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1、电子密码锁设计任务书1、设计目的（1） 把握电子密码锁工作原理。（2） 生疏数字集成电路的设计和使用方法。（3） 生疏 Protel/multisim 软件的使用。2、设计任务（1） 用电子器件设计制作一个密码锁，使之在输入正确的代码时开锁。（2） 在锁的掌握电路中设一个可以修改的 8 位代码，当输入的代码和掌握电路的代码全都时锁翻开。（3） 用红灯亮、绿灯灭表示关锁，绿灯亮、红灯灭表示开锁。（4） 当开锁输入码与密码不全都时发出报警信号。连续 3 次输入错误则进入自锁状态。（5） 其他功能可以自行扩展。3、设计要求（1） 合理的设计硬件电路，说明工作原理及设计过程，画出相关的电路原理图；（2
2、） 选择常用的电器元件说明电器元件选择的过程和依据；（3） 进展数字电路仿真；（4） 依据标准要求，按时提交课程设计报告打印或手写，并完成相应辩论。4、参考资料（1） 毕满清主编. 电子技术试验与课程设计. 北京：机械工业出版社，2023（2） 胡奕涛主编.电子技术实践教程.北京：北京邮电大学出版社，2023（3） 苏文平，等编著. 电子技术实践与制作教程. 北京：国防工业出版社，2023（4） 康华光主编.电子技术根底:模拟局部. 北京:高等教育出版社,19883电子密码锁设计报告名目一设计任务和要求3二设计的方案的选择与论证32.1 电路设计的多种方案32.2 方案论证42.3 方案选择4
3、三电路设计计算与分析53.1 开关编码电路53.2 密码存储及显示电路73.3 密码验证电路103.4 开关锁报警电路103.5 密码锁定电路12四总结及心得13五附录165.1 电路原理图165.2 元器件明细表17六参考文献18一设计任务和要求用电子器件设计制作一个数字密码锁，红灯亮、绿灯灭表示关锁， 绿灯亮、红灯灭表示开锁。具体要求如下：（1） 在锁的掌握电路中设一个可以修改的 8 位数字密码；（2） 设置密码时指示灯不亮，也不会发出报警信号；设置完密码后密码锁处于关锁状态即红灯亮，绿灯灭，此后输入正确密码时密码锁开锁且不报警，输入错误时密码锁保持关锁状态并报警；（3） 连续 3 次输入
4、错误时，密码锁马上自动锁定 30 秒钟，即在 30 秒内输不进去密码，因此也开不了锁；30 秒之后密码锁自动退出锁定状态，此时可以正常输入密码；（4） 输入密码的过程中不会报警，只有在输入完成后，密码锁才会推断密码是否正确以及执行开/关锁和是否报警的操作。二设计的方案的选择与论证2.1 电路设计的多种方案设计制作数字电子密码锁，可以使用各种集成译码器， 555 定时器，触发器，也可以承受单片机如 89C51。方案一：选用单片机作为核心元件，利用其敏捷的编程设计和丰富的 I/O 端口，以及掌握的准确性，实现丰富的密码锁功能。在单片机的外围电路外接输入键盘用于密码的输入和一些功能的掌握，外接芯片用
5、于密码的存储，外接 LCD 显示器用于显示作用。当用户需要开锁时，先按键盘开锁键之后按键盘的数字键 09 输入密码。密码输完后按下确认键，假设密码输入正确则开锁，不正确显示密码错误重输入密码，当三次密码错误则发出报警信号。除上述根本的密码锁功能外，还可以添加遥控功能。方案二:选用各种集成芯片作为本设计的核心元件。用规律开关及编码器组成密码输入局部；D 触发器存储输入的密码和掌握电路里设置好的密码；接成 8 进制计数器来对输入密码时密码的个数计数；接成 3 进制计数器，对重置密码的次数计数，在第 3 次重置密码时产生高电位的进位信号，触发 555 定时器构成的单稳态触发器，触发器产生 30 秒的
6、触发信号掌握密码锁输入局部始终置零，这时就输不进去密码了即从第四次开头输不进去密码，从而实现了连续 3 次输入密码错误就锁定的功能。2.2 方案论证承受单片机来设计，其优点是硬件电路简洁，功能很多，拓展便利， 编程设计敏捷多样以及 I/O 端口丰富，掌握准确。但是单片机要求学问广泛，需要对硬件有较好的生疏，也要有肯定的编程力量。再者，用单 片机设计时需要用到的外围设备多，密码锁制作费用比较大。用各种集成芯片及门电路来设计，优点是电路理解轻松，设计比较顺畅，用已有的学问就可以设计。但是电路连线比较繁杂，需要一些规律器件，智能化大大降低，很简洁消灭故障，并且能拓展的功能也比较少。2.3 方案选择论
7、证完方案后反观自身，学问面不够广，电路设计阅历不太多，专业根底也不是很扎实，这样的话承受单片机来设计电路可行性不是很高， 短时间内有很大难度。所以，为了进一步稳固理论根底、娴熟把握和运用数字电子技术的根本学问以及丰富电路设计制作的阅历，在此次课程设计中，通过两种方案的比较，结合自身实际状况，在满足设计要求的根底上，我承受方案二来设计制作电子密码锁，并适当扩展了其功能。其系统框图如下：计数输入密码锁定开锁数字按键密码验证关锁报警设置密码图 1 电子密码锁设计电路系统框图三电路设计计算与分析设计过程中共用到 5 个单元电路，分别为开关编码电路、密码存储/ 显示电路、密码验证电路、开关锁报警电路和密
8、码锁定电路。下面将一一表达其实现原理。3.1 开关编码电路此电路由规律开关、二-十进制优先编码器 74HC147 和一个四输入的与非门组成。9 个开关分别用键盘上的数字 1-9 掌握，其上两个端口分别接高、低电位，用来掌握编码器输入端的电位。图 2 开关编码电路图不按数字键时，开关上面的两个端连接导通，编码器上相应的输入端为高电位。所以初始状态下编码器 9 个输入端均为高电位，4 个输出端也均为高电位，经过四输入的与非门后变成脉冲输出端的低电位。当按下某一个数字键时，相应的开关下面两个端连接导通，编码器输出 4 个相应的的凹凸电位而且至少有一个低电位，经过与非门之后形成脉冲输出端的高电位。当松
9、开数字键时编码器的输入端和输出端又都变成高电位，经过与非门之后脉冲输出端又恢复成低电位。所以每次输入一个数字时按相应的数字键，按下又松开，该电路脉冲输出端还产生一个脉冲，将此脉冲发送给密码存储单元，可触发其状态发生转变，进展密码存储。6表 1 二-十进制优先编码器 74HC147 特性表输入输出IIII1234IIII5678IYYYY9321011111111111110011001011101110000111100101111101001111110110111111110001111111110101111111111103.2 密码存储/显示电路由于需要存储由 8 个数字组成的一串密
10、码，所以此电路由 8 个 D 触发器和 8 个七段数码管构成，每个触发器负责存储和输出一个数字，每个数码管负责显示一个数字。数码管显示的数字由对应的 D 触发器输出。电路图如下：图 3 密码存储及显示电路图图中的触发器都是 74HC175，其功能特性和一般的单输入触发器类似，唯一的不同就是 74HC175 有 4 个 D 输入端和 4 个 Q 输出端。所以理论上每个触发器都可以存储十进制数 015 之内的任何一个数。8 个触发器的脉冲输入端相互连在一起，置零端低位有效也相互连在一起，7脉冲输入端和置零端分别受统一的脉冲信号和置零触发信号掌握。 8 个触发器依次级联，前一个触发器的输出端接后一个
11、触发器的输入端，构成一个四位串行输入的移位存放器。表 2 单输入D 触发器特性表CLRCLKDQQ*001000101111001111在置零端无效以及脉冲信号连续的状况下，输入的第一个数字马上由第一个触发器输出，由第一个数码管显示出来，并存储在其次个触发器中；输入的其次个数字还是由第一个触发器输出，由第一个数码管显示出来，并存储在其次个触发器中；之前存储在其次个触发器中的数字此时已经输出，由其次个数码管显示出来，并存储在第三个触发器中。输入过程中第一个数码管总是显示最终输入的数字，其次个数码管显示输入的前一个数字。以此类推，输入完 8 个数字后，数码管依次显示每个数字，从左往右看时，最终一个
12、数码管显示输入的第一个数字，第一个数码管显示输入的最终一个数字。这样在效果上就形成了一个串行输入的移位存放器。当需要重置密码时，让触发器的置零端有效即可即使置零端为低电位，此时触发器的输出端 Q 端均为 0。在密码锁电路设计过程中两次用到此单元电路，分别用来存储设置的密码和输入的密码。以下图就是由开关编码电路和密码存储/显示电路连接而成的密码输入及设置电路，并显示有仿真结果。8图 4 密码输入及设置电路图中上边的电路用来存储和显示输入的密码，下边的电路负责存储和显示设置的密码，而左边局部是开关编码电路。另外此图中由空格键掌握的开关负责使输入密码存储电路置零，由于按下空格键时，此开关下方导通，接
13、低电位到密码存储电路中 D 触发器的置零端低电位有效，则 D 触发器都置零。开关 B 负责掌握电路进入密码设置状态和输入密码状态。当 B 翻开时接高电位，此时可以开头设置密码，在开关编码电路中按下相应的数字键后触发的脉冲经过与门传送给设置密码存储电路的脉冲输入端，这时电路就可以存储设置的密码了。当 B 闭合时接低电位，经过与门后必定也输出低电位，此时开关编码电路产生的脉冲传输不到设置密码存储电路的脉冲输入端，因此设置密码存储电路将保持状态不变，即电路退出了设置密码的状态。此时应当留意的是，开关 B 输出端的电位还接到一个三态门的掌握端上，而此三态门又可以掌握开关编码电路产生的脉冲是否输入到输入
14、密码存储电路的脉冲触发端。也就是在 B 闭合时，电路退出了设置密码的状态，此时三态门导通，脉冲可以传到输入密码存储电路中，则此时电路进入了输入密码的状态；而当 B 翻开时，电路进入设置密码的状态，此时三态门截止，脉冲传输不到输入密码存储电路中，将保持状态不变，也即不能存储输入密码，电路退出了输入密码的状态。9而开关 A 和空格键掌握的开关类似，它是负责使设置密码存储电路置零，由于其输出端与设置密码存储电路中的置零端相连。3.3 密码验证电路此电路由 8 个 4 位数值比较器组成，它们相互级联，用来比较输入的密码和设置的密码，只有两者完全全都时电路输出端才会产生高电位。其中每个比较器负责比较一对
15、数字，所以此电路可验证 8 位数字密码是否正确。3.4 开关锁报警电路图 5 密码验证电路此电路主要由计数器、开关锁指示灯、报警装置以及掌握开关和一些门电路组成。电路如图 5 所示。图中绿灯模拟开锁状态，红灯模拟关锁状态，而蜂鸣器用来报警。当输入密码正确时，密码验证电路输出高电位，电路进入开锁状态；不正确时密码验证电路输出低电位，电路保持关锁状态，并报警。图 6 开关锁报警电路10翻开开关 B 可掌握密码锁进入密码设置状态，此时开关锁指示灯不亮，也不会报警实际上此状态下密码锁也不需要报警。密码设置完成后退出此状态即闭合开关B。此时密码验证电路必定输出低电位，经过非门后又变为高电位。然后可通过闭
16、合开关 D 来掌握密码锁进入关锁状态绿灯亮、红灯灭。此时只有输入8 位正确的数字密码后，才能进入开锁状态红灯亮、绿灯灭。因此需要在密码输入过程中对输入的数字进展计数。又由于输入的是 8 位密码，所以只需要 8 进制的计数器即可。此电路是通过置数法将同步十进制计数器 74LS160 接成 8 进制计数器。CLKRD0LDEPET工作状态置零10预置数表 3 同步十进制计数器 74LS160 的特性表1101保持110保持但 C=01111计数计数器上的脉冲输入端用来接收输入密码时开关编码电路产生的脉冲信号。由上可知，每输入一个数字，电路均会产生一个脉冲。在此脉冲触发下，计数器开头计数。但需要留意
17、的是，计数器开头计数时的初始状态应当是输出 0000，假设不是的话需要通过空格键或规律开关C 使计数器置零。此外空格键也用来掌握输入密码存储电路置零。等到输入完 8 位密码以后，计数器也进展了 8 次计数，并且产生了进位信号。它和密码验证电路的输出信号共同掌握密码锁开锁和报警，而在开关 B 和D 都闭合的状况下，密码验证电路的输出信号单独掌握密码锁是否退出关锁状态。113.5 密码锁定电路此电路主要承受同步十进制计数器 74LS160 和 555 定时器。分别把十进制计数器接成四进制，把 555 定时器接成单稳态触发器。图 7 密码锁定电路依据设计要求，电路需要实现连续 3 次输入错误时密码锁
18、自锁 30 秒钟的功能，因此必定要使用计数器进展计数。本设计电路中计数器是对重置输入密码的操作次数计数即按空格键的次数，当输入密码连续错误三次时重置密码的次数也为三次，此时计数器产生高电位的进位信号， 触发 555 定时器构成的单稳态触发器，触发器产生 30 秒的高电位触发信号，经过非门后变为低电位，掌握密码输入局部始终置零，因此从这时开头就输不进去密码了即从第 4 次开头就输不进去密码了，实现了 3次密码错误就锁定的功能。至于单稳态触发器中 R、C 的取值，则可依据公式tw1.1RC 来设定，其中tw =30s。下面简洁表达一下其工作原理并给出电路的电压波形图。单稳态触发器的触发信号输入端低
19、电平有效。在没有触发信号时， TRI 端处于高电平，单稳态触发器输出低电平，处于稳态；在输入触发信号时，电容充电，单稳态触发器输出高电平，处于暂稳态；经过一段时间后，电容电压到达上限阈值，假设此时输入端的脉冲触发已消逝则12输出低电平，同时电容快速放电，电路恢复到稳态。图 8 用 555 定时器接成的单稳态触发器电路的电压波形图四总结及心得这学期我们开头学习数字电子技术这门专业课，这次也是我们第一次做课程设计，所以不免会感到一些吃力。通过这次课程设计我觉察自己还存在诸多方面的缺乏，比方刚开头拿到原理图和元器件时，没有对原理图的正确性验证就盲目的连接，导致不能到达预期的模拟结果，经过屡次调试才觉
20、察问题所在。历时两周的数电课程设计现在马上完毕，回想一下，感觉这个过程中发生了好多，自己也有很深的体会。虽然很辛苦，但给我带来了从未有过的体验与喜悦。在设计实践的过程中，我深深地体会到必需要有扎实的学问根底，要娴熟地把握课本上的学问，这样才能对试验中消灭的问题进展分析解决。在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是利用Multisim 软件仿真。由于之前没有好好学习这个软件，所以我必需从头学起，自行摸索的学习。我在各个单元电路的连接上花费了大量时间。13在设计时曾提出了两种方案可供选择，我们认真比较分析其原理和可行性，并结合自身实际状况，最终确定了设计方案和电路。实习过程中， 我深刻地体会到在设
21、计过程中，要考虑到各个元器件的功能和特性，要翻阅大量资料，参考别人的阅历，只有这样才能把自己的电路设计得更完善。通过这次对电子密码锁的设计与制作，我了解了设计电路的一般步骤，也明白了关于电子密码锁的原理与设计理念。在此次的电子密码锁设计过程中，我更进一步地生疏了芯片的构造、管脚图、功能表以及把握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。这些学问对我们大学生来说是格外贵重的实践阅历，是无法在课堂上获得的，是当今社会最重视的，同时也是我们最需要提高的局部。在设计电路中,完成电路图只是完成了设计的一小局部，更加困难的是对电路的验证和纠错，在这过程中我接触到了很多未接触过的检查方法和思想。在电路的仿真过程
22、中出错的缘由都主要是由接线的错误所引起的。所以在接线的时候肯定要细心，不要接错，同时也要学会如何判别芯片的功能，要是芯片不具备要求的功能，或者不匹配，即使接线再正确也出不来抱负的模拟结果。在此过程中要认真争论考虑自己的设计， 看是否可行，尤其是进位输出，得着重看看进位输出端输出的的 CP 脉冲是否正确等。总体来说，通过这次课程设计学习，我更加感觉电子设计不是死板的东西，是有很大科学性与艺术性的。不同芯片的使用，不同的接线方法，不同的变量，不同的实现思路，经过组合后几乎可以称之为艺术。这次课程设计使我对各种电路都有了或许的了解，也学会了常用 EDA 软件的使用，在寻常的理论学习中遇到的问题现在都
23、已经一一解决了，这加深了我对本专业的了解，培育了我对学习的兴趣，为以后的学习打下14了良好的根底，所以我受益匪浅。同时，这次课设使我明白：电子设计容不得纸上谈兵，只有自己动手实际操作才会有深刻理解，才会有收获， 正所谓“千里之行，始于足下”。这次课程设计最大的意义在于让我们迈出了通往工程师的第一步。所以我格外感谢指导教师的答疑解惑指导和帮助过我的同学们。理论学问终究不是实践力量，在实践面前一系列的问题会突发消灭，但是没有扎实的理论学问，实践力量又无从存在，二者可谓缺一不行。所以在以后的学习工作中，学习和动手我要两手抓，而且两手都要硬， 不能留下软肋，让问题钻了空子。五附录5.1 电路原理图16
24、5.2 元器件明细表数量描述标号封装174HC_4V,74HC147N_4VU1GenericNO16174HC_4V,74HC175N_4VU2GenericNO161574HC_4V,74HC175N_4VU4,U5,U6,U11,U12 U13,U14,U15,U16,U17IPC-2221A/2222NO16U18,U27,U28,U29,U30174LS,74LS20DU10IPC-7351DO142SPDTS11, S12GenericSPDT11SWITCH,PB_DPSTS1,S2,S3,S4,S5,S6S7,S8,S9,S10,S15UltiboardDIGTAS1174HC
25、_4V,74HC125N_4VU7IPC-2221A/2222NO14874HC_4V,74HC85AD_4VU8,U9,U39,U40U41,U42,U43,U44IPC-7351DO16274LS,74LS160DU46,U48IPC-7351DO161TIMER,LM555CMU53IPC-7351M08A374STD,7404NU47,U50,U54IPC-2221A/2222NO14174STD,7400NU52IPC-2221A/2222NO14574AS,74AS08MU3,U45,U49,U51,U55IPC-7351M14A1BUZZER,BUZZER 200HzalarmG
26、enericBUZZER4DIPSW1S13,S14,S16,S17UltiboardDIPSW1H1LED_greenTrueUltiboardLED9R2_5Vg1LED_redFlaseUltiboardLED9R2_5V17六参考文献1. 阎石.数字电子技术根底第五版.北京：高等教育出版社，2023；2. 郭海文.电工电子试验技术.徐州：中国矿业大学出版社，2023；3. 路勇.电子电路试验及仿真.北京:清华大学出版社,2023；4. 苏文平.电子技术实践与制作教程.北京：国防工业出版社，2023；5. 毕满清.电子技术试验与课程设计.北京：机械工业出版社，2023；6. 胡奕涛.电子技术实践教程.北京：北京邮电大学出版社，2023；7. 刘修文.有用电子电路设计制作.北京：中国电力出版社，2023；8. 康华光.电子技术根底:模拟局部.北京:高等教育出版社,1988；9. 唐程山.电子技术根底.北京：高等教育出版社,2023；10. 陈立周.电气测量.北京：机械工业出版社，1991；11. 方建中.电子线路综合试验.杭州：浙江大学出版社，2023；12. 康华光.电子技术根底：数电部：高等教育出版社，2023；13. 滕国仁.电器试验技术.北京：煤炭工业出版社，2023；14. 童诗白.模拟电子技术根底.北京：高等教育出版社，2023；