电子密码锁课程设计

1、课 程 设 计 报 告课程名称： 学生姓名： 学 号： 专业班级： 指导教师： 完成时间： 201？年？月？日 评阅意见： 评阅教师 日期 报告成绩： 目录1.前言31.1 设计背景31.2 设计概述41.2.1设计目标41.2.2技术路线41.2.3实施计划41.2.4必备条件42.总体方案设计52.1 方案比较52.1.1 方案一52.1.2 方案二52.2 方案论证62.3 方案选择63. 单元模块设计73.1密码预设模块设计73.2密码输入模块设计93.3 555定时模块设计113.4 密码比较模块设计153.5特殊器件的介绍193.5.1 74HC161器件介绍193.6 各单元模块

2、的联接204 结论215总结与体会225.1 设计的收获体会225.2 对设计的进一步完善提出意见或建议226参考文献23附录:系统仿真总图24第 24 页电子密码锁摘 要：本设计的电子密码锁采用四位密码解锁。该电子密码锁通过555定时报警，通过报警即可判断密码正确与否。数字密码输入后采用编码电路和锁存器电路来实现保存密码，以便进行密码比较。密码未在规定时间内输入正确，则进行自锁和复位。密码输入正确后开锁信号由LED指示。文中列举了两种不同的方案，并进行了比较以及改进，对关键器件也进行了功能介绍和测试。关键词：密码锁、74HC161、NE555、 proteusAbstract: The de

3、sign for the traditional mechanical locks important shortcomings and modern security protection and design of digital electronic locks. The design of electronic locks use four-digit password to unlock. The electronic lock 555 timed by the alarm, the alarm can be determined by the password is correct

4、 or not. Password to be used after digital coding circuit and latch circuit to achieve to save passwords for password comparison. Password is not entered correctly within the specified time, the self-locking and reset. After entering the correct password lock signal from the LED. The article cited t

5、wo different scenarios, and compared and the improvement of key functional components have also been introduced and tested.Keywords: Electronic lock；74HC161；NE555；proteus1. 前言1.1 设计背景随着人们生活水平的提高和安全意识的加强，对安全的要求也就越来越高。锁自古以来就是把守护门的铁将军，人们对它要求甚高，既要安全可靠的防盗，又要使用方便，这也是制锁者长期以来研制的主题。随着电子技术的发展，各类电子产品应运而生，电子密码锁

6、就是其中之一。据有关资料介绍，电子密码锁的研究从20世纪30年代就开始了，在一些特殊场所早就有所应用。这种锁是通过键盘输入一组密码完成开锁过程。研究这种锁的初衷，就是为提高锁的安全性。由于电子锁的密钥量（密码量）极大，可以与机械锁配合使用，并且可以避免因钥匙被仿制而留下安全隐患。电子锁只需记住一组密码，无需携带金属钥匙，免除了人们携带金属钥匙的烦恼，而被越来越多的人所欣赏。电子锁的种类繁多，例如数码锁，指纹锁，磁卡锁，IC卡锁，生物锁等。但较实用的还是按键式电子密码锁。20世纪80年代后，随着电子锁专用集成电路的出现，电子锁的体积缩小，可靠性提高，成本较高，是适合使用在安全性要求较高的场合，且

7、需要有电源提供能量，使用还局限在一定范围，难以普及，所以对它的研究一直没有明显进展。目前，在西方发达国家，电子密码锁技术相对先进，种类齐全，电子密码锁已被广泛应用于智能门禁系统中，通过多种更加安全，更加可靠的技术实现大门的管理。在我国电子锁整体水平尚处于国际上70年代左右，电子密码锁的成本还很高，市场上仍以按键电子锁为主，按键式和卡片钥匙式电子锁已引进国际先进水平，现国内有几个厂生产供应市场。由于门电路也具有现场可编程功能，当设计需要更改时，只需更改门电路中的控制和接口电路，无需更改外部电路的设计，大大提高了设计的效率，传统的机械锁由于其构造的简单，被撬的事件屡见不鲜，电子锁由于其保密性高，使

8、用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的欢迎。通常简单的数字电路就可实现密码不限次数重写，也就是说现在的硬件设计和软件设计一样灵活、方便。相对于基于单片机技术的电子密码锁，用简单门电路来来构成系统，可靠性提高，并且价格便宜。1.2 设计概述通过本次设计掌握数字电路系统设计的方法，熟悉电子密码锁设计相关硬件的使用，了解电子密码锁的系统构成，利用数字门电路实现电子密码锁的设计与实现，可以加深自己对所学专业的认识，关联知识，增强自己的动手能力，积累实践经验，为以后的工作打好基础。1.2.1设计目标1.在锁的控制电路中存储一个可以修改的4位代码，当开关锁按钮开关（可设置成6位至8位，其中实际有效为4位

9、，其余为虚设）的输入代码等于存储的代码时，进入开锁状态而使锁打开。2.从第一个按钮触动之后的5秒内若未将锁打开，则电路自动复位并进入自锁状态，使之无法再打开（可按复位键重新输入），并由扬声器发出持续20s的报警信号。3.电子锁也能作门铃使用，但响声已与报警声做区别处理1.2.2技术路线要实现该设计，就应把整个电路分为几大模块。分别是密码预设模块，密码输入模块，密码比较模块，锁存模块，定时模块，报警模块。先通过对各个模块进行设计、调试之后再将其组合起来进行整机调试。1.2.3实施计划首先就是要理清实现设计的框图，在总体框图的指导下，作出具体的电路图，由要设计实现的功能，计算出各个电路元件的值，并

10、逐一对各个元件进行选择。最后用仿真软件对设计进行仿真操作，调试软件，并对照出的设计有误的地方进行必要的修正，确保设计的正确。1.2.4必备条件要实现该电路的设计，首要的就是要制定出设计的实现框图，并在老师的指导和参照资料的条件下作出具体电路图，选定实现实现该设计的各种元器件。另外，还应由必要的软件帮助设计的完成。2.总体方案设计本节将介绍具体电子锁的设计方案2.1 方案比较2.1.1 方案一输入按钮开关输入锁存电路密码存储电路开锁控制电路5s定时电路20s定时电路锁装置音响电路自锁图2.1 方案一的原理框图方案一的原理框图如图2.1所示。本方案是用按键式的输入方式输入密码，然后预设密码由74H

11、C160和BCD数码管显示，而输入密码则由4508和BCD数码管显示，密码比较由异或门器件来实现，定时装置由555定时器组成的单稳态触发器和多谐振荡器2.1.2 方案二输入密码密码识别按下确认键密码正确 绿灯亮开锁密码错误555电路工作红灯亮蜂鸣器响十秒显示十秒倒计时图2.2 方案二的原理框图方案二的原理框图如图2.2所示。本设计提供了一个 4位拨码式按键输入开关 ,一个4位拨码式按键密码预设开关。用户必须按下按下事确认按钮后方可知用户输入的密码是否与预置密码一致,一致时密码锁可打开 ,本设计由绿色二极管亮代表密码正确 ,锁可以打开。密码不正确时，红色二极管亮同时蜂鸣器响十秒，显示十秒倒计时2

12、.2 方案论证第一套方案和第二套方案都可行，但是第一套方案的思路更清晰，想到了用4508+BCD数码管和74HC160+BCD数码管的方式显示密码，是比较好的想法，而第二套方案用NPN型三极管9013对555脉冲信号放大，从而驱动蜂鸣器报警，而第二套方案用NPN型三极管9013对门电路信号放大，从而驱动继电器工作比较难以实现2.3 方案选择基于第一套方案思路更清晰，实现的难度更小，更能体现我们的思想，故选择第一套方案。3. 单元模块设计3.1密码预设模块设计 图3.1 密码预设模块如图3.1所示为密码预设模块，通过这个电路预设密码，按键按下则给一个脉冲给74HC160使其显示所输入的密码 图3

13、.2 74HC160管脚图74HC160芯片同步十进制计数器（异异步清零）用于快速计数的内部超前进位用于n位级联的进位输出同步可编程序有置数控制线二极管位输入异步清零同步置数本电路是由4个主从触发器和用作除2计数器及计数周期长度为除5的3位2进制计数器所用的附加选通所组成，有选通的零复位和置9输入。为了利用本计数器的最大计数长度（十进制），可将B输入童QA输出连接，输入计数脉冲可加到输入A上，此时输出就如相应的功能表上所要求的那样。LS90可以获得对称的十分频计数，办法是将QD输出接到A输入端，并把输入计数脉冲加到B输入端，在QA输出端处产生对称的十分频方波。 图3.3 密码按键输入按钮触发脉

14、冲BCD数码管译码显示 图3.4 密码预设输入显示3.2密码输入模块设计 图3.5 密码输入模块如图3.5所示为电子密码锁输入密码部分，输入对则上面的灯亮，不对则报警，5秒内未输入完成也报警。 图3.6 开锁指示灯 图3.7 密码输入键盘如图3.7所示为密码输入键盘，该模块主要实现给相应功能端一个上升和下降脉冲沿，该模块实现方式和原理按钮按下之前输出端为低，按下之后为高电平，按钮升起来为低电平。protues仿真原理图按钮之后，R之前为输出端。 图3.8 优先编码器如图3.8所示为CD4532组成的16线4线优先编码器，高六位为虚设优先编码器：允许同时输入两个或以上的有效编码信号，当同时输入几

15、个有效编码信号时，优先编码器能按预先设定的优先级别，只对其中优先权最高的一个信号进行编码。 图3.9 CD4532管脚图3.3 555定时模块设计1、该模块主要实现定时报警，具体有以下几个功能： 1.5s内密码输入不正确则触发20s报警指示 2.5s内密码未输入完成则触发20s报警指示并且自锁复位。 3.5s内密码输入正确则不报警。 4.20s报警器同时可当门铃使用2、该模块主要由555定时器构成的多谐振荡器和单稳态触发器来实现，其间为实现上面4个功能，用到了D触发器，多个反相器和与门和与非门。 图3.10 555定时器组成的5秒和20秒报警装置用555器件及一些必不可少的元件来构成多谢振荡器

16、，其电路图如图3.10所示。 图 3.11 555单稳态和555多谐振荡器组成的20秒报警装置如图3.11所示，其报警的频率计算式为f=1/0.7(R1+2R2)C1获得脉冲信号以后，多谐振荡器得电工作，从4脚和8脚输入电源，由3脚输出正弦波频率脉冲。外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，可以通过调节外部元件的R和C来得到稳定的脉冲信号。由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相接。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外加触发信号，利用电源通过R1、R2向C充电，以及C通过R2向放电端Ct 放电，如图3.3使电路产生振荡。图3.2所示是由555定时器构成

17、的多谐振荡器的内部框图及引脚排列情况，表3.1是它的引脚功能。 图3.12 555定时器引脚排列表3.1 555功能图接通接通关断 表3.2 555的引脚功能引脚功能1接地2触发输入端3输出端4复位端5电压控制端6阈值输入端7放电端8电源 555电路的内部电路含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关管T，比较器的参考电压由三只5K的电阻器构成的分压器提供。它们分别使高电平比较器A1的同相输入端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为2/3 Vcc电和1/3Vcc。A1与A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号自6脚，即高电平触发输入并超过参考电平2/3Vcc时，

18、触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于1/3Vcc时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电开关管截止。Rd是复位端（4脚），当Rd=0,555输出低电平。平时Rd端开路或接Vcc。Vc是控制电压端（5脚），平时输出2/3Vcc作为比较器A1的参考电压，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电压，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01uf的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电通路。555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路

19、，并由两个比较器来检测电容器上的电压，以确保输出电平的高低和放电开关管的通断。这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路，可以方便地构成单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路。 图3.14 5秒超时报警装置 图 3.15 5秒555定时装置如图所示为5秒555定时装置，5秒计时期间D2灯亮直到5秒计时结束3.4 密码比较模块设计一、该模块功能是密码正确时安确认按钮时开锁，开锁信号由LED灯指示。5s后自锁电路。二、该模块由D触发器和逻辑开关来实现三、protues原理及原理图该模块原理为确认按钮给D触发器一个有效脉冲，密码正确后LED灯亮，否则不亮。5s定时结束通过反相

20、器给另一个D触发器，使其断开键盘电源达到自锁。 图3.16 异或门密码比较装置如图3.16所示为异或门组成的密码比较装置，当密码输入正确时输出一个高电平，开锁指示灯亮。 图3.17 555定时器组成的电子门铃如图3.17所示为555定时器构成的电子门铃装置，当按键按下时使门铃装置发声。 图3.18 5秒超时自锁和报警装置如图3.18所示为5秒超时自锁和报警部分，06端密码输错输入一个低电平，当5秒输入密码的时间用完14端给一个脉冲触发D触发器，使得报警器报警的同时上面的D触发器也被触发，键盘被切断电源，从而达到自锁的目的。 图3.19 RC微分电路如图3.19所示为一个RC微分电路，提供后面2

21、0秒报警器一个脉冲 图3.20 74HC194移位寄存器模块如图3.21所示为74HC194移位寄存器模块，使BCD数码管分别显示输入的密码74HC194的特点为：并行输入和并行输出四种操作方式：同步并行寄存，右移，左移，保持正沿时钟触发无条件直接清除典型参数：f（工作频率）=36MHz，Pd=75mW 图3.21 74HC194管脚图说明： 本电路有46个等效门，有并行输入，并行输出，右移和左移串行输入，操作模式控制输入和一个直接无条件清零，设计者实际上组合了系统设计者在一个移位寄存器上所要的全部特点，电路有4哥不同的操作方式，为： 并行（并排）寄存（置数） 右移（方向QA到QD） 左移（方

22、向QD到QA） 禁止时钟（不动） 同步的并行置数是通过加4个数据位，并使模式控制输入端S0和S1为高电平而完成的，在时钟输入的正跃变之后，可把数据存入到相应的触发器上并在输出端输出，当置数时，串行数据流呗禁止。 右移是在S0为高和S1为低时，用时钟的脉冲上沿去同步地完成。这种方式的串行数据是在右移数据输入端上进行。当S0为低和S1为高时，可同步地在左移数据，而数据被送入左移串行输入端。 当两个模式控制输入端都为低时，触发器的时钟脉冲便被禁止。3.5特殊器件的介绍3.5.1 74HC161器件介绍时钟CP和四个数据输入端P0P3清零/MR使能CEP，CET置数PE数据输出端Q0Q3以及进位输出T

23、C. (TC=Q0Q1Q2Q3CET) 表3.3 74LS161功能表输 入 输 出 CR CPLD EPETD3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 d c b a d c b a 1 1 0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 1 1 状态码加1 图3.22 74LS161管脚图如图3.22 所示为74LS161的管脚图，从74LS161功能表3.3中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输

24、出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO= Q0·Q1·Q2·Q3·CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。3.6 各单元模块的联接详见附录所示。4 结论本设计通过比较器、锁存器、计数器、编码器、译码器的应用实现了电子密码锁的技术要求，具体功能如下：通过输入正确原密码执行开锁并绿色二极管亮5.5秒，错误则报警

25、并自锁20秒，自锁过程中不能再进行操作；同时还对输入时间进行限制，如果输入超时，系统会将其等同于输入错误处理；另外，在输入正确原始密码后可以设置新密码；在输入过程中，可以复位清零，重新输入。具体实现途径为：输入端采用两片4532编码，输出和密码储存分别采用4片4508锁存器；密码比较电路通过4片4063实现；绿灯亮和报警自锁电路通过几组555单稳态电路及相应组件构成；5秒限时功能通过两个555单稳态组合实现。经过测试，顺利实现了各项预计功能本次设计的电子密码锁，功能多样、使用、比较人性，同时具有极高的可靠性；在输入错误和输入超时会通过蜂蜜器报警、并自锁，具有较强的安保功能在日常生活和安全领域有广泛应用前景。5总结与体会5.1 设计的收获体会电子密