXXXLHL

A3-B3A2-B2Al>BlXXXXHLL

A3-B3A2-B2Al<B1XXXXLHL

A3-B3A2-B2Al,B1A0>BOXXXHLL

A3-B3A2-B2A1-BlA0<BOXXXLHL

A3-B3A2-B2Al-B1AO-BOHLLHLL

A3-B3A2-B2Al-B1AO-BOLHLLHL

A3-B3A2-B2Al-BlAO-BOXXHLLH

A3工B3A2-B2Al-BlAO-BOHHLLLL

A3?B3A2-B2Al-BlAO-BOLLLHHL

￡1995MManriSemconductarCoipcrManTUF/9?S

圖474LS85的功能表

3.435秒報警電路的設(shè)計

圖5密碼鎖的35秒報警電路

當由比較電路產(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，報警也應該停止，能夠用一個如圖所示的三態(tài)門

EN端前的與門來實現(xiàn)。

其中74LS160的功能表如下：

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圖674LS160的功能表和管腳圖

3.530秒自鎖電路

ooO

DCBA

持

保

持

保

計

數(shù)

圖7密碼鎖的30秒自鎖電路

根據(jù)要求，系統(tǒng)應該在用戶輸入密碼（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。

首先應在儲存器的讀寫開關(guān)處設(shè)計邏輯關(guān)系，使得當用戶正式輸入密碼（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，再將這個信連接到信號源前三態(tài)門的EN端，使得三態(tài)門處于導通狀態(tài)，

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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?yōu)楦唠娖剑幋a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:

圖8整體電路圖

實際接線情況如下:

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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。

最后經(jīng)過詢問指導老師才了解到，在實際連線測試電路的時候，數(shù)字電路試驗箱上的

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

鎖存器做一個防機械開關(guān)抖動的電路。按照老師的指導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，從而導致電路總是錯

誤的產(chǎn)生開鎖信號或者報警信號。

經(jīng)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，而應該在編碼數(shù)據(jù)輸入之前先預置一個地址，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:

元器件數(shù)量

74LS1481

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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