数字电子密码锁设计说明书(共18页)

1、长春建筑学院2018-2019(二)数字电子技术基础课程设计说明书专 业： 建筑电气与智能化 姓 名： 刘琦峰 班 级： 建电1701 学 号： 17 指导教师： 孙萍 张欣 日 期：2019年5月27日-5月31日城建学院课程设计成绩评分表设计题目: 数字电子密码锁设计 成绩组成评分标准满分得分设计期间工作表现出勤,遵守纪律情况30分学习态度，勤奋刻苦程度，协作精神等成果质量计算书内容全面，计算准确，字体规范，格式符合要求40分方案的合理性图纸图面清晰，设备选择合理，管线标注正确答辩情况回答问题概念清楚，准确、深入，逻辑性好30分总计100分核定成绩:评阅教师:目 录一、设计题目1二、整体方

2、案设计2三、单元电路设计3四、总电路原理图及器件清单9五、仿真结果及分析10六、焊接与调试12总 结14参考文献1515一设计题目1、设计目的(1)巩固和加深对电子电路基本知识的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力；(2)培养根据设计需要选学参考书籍，查阅相关手册、图表和文献资料的自学能力；(3)通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件、电路组装、调试和检测等环节，提高自身动手能力；(4)通过课程设计，培养独立设计能力、提高综合运用知识的能力，同时也有助于为以后的毕业设计打下坚实的基础；(5)随着人们生活水平的提高，如何实现家庭防盗这一问题也变的尤其的突出，传统的机械锁由于其构造

3、的简单，被撬的事件屡见不鲜，电子锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的亲睐。2、设计要求(1)设计一个数字电子锁，有其预先设定好的密码，该密码可以修改。(2)输入密码按确定键后，若密码正确则锁打开；若密码不正确则电路发出报警信号。任意输入密码而不按确定键的话电路不会有反应。(3)任意输入密码而不按确定键的话电路不会有反应。(4)打开的持续时间为Tx，警报持续时间也为Tx,即按下确定键到松开后10秒，按住确定键不放的话一直打开或报警。二整体方案设计1、整体方框图修改密码密码验证模块密码输入逻辑组合模块开锁信号锁定输入报警信号 计时模块确定密码2、系统方案论证（1）总体方案的

4、设计 针对题目设计要求，经过分析与思考，我拟定了以下四种方案： 方案一：用TTL与CMOS芯片设计，由下而上设计整个总统，首先构成功能单元电路在再由此组装。此方案设计思路明确，所用知识简单。易于调试安装接线，但使用器件较多，系统不是很稳定，用处明显不足。但相对于初学者而言，选择此方案比较实际，易于实现。 方案二：用TTL与CMOS芯片设计，由下而上设计整个系统，首先确定系统的逻辑功能，将系统分为控制器和逻辑器，再用ASM确定控制器算法。由此方案系统集成度较高且稳定，但控制器实现算法较难设计，且接线烦乱（需用总线），鉴于设计可实现问题。 方案三：用可编程逻辑器件ispLSI1061实现设计，由下

5、而上设计整个系统，将逻辑电路输入可编程开发系统，编译成JEDEC文件实现系统电路。但是，基于初学者可编程逻辑器件知识欠缺，对系统软件平台和硬件的不熟悉，所以该设计方案有明显的难度。方案四：用单片机设计，用Keil编写一个C程序，将其拷进单片机系统，从而实现密码锁功能。此方案只需在程序上花点功夫，易于实现，但对于单片机未免大材小用，不适合大规模设计。 （2）总体方案的选择方案一与其他方案最大的不同就在，方案一是基于基本要求而设计的。四种方案的基本思路相同，将整个设计电路的功能模块化，设计思想比较简单。元件种类使用的简单而且少，且都较熟悉易于组装电路。这么设计的出发点是，电路设计模块化，易于检查电

6、路，对后面的电路组装和电路调试都很方便。为了短时间内完成设计和高效率，我选择了方案一。三、单元电路设计1） 密码检测与修改电路开始时可以在电路中的key=8，key=7，key=6，key=5键设置起始开锁密码，或者在键盘上按数字8,7,6,5也可以实现。在key=E，key=F，key=G，key=H键进行输入密码并与储存密码比较，或者在键盘上按E,F,G,H也可以。只有在10s内输入密码与设置密码相同时，锁才打开（在总原理图中此时X2绿灯亮），如下图a所示。若有一个密码不同且时间超过10s时，电路则会进入报警与锁死状态（在总原理图中为X1蓝灯X3红灯同时亮）。如果想换密码也很容易，只要将电

7、路中的密码修改区中的几个开关变换一下就可以了。图a 密码检测与修改电路电路工作原理；当一个选通端（E1）为高电平，另两个选通端（(/E2)和(/E3)）为低电平时，可将地址端（A0、A1、A2）的二进制编码在Y0至Y7对应的输出端以低电平译出。(即输出为Y0至Y7的非)比如：A2A1A0=110时，则Y6输出端输出低电平信号。利用 E1、E2和E3可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成 32 线译码器。若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器。输入键盘为6个逻辑开关；74LS85D为3线-8线译码器，它的真值表如表1-1。 表1-1 真值表输入输

8、出S1S2+S3A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y70XXXX11111111X1XXX111111111000001111111100011011111110010110111111001111101111101001111011110101111110111011011111011011111111110由表1-1可知每个输出端为0时都有唯一的输入码，所以可以把S1、S2、S3、A2、A1和A0作为密码输入端，与输入键盘相连，共有26=64种输入情况。Y0-Y7只需要选择其中一端作为密码验证信号输出就行了。有8个选择，也就是修改密码时，只有8个不同的固定密码可以选。密码设定端至74

9、LS160D,密码和密码选择端对应表如表1-2.表1-2 密码和密码选择段对应表密码设定端的连接密码Y0100000Y1100001Y2100010Y3100011Y4100100Y5100101Y6100110Y71001112） 键盘输入限时电路 如果输入密码的时间超过10秒（一般而言用户不会超过10秒），防止他人非法操作，电路将对锁发送锁死信号并让报警器开始持续20s的报警。用XFG1（即函数信号发生器）当做脉冲源，其频率改为1HZ即可。原理图如下图b所示。图b 键盘限时输入电路本电路是由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

10、零复位和置9输入。74LS160 芯片同步十进制计数器（直接清零） ·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 ·二极管箝位输入 ·直接清零 ·同步计数 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。74ls160特点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箝位输入直接清零同步计数74LS160引脚图与功能说明RCO 进位输出端ENP 计数控制端QA-QD 输出

11、端 ENT 计数控制端CLK 时钟输入端CLR 异步清零端（低电平有效）LOAD 同步并行置入端（低电平有效）译码器的8个输出端口分别连接到逻辑开关8个接口上面，这样就可以实现选择密码的功能，但是密码只有固定的8种。然后D触发器再把密码验证模块送来的验证结果存住。按下确定键时，单稳态触发器送过来的上升沿使触发器做出反应。如表1-3为D触发器真值表。表1-3 D触发器真值表输入输出CLKDQ0011下降沿X保持3） 锁定与解锁电路 在输入密码与设置密码不同并超出10s时，电子密码锁关锁，红灯亮。并开始报警，即蓝灯亮，此时电路进入锁死状态，在20秒后报警结束，但电路一直保持锁死状态（X3持续亮）。

12、其电路原理图如下图c所示。图c 锁定与解锁电路74LS04D是常用的 2输入四与非门集成电路，他的作用很简单顾名思义就是实现一个与非门。此模块的两个输入端是接锁定模块的输出端A和计时模块的输出端B。两个输出端分别接开锁指示灯S和报警指示灯J。他们的真值表如表1-4所示。 表1-4ABSJ0011010110111110由此可以选用74LS04D实现该模块的逻辑功能A的非直接用74LS74D的3引脚输出。四、总电路原理图及器件清单总电路原理图如图d所示：图d 总电路原理图器件清单如表2-1：表2-1 器件清单名称型号数量十进制计数器74LS160D2个与门7408N4个计数器74LS74D1个数

13、值比较器74LS85D1个触发器74LS74D2个函数信号发生器XFG11个非门74LS04D1个或门7432N1个绿灯PROBE_DIG_GREEN1个红灯PROBE_DIG_RED1个蓝灯PROBE_DIG_BLUE1个拨动开关单刀双掷11个五、仿真结果及分析1、开锁电路仿真预先将函数发生器的S2接口连接，即选择密码为A0CD.输入密码A0CD（拨动逻辑开关J1-J8）后，按一下确定键（S1），便可以看到LED1亮了，即电路属于开锁状态，这与理论分析一致。若一直按着确认键（S1）不放，则LED1一直亮，松开确认键（S1），绿灯熄灭。这也就证明的，开锁部分仿真成功。如图e所示图e 开锁电路仿

14、真2、报警电路仿真预先将函数发生器的S2连接，即选择密码为A0CD.输入密码ABCD(拨动逻辑开关J1-J8)后，按一下确定键（S1），便可以看到LED2亮了，即电路为报警状态，这与理论分析一致。若一直按着确认键（S1）不放，则LED2一直亮，松开确认键（S1），红灯熄灭。这也就证明的，报警部分仿真成功。报警仿真如图f、i所示：图f 报警电路仿真图i 报警电路仿真六焊接与调试1、焊接步骤（1）电烙铁使用前要上锡，具体方法是：将电烙铁烧热，待刚刚能熔化焊锡时，涂上助焊剂(松香)，再用焊锡均匀地涂在烙铁头上，使烙铁头均匀的吃上一层锡(亮亮的薄薄的就可以)。（2）在进行普通焊接的时候(比如在万能板上

15、焊接直插式元件)，一手烙铁，一手焊锡丝，靠近根部，两头轻轻一碰，一个焊点就形成了。（3）在万能板上焊接直插元件时，要将引脚尽量插到底。(4)焊接时间不宜过长，否则容易烫坏元件，必要时可用镊子夹住管脚帮助散热。(5)焊接完成后，要用酒精把线路板上残余的助焊剂清洗干净，以防炭化后的助焊剂影响电路正常工作。(6)元件焊接顺序先难后易，先低后高，先贴片后插装。 宗旨：焊接方便，节省时间。 先焊接难度大的，这主要是指管脚密集的贴片式集成芯片。如果把这些难度大的放于最后焊接，一旦焊接失败把焊盘搞坏，那就会前功尽弃。先低后高，先贴片后插装。这样焊接起来方便。如先把高的元件焊接了，有可能妨碍其他元件的焊接，尤

16、其是高大的元件密集众多的时候。如果先焊接插装的元件，电路板就会在焊台上放不平，影响焊接心情。2、总电路的调试(1)检查电路连线是否正确，包括错线、少线和多线。(2)按照电路图检查安装的线路(3)按照实际线路来对照原理电路进行查线这是一种以元件为中心进行查线的方法。把每个元件（包括器件）引脚的连线一次查清，检查每个引脚的去处在电路图上是否存在。 为了防止出错，对于已查过的线通常应在电路图上做出标记，最好用指针式万用表“×1”挡，或数字式万用表“挡”的蜂鸣器来测量，而且直接测量元器件引脚，这样可以同时发现接触不良的地方。3、分析及总结本设计电路可以分为5部分：密码输入部分，密码修改部分，

17、密码输出锁定部分，定时器触发部分和开锁/报警逻辑部分。焊接时应按部分焊接，以便保持思路清晰，焊接顺利，并且可以逐步检查正确性。在调试过程中，密码输错，最开始报警电路只有蜂鸣器响，红色灯不亮，万用表显示它两端没有电压，然后就更换了与之串联的电阻，之后依旧不亮，于是考虑到是不是驱动电压不够，将电阻短接后，红色灯便亮了。而与之并联的绿色灯，它可以正常点亮。加在他们两端的电压是一样大小的，但为何红色灯就是不亮，且实际检测中，电压也要比绿色灯两端的电压要低。总 结 本学期我们开设了数字电子技术基础课，这门学科属于电子电路范畴，与我们的专业也都有联系，且都是理论方面的指示。正所谓“纸上谈兵终觉浅，觉知此事

18、要躬行。”学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的，所以在本学期暨数电刚学完之际，紧接着来一次电子电路课程设计是很及时、很必要的。这样不仅能加深我们对电子电路的任职，而且还及时、真正的做到了学以致用。这两周的课程设计，先不说其他，就天气而言，确实很艰苦。受副热带高气压影响，这两周都被高温笼罩着。人在高温下的反应是很迟钝的，简言之，就是很难静坐下来动脑子做事。天气本身炎热，故在上机仿真时，真是艰熬，坐下来才一会儿，就全身湿透，但是炎炎烈日挡不住我们求知、探索的欲望。通过我们不懈的努力与切实追求，终于做完了课程设计。在这次课程设计过程中，我也遇到了很多问题。比如在寻找一些不常见的元器件时，我就弄了很长时间，使用错误的元器件代替，这直接导致了我无法很顺利地对电路进行仿真，然后翻阅了大量书籍，查资料，终于在书中查到了有关章节，并参考，并设计出了数字电子密码锁的电路图。但在设计数字频率计时就不是那么一帆风顺了。我同样是查阅资料，虽找到了原理框图，但电路图却始终设计不出来，实在没办法，只能用正弦函数发生器来代替。在此，我深表遗憾! 在此我要感谢我们的专业课老师，老师严谨细致，一丝不苟的作风一直是