电子电路课程设计密码锁(满分实验报告)

1、29电子电路课程设计报告密码锁设计报告 摘要：本系统是由键盘和报警系统所组成的密码锁。系统完成键盘输入、开锁、超时报警、输入位数显示、错误密码报警、复位等数字密码锁的基本功能。关键字：数字密码锁 GAL16V8 28C64 解锁与报警目录：一、 系统结构与技术指标1、 系统功能要求 42、 性能和电气指标 53、 设计条件 5二、 整体方案设计 1、密码设定 6 2、密码判断 6 3、密码录入和判断结果显示 6 4、系统工作原理框面 7三、 单元电路设计1、 键盘录入和编码电路图 82、 地址计数和存储电路 123、 密码锁存与比较电路 124、 判决与结果显示电路 145、 延时电路 156

2、、 复位 177、 整机电路图 198、元件清单 19 四、程序清单1、 第一片GAL 212、 第二片GAL 23五、测试与调整1、 单元电路测试 252、 整体指标测试 263、 测试结果 26六、设计总结1、 设计任务完成情况 272、 问题及改进 273、 心得体会 28一、系统结构与技术指标1. 系统功能要求 密码锁：用数字键方式输入开锁密码，输入密码时开锁；如果输入密码有误或者输入时间过长，则发出警报。密码锁的系统结构框图如下图 所示，其中数字键盘用于输入密码，密码锁用于判断密码的正误，也可用于修改密码。开锁LED1亮表示输入密码正确并开锁，报警LED2亮表示密码有误或者输入时间超

3、时。2.性能和电气指标2.1 开锁密码为8位十进制数字，由按键输入，按“确认”键后，输入的数字有效。2.2 输入的8位数字与预设的密码相同时开锁，用绿灯亮，红灯灭表示。数据有误时或输入的密码时间过长即报警，红灯亮。2.3 输入的数字间隔时间小于或等于15s。超过时限则报警，同时电子锁复位。2.4 具有手动、自动复位功能。3. 设计条件3.1 电源条件：稳压电源提供+5V电压。3.2 可供选择的元器件如表1-1所示型号名称及功能74374锁存器28C64EEPROM 存贮器74854位比较器741614位二进制计数器741648位移位寄存器GAL16V8可编程逻辑器件F555定时器74123可重

4、触发器表1-1 器件单门电路、电阻、电容以及发光二极管自定。二、整体方案设计1密码设定 按照自己的学号设定密码，将密码预先存如28c64芯片中。我的学号是10001823，写入28c64中的数据为01 0A 0A 0A 01 08 02 032密码判断通过4为比较器对预先存如的密码及手动在键盘上输入的密码逐个进行比较，把结果送入8为移存器进行结果判别3密码录入和判别结果显示每输入一位密码，比较器就比较一次，并且把结果送如移存器进行移存，8位的比较结果送到GAL，判决是否正确，并开锁或报警。设定密码时，每输入一位，计数器加一。4系统工作原理框图整体方案如下： 报警开锁三、单元电路设计1. 键盘录

5、入和编码电路图 由于键盘有09，而ROM中数据以十进制存储，则要将案件进行10进制到2进制的转换。使用可编程逻辑器件GALl16V8,电路非常简单，连线少，比较实用。将按键编号和输出四位二进制码相对应，列出真值表（表3-1）。序号按键D0D1D2D30A010101A100012A200103A300114A401005A501016A601107A701118A810009A91001根据真值表，用CUPL语言写出逻辑关系：D3=A0#A8#A9;D2=A4#A5#A6#A7;D1=A0#A2#A3#A6#A7;D0=A1#A3#A5#A7#A9; 电路设计：每个键按下，产生一个高电平脉冲，

6、并把按下的数字键译码输出为保护电路，接入排阻。时钟机械键盘在使用过程中会产生机械抖动，即会产生多个脉冲信号（有稍高频的毛刺），使输出的时钟不稳定，影响后级工作。可让CP触发输出，消除高频毛刺。由于密码通过机械开关输入，频率很低（因本次实验提供的开关不大方便操作，一般按键频率不大于1hz），则触发低频略高即可，取510hz即可。用F555做定时器，设计电路如下：555定时器的频率表达式为：f=1.43/（(RA+2RB)*C）。取RB=3K，RA=2K，C=220u,测试得f=7.1hz,能达到要求。将clock接至G16V8的1脚，且使用触发输出：CP.D=A0#A1#A2#A3#A4#A5#

7、A6#A7#A8#A9，此时在每次键按下时都会产生一个脉冲，且消除了毛刺。 2.地址计数与存储电路将CP送入计数器，得到的是按键次数，也是ROM的地址信号。每接受到一个信号，74161就会向28c64送入一个地址，28c64通过得到的地址把一位新的密码送入74374和16v8由键盘上得到的数一同寄存后在送入比较其中比较3.密码锁存与比较电路由于CP信号对于按键稍有延迟，如将按键的译码与从ROM中取出的数据进行比较，则会出错，所以在比较器之前加一级锁存器，在时钟CP的控制下，此时才能实现输入密码与原有密码的对应位同时到达比较器。电路如下：密码比较重要时序分析：密码锁从清零开始工作：当按下第一位密

8、码时，按键的译码立即输出，CP滞后输出，在CP的上升沿，74374锁存器开始工作，锁入数据，此时送到锁存器口数据是键盘输入的译码和ROM地址0000（B）的数据，并不是地址0001的数据。所以在ROM中存入数据从地址0开始。时序如下图所示：锁存时序图4. 判决与结果显示经过7485，只能比较密码的1位，使用移存器就能将比较结果先储存，经过8个脉冲周期后同时输出。为节约GAL16V8的I/O口，可使用一片7485，先将5位比较结果处理，剩下的三位接到GAL，再比较。在密码全部输入后，要按下“确认”键，则GAL判断密码是否正确。数据经7485等后，数据到达74164时，数据有一定的延时。假如741

9、64的时钟=CP，当第一的CP到来时，第一位的比较结果还没从7485出来，即第一位锁进的不是第一位的比较结果。所以，锁存的时钟应比CP慢，可以定义CP2=！CP，此时，CP2比CP的上升沿晚的时间就是手按键的时间。从而保证锁存8次后输出的就是8位的比较结果。图3-5 8位密码比较结果处理假如输入正确密码，并按下确认键，则成功开锁。5.延时电路指标要求当输入的数字间隔小于或等于15s时超时报警。设计采用74123可重触发器和7474 D触发器配合程序控制。电路图如下： 74123可重触发器B端输入，OT触发输出。tw=15s，tw=0.45RC,则设定R=150K，C=220u，则计算得出tw=

10、14.8s。若要提高15s计时精度则选取更精确得电容和电阻，且系数0.45可能有相应更正。74123工作时序如下：图 3-6-2 74123工作时序在复位后，OT=0，开始输入后，当间隔时间小于15s时，OT=1，当间隔时间大于15s时，OT=0。由于74123受控制较弱，所以在实际链接电路的时候增加了一块74161做触发器，使得触发稳定切周期不变。6、复位 复位功能包括手动复位和自动复位。手动复位：清除输入密码，将所有寄存器归零。则将74161、74164、74123、7474的清零端全部接在一起，复位键（RS）按下，GAL清零端CLR输出一个低电平脉冲，方程为：CLR=！RS。自动复位：如

11、解锁完毕（即密码输入完成后，按下“ENT” ），开锁或报警后，所有寄存器清零。若将方程写成CLR=！ENT，此时是组合逻辑输出，一按下“ENT”，就复位了，此时报警结果还没输出，74164全零输入，则肯定会报警，失去密码锁判断的意义。所以复位一定在正确解锁后开始，可以借助GAL内部的触发器来完成这个功能：CLR.D=！ENT。GAL的时钟任为555的输出时钟，几hz的脉冲。则在开锁后几百ms后复位，开锁是个瞬时动作即可。为方程式的简洁，复位方程可表示为：CLR.D=!(ENT#RS),此时手动复位稍有延迟（ms级），在实际应用中，延时是完全可以忽略的。7、整体电路8、所用元件清单本设计除了老师

12、建议的一些芯片，我还使用了少量其他数字芯片，完成了要求外的一些指标，使用的芯片如下：型号名称及功能数量74374锁存器128C64EEPROM 存贮器174854位比较器1741614位二进制计数器2741648位移位寄存器1GAL16V8可编程逻辑器件2F555定时器1按键开关输入密码274123可重触发器1LED发光二极管显示译码是否成功1电容、电阻、导线若干，面包板一块。四、程序清单设计中使用2片GAL16V8，第一片主要用于译码，第二片主要用于控制。1 第一片GAL功能：键盘解码，产生时序电路需要的CP及CP2管脚连接及命名：cpKEY0KEY1KEY2KEY3KEY4KEY5KEY6

13、KEY7GNDVCCOUT4OUT3OUT2OUT1CP1KEY9KEY8CP2GND Name : GAL23;Date : 2012-11-28;Revision : 1.3 ;Designer : ZHUZI;Company : NJUPT;/*INPUT*/PIN1,11,12,15=CP,!OE,CP2,CP1;PIN2,3,4,5,6,7,8,9,13,14=KEY0,KEY1, KEY2, KEY3 KEY4, KEY5, KEY6, KEY7, KEY8, KEY9; /*OUTPUT*/PIN16,17,18,19=OUT1,OUT2,OUT3,OUT4;/*EQUATION

14、S*/OUT4=KEY0#KEY8#KEY9;OUT3=KEY4#KEY5#KEY6#KEY7;OUT2=KEY0#KEY2#KEY3#KEY6#KEY7;OUT1=KEY1#KEY3#KEY5#KEY7#KEY9;CP.D=OUT1#KEY0#KEY2#KEY4#KEY6#KEY8;CP2=!CP;/*END */2 第2片GAL功能：处理密码比较结果、延时判断处理、控制28C64的读写操作、开锁和报警输出、电路复位管脚连接及命名：CPD1D2D3D4D5D6D7D8OTVCCREDGREENRENTERRSTDELAYOEName : GAL23;Date : 2012-11-29;Rev

15、ision : 1.3 ;Designer : ZHUZI;Company : NJUPT;/*INPUT*/PIN1,11=CP,!OE;PIN2,3,4,5,6,7,8,9=D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8;PIN 12=DELAY;PIN 14=RENTER;PIN 13=RST;PIN 10=OT; /*OUTPUT*/ PIN 15=GREEN;PIN 16=RED;/*EQUATIONS*/Q=D1&D2&D3&D4&D5&D6&D7&D8GREEN.D=Q&ENTER;RED.D=!Q&ENTE

16、R/*END */五、测试与调整1.单元测试10进制数字输入测试：先复位，再按住数字键，用示波器检测第一片GAL的1916脚，打开1号开关即KEY0，检测到D0D1D2D3=0101,则译码正确，以此类推，输入09，GAL输出全部测试正确。CP脉冲测试：将CP接到示波器一个通道观察，在有键按下时，观察到脉冲。由低电平跳变至高电平，且cp1与cp2相反密码比较测试：1. 复位后，依次输入正确密码（10001823），用示波器观察第一片7485的第6脚，若全为高，则正确，8位密码输入完毕后，测试74164的移存输出脚，若全为1，则正确。2. 输入错误密码1001822，7485在输入错误密码后，输

17、出为0，且8位输入完毕后，74164的输出管脚中，第三脚为0，其余为1。则电路没有问题。延时判断测试：1. 用示波器观察74123的输出管脚第13脚，复位时，输出为0，当有键按下，输出跳变为1，并保持。15秒内无键按下，则输出跳变为0，在15秒内有键按下，则输出一直保持高电平。则延时电路没有问题。2整体测试1. 按下“复位”键，看到数码管立即显示为0，用示波器测试74161、74164、74123的输出端全为低电平。说明手动复位功能正常。2. 输入正确密码10001823后，按下“ENT”，看到绿灯亮，输入错误密码07040400后，按下“ENT”，看到红灯亮。说明密码判断正确。3. 复位后，

18、按下第一位密码0，不再按任何键，15秒后，红灯亮。说明延时判断正确，并能报警。 3.测试结果1，2测试都正确，但是第3测试时发现15秒延迟不准确，所以在实际电路中移除延迟。六、 设计小结1. 设计任务完成情况几大指标：10进制键盘输入 密码正确输入时开锁，错误时报警 输入数字间隔小于15S时不能报警，能复位 手动和自动复位 除了延迟报警外全部完成，且界面友好，更加人性化。2. 问题及改进问题1：测试时74123输出不稳定，时有跳变原因：电源杂波较大，对电路的正常工作有较大干扰改进：在74123的电源和地之间并接一个较大的电解电容（220u）。注：用示波器观察电源电压，能明显看到很严重的杂波，则会引起数字电路工作异常，就会出现意想不到的错误，因此，为提高电路的稳定性和可靠性，在电路的电容和地之间应多加电容进行滤波。问题2：在全部输入正确的情况下，74164有两个管脚为低电平，但是7485的八次判断全部为真，鉴定为74164损坏，尚未解决 问题3：硬件电路繁琐、作品性价比太低原因：用GAL16V8实现密码锁，所用器件和实现方法在报告中已经十分详尽。 3. 心得体