数电课设——数字式电子锁

1、武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书课程设计任务书学生姓名： 孙亚楠 专业班级： 通信1302班 指导教师： 付琴 工作单位： 信息工程学院 题 目: 数字式电子锁的设计与实现 初始条件： 本设计既可以使用集成电路和必要的元器件等，也可以使用单片机系统构建数字密码电子锁。自行设计所需工作电源。电路组成原理框图如图1，数字密码锁的实际锁体一般由电磁线圈、锁栓、弹簧和锁柜构成。当线圈有电流时，产生磁力，吸动锁栓，即可开锁。反之则不开锁。 图1 数字式电子锁原理框图要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、课程设计工作量：1周。2、技术要求：1）课程设

2、计中，锁体用LED代替（如“绿灯亮”表示开锁，“红灯亮”表示闭锁）。2）其密码为4位二进制代码，密码可以通过密码设定电路自行设定。3）开锁指令为串行输入码，当开锁密码与存储密码一致时，锁被打开。当开锁密码与存储密码不一致时，可重复进行，若连续三次未将锁打开，电路则报警并实现自锁。（报警动作为响1分钟，停10秒）4）选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。安装调试设计电路。3、查阅至少5篇参考文献。按武汉理工大学课程设计工作规范要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。时间安排：序号阶段内容所需时间1方案选择和电路设

3、计1天2硬件设计、软件仿真2天3系统优化2天4设计报告撰写1天5答辩1天合 计7天指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目录摘要 Abstract 1.设计目的及要求 1 1.1设计目的 1 1.2设计要求 1 2.电路的设计与选择 2 2.1电路组成 2 2.2方案选择 22.2.1方案一电路及原理 22.2.2方案二电路及原理 32.2.3方案三电路及原理 32.2.4方案比较与确定 4 3.电路原理 53.1 开锁输入电路 53.2 电路设定与比较电路 6 3.3 计数电路 83.4 计时电路 103.5 报警电路 113.6 实验参数计算 113.7 总电路及

4、其工作原理 11 4.仿真结果及实物图 13 4.1电路仿真结果 13 4.2焊接实物图 17 5.实验设计总结与感悟 19 6.元器件清单 20摘要 现代电子技术的快速发展,使得数字电子技术广泛地应用在自动化领域中。在生活或工业领域中，电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务的电子产品。它的种类很多，有简易的电路产品，也有基于芯片的性价比较高的产品。数字电子技术课程设计对所学的基础理论知识是一次实践检测的过程。本文的电子密码锁是利用集成数字芯片和数字逻辑电路，实现对门的电路控制，并且有各种附加电路保证电路能够安全工作，具有极高的安全系数。

5、该系统主要由密码存储电路，比较电路，开锁输入电路，报警电路，锁体组成。密码存储电路与比较电路主要由开关和集成芯片74LS85构成，开锁输入主要由74LS194移位寄存器及相应开关构成，报警电路主要由555芯片、74LS90、报警灯和蜂鸣器构成，其中555产生1HZ周期脉冲，74LS90实现计数和计时。电路中还包括一些逻辑门电路，以实现相应的逻辑功能。关键词：数字密码锁，密码存储电路，比较电路，报警电路，开锁输入电路Abstract With the rapid development of modern electronic technology, digital electronic tec

6、hnology is widely used in the field of automation. In life or in the field of industry, electronic password lock is a had to enter a password to control circuit or chips work, so as to control the mechanical switch is closed, the lock, closed the task of electronic products. It's a lot of variet

7、y, there are simple circuit products, but also based on the higher cost of chip products. The course design of digital electronic technology is a process of practice detection. In this paper, the electronic code lock is using digital integrated chip and digital logic circuit, control circuit for the

8、 door, and a variety of additional circuitry to ensure the safety and has high safety coefficient. The system is mainly composed of a password storage circuit, a comparison circuit, an unlocking input circuit, an alarm circuit, and a lock body. Password storage circuit and a comparison circuit consi

9、sts mainly of by the switch and the integrated chip 74LS85, enter the unlock mainly by 74ls194 shift register and the corresponding switch constitute, alarm circuit is mainly composed of 555 chip and 74ls90, alarm lamp and a buzzer constitute, 555 of them produce periodic pulse 1Hz, 74ls90 achieve c

10、ounting and timing. Some logic gates are also included in the circuit to achieve the corresponding logic functions.Key words: digital password lock, password storage circuit, comparison circuit, alarm circuit, unlock input circuitIII1.设计内容及要求1.1 设计目的设计一个具有报警功能的四位数字式电子锁1.2 设计要求（1）锁体用LED代替， “绿灯亮”表示开锁，

11、“红灯亮”表示闭锁。（2）其密码为4位二进制代码，密码可以通过密码设定电路自行设定。（3）开锁指令为串行输入码，当开锁密码与存储密码一致时，锁被打开。当开锁密码与存储密码不一致时，可重复进行，若连续三次未将锁打开，电路则报警并实现自锁。（报警动作为响1分钟，停10秒）（4）选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。安装调试设计电路。2.电路的设计与选择2.1电路组成数字式电子锁的电路主要由密码存储电路，比较电路，开锁输入电路，报警电路，锁体组成。电路的原理框图如图2.1所示。 图2.1 数字式电子锁原理框图2.2 方案选择2.2.1

12、 方案一电路及原理由单片机STC89C52作为核心元件的数字式电子锁，分为硬件和软件部分。在硬件部分中，由单片机最小系统、矩阵键盘、1602液晶显示、声光显示这几个部分，在软件部分中，由矩阵键盘键值读取、1602液晶显示函数、延时模块、密码读取模块、密码设置模块、密码比较模块、声光状态模块等。其电路图如图2.2.1所示。图2.2-1 方案一总电路图2.2.2方案二电路及原理 由移位寄存器构成密码输入电路，由开关与集成数值比较器构成密码比较与存储电路，集成芯片计数器 74LS90计数器记录输入错误错误的次数，并由555芯片组成电路及74LS90芯片构成报警60秒停10秒的报警电路，红灯亮表示闭锁

13、，绿灯亮表示开锁，蜂鸣器响表示输错三次报警，再加反馈回路实现对前面电路的控制。电路图如图2.2.2所示。图2.2-2 方案二总电路图2.2.3 方案三电路及原理 由移位寄存器构成密码输入电路，有开关与非门构成密码比较与存储电路，四个74LS192计数器分别构成由输入三次错误，报警60秒停10秒连续三次的报警电路，灯泡亮表示报警，报警再加反馈回路实现对前面电路的控制。电路图如图2.2.3所示。图2.2-3 方案三总电路图 2.2.4 方案比较与确定通过以上的原理说明可知，方案一中，由单片机STC89C52作为核心元件的数字式电子锁，实现了基本的密码锁功能，运用具有可以写入程序、按程序完成相关逻辑

14、判断和电平控制的单片机芯片可以大大降低系统的复杂度，但是方案一更侧重于程序设计，而本次课程设计是数字电子电路的设计，故方案一不合适。方案三中，运用了数字芯片和逻辑门电路实现电子锁功能，但电路较不成熟，且不如方案二简洁清楚，故方案三也不合适。方案二中，利用集成数字芯片和逻辑门电路实现密码锁的功能，原理清楚，比较简洁明了，适合本次课程设计。综上所述，选择方案二作为本次课程设计的实验方案。 3.电路原理3.1 开锁输入电路 开锁密码输入电路主要由移位寄存器74LS194及开关构成，74LS194是四位双向通用移位寄存器。功能包括串行输入和并行输出，有时钟脉冲信号触发。由功能表可知，当S1=0,S0=

15、1时，芯片处于右移串行输入，当CP端经过四个上升沿脉冲时，QA-QD并行输出四位密码，相当于密码输入。图3.1-1 74LS194引脚图图3.1-2 74LS194功能表 开锁输入电路图如图3.1-3所示，其中S8为输入清零开关，S5作为密码输入端，S6充当脉冲信号使用。S5每输入一位密码，S6就要闭合断开一次。图3.1-3 开锁输入电路图 3.2 密码设定与比较电路 设计要求规定密码为四位二进制数，所以密码设定电路主要由四个单刀双掷开关构成，由开关拨向组成不同的密码组合，设定之后不更改状态即是对密码的储存，且密码可以在0000-1111之间任意设定，通过设定的密码可以与输入的密码进行比较。密

16、码比较电路主要是集成芯片74LS85构成，集成数值比较器74LS85是4位数值比较器。在数字电路中，经常需要对两个位数相同的二进制数进行比较，以判断它们的相对大小或者是否相等，用来实现这一功能的逻辑电路就成为数值比较器。数值比较器就是对两数A、B进行比较，以判断其大小的逻辑电路。比较结果有A>B、A<B以及A=B三种情况。应用原理是利用数据比较器比较设定密码和输入密码的大小，如果相等，芯片的OAEQB就会输出1，反之，其他两个输出端必有有一个输出为1。图3.2-1 74LS85引脚图图3.2-2 74LS85功能表 密码设定与比较电路如图3.2-3所示。S1，S2，S3，S4组成密

17、码设定电路，74LS85为密码比较电路的核心元件。当输入密码预设定密码一致时，绿灯亮，否则红灯亮。图3.2-3 密码设定与比较电路3.3计数电路设计要求当输入错误达到三次后电路报警并实现自锁，故需要计数错误次数。计数电路主要是由集成芯片74LS290构成，74LS90计数器是一种中规模二-五-十进制计数器，通过不同的连接方法，其还可构成其他进制的计数器。图3.3-1 74LS290引脚图图3.3-2 74LS290功能表计数电路如图3.3-3所示，S10为强制清零开关。图3.3-3 计数电路3.4 计时电路设计要求当电路发生警报时报警动作为响1分钟、停10秒，所以需要设计计时电路，用于控制报警

18、时间。计时电路主要由555芯片和74LS290组成。3.4-1 555芯片引脚图 计时电路如图3.4-2所示。555芯片构成多谐振荡器产生1HZ的脉冲，给74LS290提供脉冲信号。U5为十进制计数器，U6为六进制计数器，两者构成六十进制计数器。3.4-2 计时电路3.5 报警电路 蜂鸣器由三极管驱动，在计数电路和计时电路的控制下工作。3.5 报警电路3.6 实验参数计算555芯片构成的多谐振荡器的震荡周期为 T=TPH+TPLTPH=0.7(R1+R2)C TPL=0.7R2C所以震荡周期为 T=TPH+TPL=0.7(R1+2R2)C振荡频率 f =1/T要产生1HZ的脉冲信号，所以 0.

19、7(R1+2R2)C = 1由此计算出R1= 2.8K ， R2=5.7K ， C=10µF3.7 总电路及其工作原理 总电路由开锁输入电路，密码设定与比较电路，计数电路，计时电路和报警电路组成，总电路图如图3.7所示。由开关S5输入开锁密码，移位寄存器74LS194将输入密码并行输出，数值比较器74LS85将输入密码与设定密码进行比较，若输入密码与设定密码相同，绿灯亮，若输入密码与设定密码不同，或门U1输出为1，按下按钮S7，则计数器74LS290（U4）进行一次计数。若在3次以内输入正确，则或门U9输出为1，计数器U4清零；若3次输入都不正确，与非门U7输出为1，蜂鸣器发出警报，

20、且或非门U10输出为0，移位寄存器74LS194锁住，不能再进行密码输入。555芯片构成多谐振荡器，产生频率为1HZ的脉冲信号，为U5和U6构成的六十进制计数器提供脉冲信号。当U6计数到0101即“5”时，与非门U8输出为0，蜂鸣器不再工作，由此产生报警一分钟停顿10秒的报警动作。开关S1，S2，S3，S4用于设定密码，S6用于提供74LS194的脉冲信号，S8用于对输入密码进行清零。图3.7 总电路图 4.仿真结果及实物图4.1 电路仿真结果密码输入正确时的仿真结果图4.1-1 密码输入正确时仿真结果密码输入错误时的仿真结果图4.1-2 密码输入错误时仿真结果密码输入错误达到三次时的仿真结果 图4.1-3 密码输入错误三次时仿真结果当密码输入错误三次后，555震荡波形及蜂鸣器端的波形如下图4.1-4 多谐振荡器脉冲信号和蜂鸣器两端波形4.2 焊接实物图实物正面图图4.2-1 实物正面图实物背面焊接图图4.2-2 背面焊接图5.实验设计总结与感悟 经过一个星期的努力，数电课程设计终于落下了帷幕。在这一个星期里，我真正体会到了什么叫做废寝忘食，不眠不休。本次课程设计我的任务是设计并制作数字式电子锁，刚看到这个题目时有一种无从下手的感觉，从网上查阅了大量资料和电路图才搞懂了大体的设计思路和设计方向。第一天的时候花了整整一天的时间设计出