电工电子综合课程设计说明书简易数码锁的课程设计

1、课程设计简单的数字锁设计课程设计作业书学生：专业班：指导老师： 工作单位：主题：简单的数字锁设计初始状态：应用所学的模拟电路和数字电路的知识；使用元器件：实验板、电源、连接线、74系列芯片、555芯片或微处理器等。需要的主要任务：使用数字键输入，数字为6位或4位；上电后系统自动复位，准备接收数字；设置批准键，每次输入数字都必须按批准键。批准键只接受最后6或 4 个输入数字，如果与锁中指定的数字相匹配，执行器就会动作；严格按照课程设计说明的要求编写课程设计说明。日程：第一天，课程设计任务书送达，根据任务书查找资料；第2-4天，方案论证，软件模拟，确定设计方案；第5天，审核后收到组件；Day 6-

2、8组装电路并调试，检查错误并提出问题；9-11日，对结果进行分析整理，撰写课程设计报告，验收调试结果；第12-14天，完成课程设计报告和答辩。目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc297757330 简介 PAGEREF _Toc297757330 h 1 HYPERLINK l _Toc297757331 1设计意义及要求 PAGEREF _Toc297757331 h 2 HYPERLINK l _Toc297757332 1.1设计意义 PAGEREF _Toc297757332 h 2 HYPERLINK l _Toc297757333 1.2设计要求

3、PAGEREF _Toc297757333 h 2 HYPERLINK l _Toc297757334 2方案设计 PAGEREF _Toc297757334 h 3 HYPERLINK l _Toc297757335 2.1设计理念 PAGEREF _Toc297757335 h 3 HYPERLINK l _Toc297757336 2.2设计方案 PAGEREF _Toc297757336 h 4 HYPERLINK l _Toc297757337 2.3方案比较 PAGEREF _Toc297757337 h 7 HYPERLINK l _Toc297757338 3简单的密码锁电路设

4、计 PAGEREF _Toc297757338 h 8 HYPERLINK l _Toc297757339 3.1密码输入及编码电路 PAGEREF _Toc297757339 h 8 HYPERLINK l _Toc297757340 3.2密码移位寄存器电路 PAGEREF _Toc297757340 h 8 HYPERLINK l _Toc297757341 3.3密码比较电路 PAGEREF _Toc297757341 h 9 HYPERLINK l _Toc297757342 3.4解锁电路 PAGEREF _Toc297757342 h 10 HYPERLINK l _Toc297

5、757343 3.5复位电路 PAGEREF _Toc297757343 h 11 HYPERLINK l _Toc297757344 4调试和测试 PAGEREF _Toc297757344 h 12 HYPERLINK l _Toc297757345 4.1调试方法及步骤 PAGEREF _Toc297757345 h 12 HYPERLINK l _Toc297757346 4.2调试过程中的故障及解决方法 PAGEREF _Toc297757346 h 12 HYPERLINK l _Toc297757347 4.2调试运行结果 PAGEREF _Toc297757347 h 13 H

6、YPERLINK l _Toc297757348 5仿真操作步骤及操作说明 PAGEREF _Toc297757348 h 14 HYPERLINK l _Toc297757349 结论 PAGEREF _Toc297757349 h 15 HYPERLINK l _Toc297757350 参考文献 PAGEREF _Toc297757350 h 16 HYPERLINK l _Toc297757351 附录 1 设计通用电路图 电路图 PAGEREF _Toc297757351 h 17 HYPERLINK l _Toc297757352 附录二 主要元件引脚图及功能表 PAGEREF _

7、Toc297757352 h 19介绍当今社会，随着科技的进步和人们生活水平的提高，如何保障人们自身财产和个人隐私的安全成为当今社会的热门话题。使用传统的机械锁防盗有很多弊端：机械锁本身结构比较简单，一般来说“机械锁只能用来防盗”，可见非常容易被撬；另一方面，大型机械锁肯定会有复杂的钥匙，这些钥匙携带不便，而且丢失后换锁和重新钥匙也不方便，大大降低了安全性和便利性。然而，在高科技孕育下生产的IC卡识别、指纹识别设备等，却因技术含量高、成本高而陷入难以推广的尴尬境地。但数字锁因其安全系数高、使用灵活、成本低廉等诸多优点而受到广大用户的青睐。在设计本课题时，主要应用数字电子技术和模拟电子技术的知识

8、，利用4035并行合并移位寄存器和74LS85数字比较器组成数字逻辑控制电路，并列出组图和个体图进行比较，得出以下优点：集体方法优于个人方法。1 设计意义及要求1.1 设计意义传统机械锁的安全性和便利性已经不能满足人们对防盗的要求，数字锁此时出现在人们的视野中。通过上学期模拟电子技术和本学期数字电子技术的学习，这款简易数字锁的设计主要考查学生综合应用所学提出问题、分析问题和解决问题的能力，应用proteus仿真软件在计算机上实现从原理图设计、电路分析与仿真、系统测试和功能验证的操作过程，培养学生独立思考、创新思维、理论联系实际的能力，锻炼学生的动手能力。1.2 设计要求1）设计一个简单的数字锁

9、，密码为6位或4位十进制数，由数字键输入。2）设置批准键，每次输入数字都必须按批准键；并且批准密钥只接受最后6或4位数字，如果与此锁指定的数字匹配，将执行解锁动作。3）上电后系统会自动复位，准备接收数字号码；如果输入的数字（与正确密码的数字相同）的后6位或4位与正确密码完全相同，然后按OK键，则进行解锁操作。2 方案设计2.1 设计思路根据设计要求，需要输入电路。数字键1-9所代表的十进制数字必须在数字电路中转换成二进制代码。因此，总电路的第一个模块是密码输入电路和编码电路。编码器输出的二进制码是将原码逐位取反。设计要求输入密码后的4位数字有效。考虑使用四个级联的移位寄存器来接收代码，然后每输

10、入一个新的数字，就将原来的数字右移，保证寄存器中已有的数据只有最后输入的四位。每个密码对应的二进制码，后4位有效。因此，第二个模块是一个密码移位寄存器电路。为了比较最后输入的4位数字是否正确，可以用四个数字比较器分别接收移位寄存器中存储的数据，然后将四个比较器的Q(A=B)输出组合起来控制解锁行动。所以第三个模块是密码比较电路。第四个模块是解锁和清除。当密码正确并按下确认键时，系统执行开锁动作，开锁信号清零电路，方便下次输入密码开锁。综上所述，整个电路由五部分组成：密码输入与编码电路、密码移位寄存器电路、密码比较电路、复位电路、解锁电路。初次上电复位后，输入十进制密码，编码器将原二进制码逐位取

11、反后进入移位寄存器。移位寄存器已有的二进制码与数字比较器中设置的正确密码的二进制码进行比较，因此输入密码后，4位或6位有效。输入密码并按下确认键时，如果此时密码正确，则开锁电路工作，如果密码错误，则锁不开锁（方案显示灯亮或离开）。设计思路框图如图2-1所示：复位复位输入密码右移寄存比较密码开锁不开锁正确错误图2-1 设计思路框图2.2 设计方案要实现这种数字锁的设计，一般有两套方案。2.2.1设计方案一该电路共有11个数字键，其中1-9九个数字键为密码输入端，分别与10-4线优先编码器的输入端相连，另外两个为确认键和重置键。输入的十进制码经74LS147优先编码器二进制编码后与移位寄存器电路的

12、四个数据输入端相连。该电路是由4个4035四位合进合出移位寄存器级联、边沿触发组成的右移位寄存器电路，其输出端Q0-Q3分别与输入端B0-B3相连。四个四位数字比较器。数字比较器A0-A3为预置密码输入端，用户可以通过改变A0-A3所连接的高低电平之差来实现修改密码的功能。由B0-B3和A0-A3的比较结果，通过74LS85数值比较器中的Q(A=B)输出结果，将结果与，结合确认键控制灯解锁电路灯。 .每按一次按键，编码器由全1输出变为0输出，按键向上时变为全1输出。因此，编码器的四个输出端可以作为与非后移位寄存器的边沿触发信号，即每按一次数字键，触发寄存器，输入密码对应的寄存数据为一个-to-

13、one 向右移动。四片寄存器只能存储四个四位二进制数。如果现有的四个四位二进制数字与数字比较器中要比较的正确密码完全一致，立即按下确认键，开锁信号灯亮，锁被开锁。 ，即实现输入密码后4位有效的功能需求。复位电路由复位键和解锁信号组成。当手动按下复位键，或密码正确解锁时，每个移位寄存器的清零端得到一个有效的高电平信号进行清零。图2-2 方案一整体电路图2.2.2设计方案二方案2与方案1原理相同，同样由数字按键输入的密码输入和编码电路、四位并行合并移位寄存器电路、密码比较电路、解锁电路、复位电路组成。考虑到4035芯片很难买到，采用4颗74LS194芯片组成移位寄存器电路。由于机械开关的抖动，在优

14、先级编码器的输出信号进行“与”运算后，增加了一个由555定时器组成的不可重复单稳态触发器，以消除机械开关引起的抖动，从而保证编码器的正确性密码输入。图2-3 方案二电路图2.3 方案比较两种方案略有不同，但原理基本相同。但第一种方案中，密码设置为1到9的九个数字，解锁后有自动复位电路。脉冲，在此期间输入任何数字无效，有效防止机械开关抖动造成的密码输入错误问题。基于以上原因，选择第二个方案作为团体方案，选择第一个方案作为个人方案。3 简单的密码锁电路设计3.1 密码输入及编码电路密码输入及编码电路如图 3-1 所示。十进制数字1-9作为密码输入终端，采用数字按键的形式，实用且易于操作。 74LS

15、147 是一个 10 线到 4 线二进制优先级编码器，具有 9 个数据输入和 4 个编码输入，所有这些输入都是低电平有效。每按一次十进制数字键，与其相连的编码器输入端为低电平，输出该十进制数字对应的四位二进制数的原码，逐位取反。四位二进制四位二进制编码输出图 3-1 密码输入电路3.2 密码移位寄存器电路密码移位寄存器的电路图如图 3-2 所示。四个移位寄存器在某一时刻总是存储四个四位二进制数，因此它们的主要作用是对存储的数据进行移位，实现后四位有效的设计要求。由于输入的是四位二进制码，必须实现四位二进制数的并行传输和移位，因此选取4035个四位二进制数并行并入移位寄存器。D0-D3为并行数据

16、输入端，Q0-Q3为并行数据输出端。 CP为时钟输入端，由上升沿触发。 CR为异步清零端，高效。 P/为并串控制端，接高电平时并行移位。 T/为原码/反码输出控制端，接高电平时输出原码。由于数字键按下并弹起的瞬间，四位二进制码的输入状态由1111变为0再变为1111。如果这四个输入端接不接的时钟输入端四个移位寄存器，一个正脉冲，使寄存器触发并行移位操作。也就是说，每输入一个十进制数，移位寄存器进行一次并行移位，使得存储的四位二进制码始终为4。通过将这四个码与正确的密码进行比较，最后4位密码可以实现。高效的。四位二进制编码输入四位二进制编码输入复位端图 3-2 密码移位寄存器电路3.3 密码比较

17、电路密码比较电路如图 3-3 所示。数值比较器预设的一组待比较数据A0-A3从左到右依次为1001、0101、1101、0011。由于编码器的输出是十进制数字键对应的二进制原码逐位取反，再将移位寄存器右移输出原码，所以正确密码为3456。输出四个移位寄存器的Q0-Q3端分别与四个数字比较器的B0-B3输入端相连，可以将某一时刻的输入密码与正确密码进行比较。当密码完全匹配时，四个数字比较器的Q（A=B）端输出全1。存储数据输入端存储数据输入端存储数据输入端存储数据输入端存储数据输入端密码比较结果图 3-3 密码比较电路3.4 解锁电路解锁电路如图 3-4 所示。输入密码正确时，密码比较结果为1，

18、此时必须按下确认键，AND门的两个输入端子均为1，开锁信号灯亮，锁将被解锁。密码比较结果密码比较结果图 3-4 解锁电路3.5 复位电路复位电路如图 3-5 所示。当按下复位键或正确输入密码解锁时，寄存器清零端会得到一个高电平清零信号，将电路清零。开锁信号开锁信号接寄存器清零端图 3-5 复位电路4 调试和测试经过组间的多次假设和数据审核，我们终于得到了线索，初步确定了设计方案，也有了设计稿。但是通过proteus仿真软件进行仿真后，出现了很多问题。通过不断的调试和修改，以及团队成员的集体努力，对电路进行了改进，最终实现了方案所要求的结果。4.1 调试方法及步骤调试电子电路有两种方法：块调试和

19、整体调试。1）为了判断各个模块是否工作正常，首先进行块调试。分块调试是指将整个电路按功能分成若干个模块，然后分别进行调试。例如，在密码输入和编码模块电路中，根据设计预测，当按下某个数字键时，二进制码的输出端应该出现相应的低电平。我们可以单独模拟这部分，将4个低电平发光二极管连接到二进制码输出。如果按数字键，对应的发光二极管就会亮，发光二极管得到输入。将数字二进制码的原码逐位取反得到的码，说明这部分的电路设计是正确的。又如，在开锁电路模块中，根据设计要求，当密码比较结果为1时，按下确认键后，指示灯亮。我们可以在解锁电路中输入 0 或 1。当按下确认键时，指示灯暗或亮，说明这部分电路正确，可以进行

20、下一个模块的设计和仿真。2）各模块的电路调试功能满足设计要求后，进行整体调试，即整体电路组装完成后，进行一般调试。这种解决方法是先检查线是否接错管脚或漏接或多接，并检查高低电平是否连接正确。确保连接无误后，先按复位键清除电路，然后输入密码按确认键。根据初始密码设置，如果开锁信号灯正常亮灭，说明一般电路也符合要求。4.2 调试过程中的故障及解决方法在模拟方案1时，遇到的问题及解决方法有：1）根据实际情况，密码一般为0到9的十进制数字，需要10-4线编码器。两根8-3线级联比较麻烦，但是找不到合适的10-4线。还是单片机16-4线编码器，最后我选择了74LS147芯片（10-4线编码器，但实际上只

21、有9个数据输入），数字键设置为1-9。2）当输入密码且输入正确密码，但未按下确认键时，指示灯亮，确认键无效。仿真时观察确认开关对应电阻两端的电平信号，发现电阻右侧为灰色，即不工作。通过网上研究和小组同学讨论，发现这个端子是直接接地的，上拉电阻为10k，负载过大容易出现高阻状态。此时应适当降低电阻器的阻值。将该电阻的阻值设置为1k，然后进行仿真，电路工作正常。3）二进制码输出端进行比较，作为移位寄存器的触发信号。输入密码时，发现没有触发移位寄存器。经过调试分析，发现4035移位寄存器是上升沿触发的，所以需要0-1信号。信号，与门输出信号后，信号的变化为1-0，没有影响。因此，在 AND 门之后添

22、加一个 NOT 门可以解决问题。在测试第二种方案，即组方案时，遇到的问题和解决方案如下：1）团队的第一个设计方案没有包括由555定时器组成的单稳态触发器。按照设计电路连接实物后，密码设置为1111，但输入密码后发现，有时按三下开关会导致灯灭。它会亮起，但有时需要按五次或更多次才能打开灯。经分析，发现机械开关存在抖动。按下开关输入密码时，由于编码器输出的信号不是稳定的脉冲信号，按下开关后的抖动会产生不稳定的信号，对移位寄存器造成干扰。右移功能。所以我们在10线4线优先编码器的输出端接一个由555定时器组成的单稳态触发器，并将其电阻设置为5k，电容设置为100u。经过计算，我们知道单稳态触发器的脉

23、冲宽度为0.55s，而在此期间，只允许输入一个密码，其他密码将被判断为无效，有效防止了由于信号不稳定而导致的信号不稳定开关抖动。2）团队设计的第一个方案的复位端是当按下复位键或正确输入密码解锁时，寄存器的清零端会得到一个高电平清零信号，对电路进行清零。但是，在物理电路中，这种方案实现起来比较困难，基本上是行不通的。因此，我们去掉了输入正确密码并重置的功能，改为手动重置。所以问题就解决了。4.2 调试运行结果方案一的仿真调试结果：当输入正确的密码3456并按下确认键时，开锁信号灯闪烁，进行开锁操作。当密码为8883456并按下确认键时，开锁信号灯闪烁，锁被开锁；当密码为5634566，按下确认键

24、时，开锁信号灯不亮，表示输入密码后的四位功能。5仿真操作步骤及操作说明方案一：从1到9共有9个数字键，分别为密码输入端子，D1为开锁信号灯。当按下数字键“确认”和“复位”时，输入的数字分别被确认和清除。先按“reset”键上电复位（灯灭），进入密码输入状态，正确密码为3456。输入密码后，按确认键确认后四位。输入正确时，开锁信号灯闪烁，电路清零；输入错误时不提示，返回密码输入状态。方案二：方案二和方案一的基本原理相同，仿真操作与方案一基本相同，只是方案二的密码是7749，输入单个密码后必须等待输入提示灯熄灭后才进入下一个。密码。结束语为期近两周的电气电子综合课程设计即将结束。时间很短，但我感觉

25、很多。一方面，本次课程设计不仅锻炼了我的独立思考和解决问题的能力，也增强了我的动手能力，甚至增强了我的团队协作能力，为进入社会做好准备。未来。本课程的设计也是为了巩固和加强模拟电学和数字电学的知识。因为课本里面的知识很多，很复杂，而且这两门课很抽象。通常，课间学习不能很好地理解和使用各个组成部分的功能，而且考试能力有限，无法全面考查知识掌握程度。但是，在这门综合课程的设计过程中，要想设计出实现功能需求的电路，首先要了解各种芯片的工作特性、优缺点，这促使我们广泛查阅书籍和网络资源，并潜移默化地了解很多元器件的功能，对它在电路中的使用有了更多的了解。虽然在设计过程中遇到了很多困难和障碍，但在选择器

26、件和设计方向的过程中，我发现可以将课本中的知识应用到实践中。虽然我不熟练，但我迈出了第一步。相信在以后的学习和实践中，能够更好地将理论联系实际，加深对知识的理解和应用。这次实习也锻炼了我的自学能力。在实验中，我们使用了一种新的软件proteus仿真软件。对这个软件的不熟悉促使我充分利用图书馆通过计算机网络访问和学习相关资料，增加了很多课本以外的知识，不仅是基础知识操作proteus仿真软件也培养了自学能力根据项目需要选择参考书，查阅手册、图表等相关文件。最重要的是，我理解了课程设计的精髓。课程设计不是简单的按照要求设计电路，组装调试成功，而是课程设计让我学会了做一件事的步骤和应该有的态度。当你

27、得到一个任务，从哪里开始，先做什么，然后做什么，都有自己的规则。如何运用所学的点滴知识创造无限的奇迹，如何优化结果，从而积累自己对一项任务的态度和自信。参考1康华光. 电子技术基础数字部分（第五版）。高等教育,2006.12毕曼青，主编。 电子技术实验与课程设计。机械工业，1995.5 3高继祥. 电子技术基础实验与课程设计。电子工业, 20024 鲍亚平，主编。 数字逻辑设计与数字电路实验技术。中国水利，20035紫梅. 电子电路设计实验测试 。华中科技大学, 20066 周慧超 常用电子元件及典型应用。电子工业, 20057 齐存荣，魏。 电子技术基础实验（数字部分）。理工大学教材中心附录

28、1 设计通用电路图组方案的一般电路图如图1所示：图1 群方案电路图个别方案的一般电路图如图2所示：图2 个别程序电路图附录二 主要元件引脚图及功能表附2.1 74LS147功能表及逻辑引脚图16 15 14 13 12 11 10 916 15 14 13 12 11 10 91 2 3 4 5 6 7 8VCC NC GND74LS147图3 74LS147逻辑引脚图附表1 74LS147功能表进入输出123456789DC乙一个HHHHHHHHHHHHH大号大号HH大号大号H大号HHH大号HHH大号大号大号大号HHHH大号大号H大号HHHHH大号H大号大号HHHHHH大号HH大号HHHHHHHH大号大号大号HHHHHHHHH大号H大号HHHHHHHHHHH大号附2.2 4035芯片管脚图及功能表16 16 15 14 13 12 11 10 91 2 3 4 5 6 7 8VDD Q1 Q2 Q3 D3 D2 D1 D0Q0 T/ J CR CP P/ VSS4035图4 4035芯片管脚