数字密码锁课程设计.doc

1学号：09091310332010-2011学年第2学期数字密码锁课程设计报告数字密码锁课程设计报告题题目：目：数字密码锁课程设计数字密码锁课程设计专专业：业：通通信信工工程程班班级：级：0909通通信（二）班信（二）班姓姓名：名：刘阳刘阳指导教师：指导教师：倪琳倪琳电气工程系2011年6月2摘要摘要数字密码锁越来越多的出现在我们生活之中，渐渐地取代了机械锁的地位，为进一步掌握数电知识，学习数字密码锁的设计原理本课程设计研究数字密码锁的实现方法，设计本课题主要有两种方案：一种是用利用单片机实现控制的方案；另一种是用以各种中规模集成电路构成的数字逻辑电路控制方案。考虑到单片机方案原理复杂，且与数字电子技术联系有限，所以本文采用以各种分立式元件及中规模集成电路构成的数字逻辑电路控制方案。电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务的电子产品。本篇课程设计所实现的密码锁利用数字逻辑电路知识，来实现对锁的电子控制并且保证密码所有一定的防盗效果和实用性。本设计共设置了8个输入键，为简化电路，其中只有4个是有效的密码按键，其它的都是干扰按键，若按下干扰键，键盘输入电路自动清零，原先输入的密码无效，需要重新输入。此外，如果用户输入密码的时间过长，电路将自动响铃报警。3目录目录第一章第一章设计背景设计背景.5第二章第二章方案设计方案设计.52.1系统原理方框图.52.2设计思路.5第三章第三章元器件选择元器件选择.63.1移位寄存器74LS164.63.2555芯片的介绍.73.374LS112芯片的介绍.7第四章第四章设计原理分析设计原理分析.74.1键盘输入修改电路.74.2密码检测电路.84.3执行电路.94.4报警电路.10第五章第五章电路设计电路设计.11第六章第六章.设计总结设计总结.13参考文献参考文献.134课课程程设设计计任任务务书书学生班级：09通信（二）班学生姓名：刘阳学号：0909131033设计名称：数字密码锁课程设计起止日期：指导教师：倪琳设计要求设计要求：利用数字电子知识设计一个简易8位数字密码锁，该锁只有依次收到的8位输入码与规定的二进制数码一致时，才能被打开。1.设置4个正确的密码键，实现按密码顺序输入的电路。密码只有按顺序输入后才能输出密码的正确信号；2设置若干个伪键，任何伪键按下后，密码锁都无法打开；3.当连续多次输入错误时，发生警报。5正文正文第一章第一章设计背景设计背景在人们的日常生活中，锁成为了一件保护我们隐私，保证我们物质财产安全的重要工具，而传统的机械锁由于原理简单，相对较易损坏，被撬的事件屡见不鲜，而电子锁由于其高灵活性，高安全系数，受到了当今越来越多人们的关注。第二章第二章方案设计方案设计2.1系统原理方框图系统原理方框图为实现数字密码锁的设计，本系统可分为输入电路，密码校验电路，报警电路，开锁电路及执行电路五大模块如图1。键盘输入电路密码校验电路开锁电路执行电路限时报警电路正确清除报警信号开始计时开门图1.电子密码锁原理框图2.2设计思路设计思路共设了8个用户输入键，其中4个是有效的密码按键，其它的都是干扰按键，若按下干扰键，键盘输入电路自动清零，原先输入的密码无6效，需要重新输入；如果用户输入密码的时间超过一定时间电路将报警，防止他人的非法操作。第三章第三章元器件选择元器件选择3.1移位寄存器移位寄存器74LS16474LS164为8位移位寄存器（串行输入，并行输出）其主要电特性的典型值如下：频率36MHz，功耗80mW当清除端（CLEAR）为低电平时，输出端（QAQH）均为低电平。串行数据输入端（A，B）可控制数据。当A、B任意一个为低电平，则禁止新数据输入，在时钟端（CLOCK）脉冲上升沿作用下Q0为低电平。当A、B有一个为高电平，则另一个就允许输入数据，并在CLOCK上升沿作用下决定Q0的状态。引出端符号CLOCK时钟输入端CLEAR同步清除输入端（低电平有效）。A，B串行数据输入端QAQH输出端极限值。图2.移位寄存器74LS164引脚图图3.555芯片引脚图555芯片管脚及管脚名称管脚管脚符号管脚功能7表4.555芯片管脚及管脚名称3.2555芯片的介绍芯片的介绍555定时器又称时基电路，是一种用途很广泛的单片集成电路。若在外围配上少许阻容元件，便能构成各种不同用途的脉冲电路、如振荡器单稳态触发器以及施密特触发器等。55芯片的内部含有两个电压比较器，一个RS触发器，一个分压器，一个放电晶体管三极管和一个功率后极输出级。是CMOS工艺制造的。本设计采用的555芯片是双列直插式，其引脚图和管脚及管脚名称分别见图3和表4。3.374LS112芯片的介绍芯片的介绍本实验采用74LS112型双JK触发器，是下降边沿触发的边沿触发器，引脚排列如图5所示。图5.74LS112芯片引脚图1GND接地2TR触发3Uo输出4RD复位5CO控制电压6TH门限(阈值）7DIS放电8Vcc电源电压23456789RSDDQQ3D8第四章第四章设计原理分析设计原理分析4.1键盘输入修改电路键盘输入修改电路密码输入电路由开关K1-K9及电容C1-C9组成如图6，开关K1-K9是用户的输入密码的键盘，用户可以通过开关输入密码，开关两端的电容是为了提高开关速度，电路先自动将U1A、U1B、U2A、U2B清零，由报警电路或开琐电路送来的清零信号至74LS112的清零端，使U1A、U1B、U2A、U2B实现自动清零。密码修改电路由双刀双掷开关S1S4组成如图6所示它是利用开关切换的原理实现密码的修改。例如要设定密码为1368，可以拨动开关S1向左，S2向左，S3向右，S4向右，即可实现密码的修改，由于输入的密码要经过S1S4的选择，也就实现了密码的校验。本电路有16组的密码可供修改。图6.密码输入、密码修改电路4.2密码检测电路密码检测电路密码检测电路由两块74LS112（双JK触发器，包含U1A、U1B、U2A、U2B）组成密码检测电路如图7。由于U1A处于计数状态，当用户按下第一个正确的密码后，CLK端出现了一个负的下降沿，U1A计数，Q端输出为高电平，用户依次按下有效的密码，9U1B、U2A、U2B也依次输出高电平，送入与门U3A，其输出的高电平信号送往与非门U4A的1脚，使其输出的低电平信号送往U5的2脚，执行电路动作，实现开锁。图7.密码检测电路4.3执行电路执行电路执行电路是由一块由555集成电路组成的单稳态电路（U5）以及由T1、T2组成的放大电路构成如图8。若U5的2脚输入一低电平，则3脚输出高电平，单稳态电路进入暂态过程，使T1导通，T2导通，电磁阀开启，实现开门，即D2(绿色发光二极管)发亮，同时T1集电极上接的D1（红色发光二极管）发亮，表示开门，同时产生清零信号，使U1A、U1B、U2A、U2B输出低电平，U5的2脚输入高电平，80秒后，单稳态电路结束暂态过程，555电路状态翻转为稳态，输出为低电平，T1截止，T2截止，输出为零。10图8.执行电路4.4报警电路报警电路报警电路如图9实现的功能是：当输入密码的时间超过40秒（一般情况下用户输入不会超过），电路报警40秒，防止他人恶意开锁。电路包含两大部分，80秒延时和40秒延时电路。其工作原理是当11有人走近门时，触摸了TP端(TP端固定在键盘上，其灵敏度非常高，保证电路可靠的触发)，由于人体自身带的电，使U6的2脚出现低电平，使U6的状态发生翻转，其3脚输出高电平，用户开始输入密码时，电路开始80秒计时，如果用户输入密码超出40秒，U7的3脚输出一个低电平，使电路开始时间为40秒的报警，如果用户在40秒之内输对密码，则由开锁电路输出的消除报警信号使该电路不报警。R112MR12100R141MC550UC70.1uC90.1uC847UT5T7T6D3D4R33.3KR15100TRIG2Q3R4CVolt5THR6DIS7VCC8GND1IC10TRIG2Q3R4CVolt5THR6DIS7VCC8GND1IC11T8RDTPC60.01UR163.3KB13.3K3.3K9014901890189018vccT13图9.报警电路第五章第五章电路设计电路设计将以上各分立部分组合到一个电路如图10所示电路，它由三部分组成:第一部分为JK触发器组成的密码键，前三个JK触发器为密码键，第四个为确认键，右侧的一个为伪码键，由开关控制产生的产生单脉冲信号被送入JK触发器时钟脉冲端，只有依次按密码键，送入脉冲信号，最后按确认键确认键端的JK触发器输出端才为高电平，其他任何时候12都为低电平。第二部分为由JK触发器组成的伪码键，按下伪码键任何再按任何密码键，输入三个键码，最后按确认键不会将密码开锁。第三部分为由74LS164芯片组成的控制灯的报警电路。CLK1J3K2CD15SD4Q5Q6IC2ACLK1J3K2CD15SD4Q5Q6IC3ACLK1J3K2CD15SD4Q5Q6IC1AR26R25R24R2R20VCCCLK1J3K2CD15SD4Q5Q6IC4AK1K2S1K3K4S2K5K6S3K7K8S4STRIG2Q3R4CVolt5THR6DIS7VCC8GND1V3C1320UC12.T10T11D510C140.01UC150.01UC160.01UC170.01UC180.01UC190.01UC200.01UC210.01UTC131MR213.3KRD12456IC5A123IC6AE11KX4RD74LS11274ls0874ls22k974LS11274LS11374LS114555T129018C2547uR2020kR272.2kC24500u图10.数字密码锁电路13第六章第六章.设计总结设计总结通过一周的课程设计学习，我感觉有很大的收获：首先，通过学习使自己对课本上的知识可以应用于实际，使的理论与实际相结合，加深自己对课本知识的更好理解，同时实习也段练了我个人的动手能