2023年电子密码锁课程设计报告

千里之行，始于足下。第2页/共2页精品文档推荐电子密码锁课程设计报告.doc电子密码锁设计任务书1、设计目的

（1）掌握电子密码锁工作原理。

（2）熟悉数字集成电路的设计和使用办法。

（3）熟悉Protel/multisim软件的使用。

2、设计任务

（1）用电子器件设计制作一具密码锁，使之在输入正确的代码时开锁。

（2）在锁的操纵电路中设一具能够修改的8位代码，当输入的代码和操纵电路的代码一致时锁打开。

（3）用红灯亮、绿灯灭表示关锁，绿灯亮、红灯灭表示开锁。

（4）当开锁输入码与密码别一致时发出报警信号。延续3次输入错误则进入自锁状态。

（5）其他功能能够自行扩展。

3、设计要求

（1）合理的设计硬件电路，讲明工作原理及设计过程，画出相关的电路原理图；

（2）挑选常用的电器元件（讲明电器元件挑选的过程和依据）；

（3）举行数字电路仿真；

（4）按照规范要求，按时提交课程设计报告（打印或手写），并完成相应答辩。

4、参考资料

（1）毕满清主编.电子技术实验与课程设计.北京：机械工业出版社，2005

（2）胡奕涛主编.电子技术实践教程.北京：北京邮电大学出版社，2007

（3）苏文平，等编着.电子技术实践与制作教程.北京：国防工业出版社，2007

（4）康华光主编.电子技术基础:模拟部分.北京:高等教育出版社,1988

电子密码锁设计报告

名目

一．设计任务和要求(3)

二．设计的方案的挑选与论证(3)

电路设计的多种方案.(3)

方案论证.(4)

方案挑选.(4)

三．电路设计计算与分析(5)

开关编码电路(5)

密码存储及显示电路.(7)

密码验证电路(10)

开关锁报警电路(10)

密码锁定电路(12)

四．总结及心得(13)

五．附录(16)

电路原理图(16)

元器件明细表(17)

六．参考文献(18)

一．设计任务和要求

用电子器件设计制作一具数字密码锁，红灯亮、绿灯灭表示关锁，绿灯亮、红灯灭表

示开锁。具体要求如下：

（1）在锁的操纵电路中设一具能够修改的8位数字密码；

（2）设置密码时指示灯别亮，也不可能发出报警信号；设置完密码后密码锁处于关锁

状态（即红灯亮，绿灯灭），此后输入正确密码时密码锁开锁且别报警，输入错误时密码

锁保持关锁状态并报警；

（3）延续3次输入错误时，密码锁立刻自动锁定30秒钟，即在30秒内输别到里面去密码，所以也开别了锁；30秒之后密码锁自动退出锁定状态，此刻能够正常输入密码；

（4）输入密码的过程中不可能报警，惟独在输入完成后，密码锁才会推断密码是否正

确以及执行开/关锁和是否报警的操作。

二．设计的方案的挑选与论证

电路设计的多种方案

设计制作数字电子密码锁，能够使用各种集成（译码器，555定时器，触发器），也能够采纳单片机（如89C51）。

方案一：选用单片机作为核心元件，利用其灵便的编程设计和丰富的I/O端口，以及操纵的准确性，实现丰富的密码锁功能。在单片机的外围电路外接输入键盘用于密码的输

入和一些功能的操纵，外接芯片用于密码的存储，外接LCD显示器用于显示作用。当用户需要开锁时，先按键盘开锁键之后按键盘的数字键0－9输入密码。密码输完后按下确认键，假如密码输入正确则开锁，别正确显示密码错误重新输入密码，当三次密码错误则发

出报警信号。除上述基本的密码锁功能外，还能够添加遥控功能。

方案二:选用各种集成芯片作为本设计的核心元件。用逻辑开关及编码器组成密码输

入部分；D触发器存储输入的密码和操纵电路里设置好的密码；接成8进制计数器来对输入密码时密码的个数计数；接成3进制计数器，对重置密码的次数计数，在第3次重置密码时产生高电位的进位信号，触发555定时器构成的单稳态触发器，触发器产生30秒的触发信号操纵密码锁输入部分向来置零，这时就输别到里面去密码了（即从第四次开始输别进

去密码），从而实现了延续3次输入密码错误就锁定的功能。

方案论证

采纳单片机来设计，其优点是硬件电路简单，功能非常多，拓展方便，编程设计灵便多

样以及I/O端口丰富，操纵准确。然而单片机要求知识广泛，需要对硬件有较好的认识，

也要有一定的编程能力。再者，用单片机设计时需要用到的外围设备多，密码锁制作费用

比较大。

用各种集成芯片及门电路来设计，优点是电路明白轻松，设计比较顺畅，用已有的知

识就能够设计。然而电路连线比较繁杂，需要一些逻辑器件，智能化大大落低，非常容易出

现故障，同时能拓展的功能也比较少。

方案挑选

论证完方案后反观自身，知识面别够广，电路设计经验别太多，专业基础也别是非常扎

实，如此的话采纳单片机来设计电路可行性别是非常高，短时刻内有非常大难度。

因此，为了进一步巩固理论基础、熟练掌握和运用数字电子技术的基本知识以及丰富

电路设计制作的经验，在此次课程设计中，经过两种方案的比较，结合自身实际事情，在

满脚设计要求的基础上，我采纳方案二来设计制作电子密码锁，并适当扩展了其功能。

其系统框图如下：

计数

图1电子密码锁设计电路系统框图

三．电路设计计算与分析

输入密码锁定

开锁

设计过程中共用到5个单元电路，分不为开关编码电路、密码存储/显示电路、密码

验证电路、开关锁报警电路和密码锁定电路。下面将一一叙述事实上现原理。

开关编码电路

此电路由逻辑开关、二十进制优先编码器74HC147和一具四输入的与非门组成。9个开关分不用键盘上的数字1-9操纵，其上两个端口分不接高、低电位，用来操纵编码器

输入端的电位。

图2开关编码电路图

别按数字键时，开关上面的两个端连接导通，编码器上相应的输入端为高电位。因此

初始状态下编码器9个输入端均为高电位，4个输出端也均为高电位，通过四输入的与非

门后变成脉冲输出端的低电位。当按下某一具数字键时，相应的开关下面两个端连接导通，编码器输出4个相应的的高低电位（而且至少有一具低电位），通过与非门之后形成脉冲

输出端的高电位。当松开数字键时编码器的输入端和输出端又都变成高电位，通过与非门

之后脉冲输出端又恢复成低电位。

因此每次输入一具数字时（按相应的数字键，按下又松开），该电路脉冲输出端还产

生一具脉冲，将此脉冲发送给密码存储单元，可触发其状态发生改变，举行密码存储。

表1二十进制优先编码器74HC147特性表

输入输出

I

1I

2

I

3

I

4

I

5

I

6

I

7

I

8

I

9

YYYY

3210

1111111111111

××××××××00110

×××××××010111

××××××0111000

×××××01111001

××××011111010

×××0111111011

××01111111100

×011111111101

0111111111110密码存储/显示电路

由于需要存储由8个数字组成的一串密码，因此此电路由8个D触发器和8个七段数

码管构成，每个触发器负责存储和输出一具数字，每个数码管负责显示一具数字。数码管

显示的数字由对应的D触发器输出。电路图如下：

图3密码存储及显示电路图

图中的触发器基本上74HC175，其功能特性和一般的单输入触发器类似，唯一的别同就

是74HC175有4个D输入端和4个Q输出端。因此理论上每个触发器都能够存储十进制

数0—15之内的任何一具数。8个触发器的脉冲输入端互相连在一起，置零端（低位有

效）

也互相连在一起，脉冲输入端和置零端分不受统一的脉冲信号和置零触发信号操纵。8个触发器依次级联，前一具触发器的输出端接后一具触发器的输入端，构成一具四位串行输

入的移位寄存器。

表2单输入D触发器特性表

CLRCLKDQQ*

0×××0

10×00

10×11

110×0

111×1

在置零端无效以及脉冲信号延续的事情下，输入的第一具数字立即由第一具触发器输

出，由第一具数码管显示出来，并存储在第二个触发器中；输入的第二个数字依然由第一具

触发器输出，由第一具数码管显示出来，并存储在第二个触发器中；之前存储在第二个触发

器中的数字此刻差不多输出，由第二个数码管显示出来，并存储在第三个触发器中。输入过程

中第一具数码管总是显示最终输入的数字，第二个数码管显示输入的前一具数字。

以此类推，输入完8个数字后，数码管依次显示每个数字，从左往右看时，最终一具数码

管显示输入的第一具数字，第一具数码管显示输入的最终一具数字。如此在效果上就形成

了一具串行输入的移位寄存器。

当需要重置密码时，让触发器的置零端有效即可（即使置零端为低电位），此刻触发

器的输出端Q端均为0。

在密码锁电路设计过程中两次用到此单元电路，分不用来存储设置的密码和输入的密

码。下图算是由开关编码电路和密码存储/显示电路连接而成的密码输入及设置电路，并显

示有仿真结果。

图4密码输入及设置电路

图中上边的电路用来存储和显示输入的密码，下边的电路负责存储和显示设置的密

码，而左边部分是开关编码电路。

另外此图中由空格键操纵的开关负责使输入密码存储电路置零，因为按下空格键时，

此开关下方导通，接低电位到密码存储电路中D触发器的置零端（低电位有效），则D触发器都置零。

开关B负责操纵电路进入密码设置状态和输入密码状态。当B打开时接高电位，此刻能够开始设置密码，在开关编码电路中按下相应的数字键后触发的脉冲通过与门传送给设

置密码存储电路的脉冲输入端，这时电路就能够存储设置的密码了。当B闭合时接低电位，通过与门后必定也输出低电位，此刻开关编码电路产生的脉冲传输别到设置密码存储电路

的脉冲输入端，所以设置密码存储电路将保持状态别变，即电路退出了设置密码的状态。

此刻应该注意的是，开关B输出端的电位还接到一具三态门的操纵端上，而此三态门又可

以操纵开关编码电路产生的脉冲是否输入到输入密码存储电路的脉冲触发端。也算是在B闭合时，电路退出了设置密码的状态，此刻三态门导通，脉冲能够传到输入密码存储电路

中，则此刻电路进入了输入密码的状态；而当B打开时，电路进入设置密码的状态，此刻

三态门截止，脉冲传输别到输入密码存储电路中，将保持状态别变，也即别能存储输入密

码，电路退出了输入密码的状态。

而开关A和空格键操纵的开关类似，它是负责使设置密码存储电路置零，因为其输出

端与设置密码存储电路中的置零端相连。

密码验证电路

此电路由8个4位数值比较器组成，它们相互级联，用来比较输入的密码和设置的密

码，惟独两者彻底一致时电路输出端才会产生高电位。其中每个比较器负责比较一对数字，因此此电路可验证8位数字密码是否正确。

图5密码验证电路

开关锁报警电路

此电路要紧由计数器、开关锁指示灯、报警装置以及操纵开关和一些门电路组成。电

路如图5所示。图中绿灯模拟开锁状态，红灯模拟关锁状态，而蜂鸣器用来报警。当输入

密码正确时，密码验证电路输出高电位，电路进入开锁状态；别正确时密码验证电路输出

低电位，电路保持关锁状态，并报警。

图6开关锁报警电路

打开开关B可操纵密码锁进入密码设置状态，此刻开关锁指示灯别亮，也不可能报警（实际上此状态下密码锁也别需要报警）。密码设置完成后退出此状态（即闭合开关B）。此刻密码验证电路必定输出低电位，通过非门后又变为高电位。然后可经过闭合开关D来操纵密码锁进入关锁状态（绿灯亮、红灯灭）。此刻惟独输入8位正确的数字密码后，才干进入开锁状态（红灯亮、绿灯灭）。所以需要在密码输入过程中对输入的数字举行计数。

又因为输入的是8位密码，因此只需要8进制的计数器即可。此电路是经过置数法将同步

十进制计数器74LS160接成8进制计数器。

表3同步十进制计数器74LS160的特性表

CLKRLDEPET工作状态

D

×0×××置零

10××预置数

×1101保持

×11×0保持（但C=0）

1111计数

计数器上的脉冲输入端用来接收输入密码时开关编码电路产生的脉冲信号。由上可

知，每输入一具数字，电路均会产生一具脉冲。在此脉冲触发下，计数器开始计数。但需

要注意的是，计数器开始计数时的初始状态应该是输出0000，假如别是的话需要经过空格键或逻辑开关C使计数器置零。此外空格键也用来操纵输入密码存储电路置零。等到输入

完8位密码往后，计数器也举行了8次计数，同时产生了进位信号。它和密码验证电路的输

出信号共同操纵密码锁开锁和报警，而在开关B和D都闭合的事情下，密码验证电路的输出

信号单独操纵密码锁是否退出关锁状态。

密码锁定电路

此电路要紧采纳同步十进制计数器74LS160和555定时器。分不把十进制计数器接成四进制，把555定时器接成单稳态触发器。

图7密码锁定电路

依照设计要求，电路需要实现延续3次输入错误时密码锁自锁30秒钟的功能，所以必定要使用计数器举行计数。本设计电路中计数器是对重置输入密码的操作次数计数（即

按空格键的次数），当输入密码延续错误三次时重置密码的次数也为三次，此刻计数器产

生高电位的进位信号，触发555定时器构成的单稳态触发器，触发器产生30秒的高电位触发信号，通过非门后变为低电位，操纵密码输入部分向来置零，所以从这时开始就输别

到里面去密码了（即从第4次开始就输别到里面去密码了），实现了3次密码错误就锁定的功能。

至于单稳态触发器中R、C的取值，则可依照公式tw1.1RC来设

定，其中tw=30s。下面简单叙述一下其工作原理并给出电路的电压波形图。

单稳态触发器的触发信号输入端低电平有效。在没有触发信号时，TRI端处于高电平，单稳态触发器输出低电平，处于稳态；在输入触发信号时，电容充电，单稳态触发器输出

高电平，处于暂稳态；通过一段时刻后，电容电压达到上限阈值，假如此刻输入端的脉冲

触发已消逝则输出低电平，并且电容迅速放电，电路恢复到稳态。

图8用555定时器接成的单稳态触发器电路的电压波形图

四．总结及心得

这学期我们开始学习数字电子技术这门专业课，这次也是我们第一次做课程设计，所

以别免会感到一些吃力。经过这次课程设计我发觉自个儿还存在诸多方面的别脚，比如刚开

始拿到原理图和元器件时，没有对原理图的正确性验证就盲目的连接，导致别能达到预期

的模拟结果，通过多次调试才发觉咨询题所在。

历时两周的数电课程设计如今即将结束，回想一下，感受那个过程中发生了好多，自

己也有非常深的体味。尽管非常辛苦，但给我带来了从未有过的体验与欢跃。在设计实践的过

程中，我深深地体味到必须要有扎实的知识基础，要熟练地掌握课本上的知识，如此才干

对试验中浮现的咨询题举行分析解决。在整个电路的设计过程中，花费时刻最多的是利用Multisim软件仿真。因为之前没有好好学习那个软件，因此我必须从头学起，自行摸索的

学习。我在各个单元电路的连接上花费了大量时刻。在设计时曾提出了两种方案可供挑选，我们认真比较分析其原理和可行性，并结合自身实际事情，最后确定了设计方案和电路。

实习过程中，我深刻地体味到在设计过程中，要思考到各个元器件的功能和特性，要翻阅

大量资料，参考不人的经验，惟独如此才干把自个儿的电路设计得更完善。

经过这次对电子密码锁的设计与制作，我了解了设计电路的普通步骤，也理解了对于电

子密码锁的原理与设计理念。在此次的电子密码锁设计过程中，我更进一步地熟悉了芯片的

结构、管足图、功能表以及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用办法。这些知识

对我们大学生来讲是十分珍贵的实践经验，是无法在课堂上获得的，是当今社会最重视的，并且也是我们最需要提高的部分。

在设计电路中,完成电路图不过完成了设计的一小部分，更加困难的是对电路的验证

和纠错，在这过程中我接触到了非常多未接触过的检查办法和思想。在电路的仿真过程中出

错的缘故都要紧是由接线的错误所引起的。因此在接线的时候一定要细心，别要接错，同

时也要学会怎么判不芯片的功能，要是芯片别具备要求的功能，或者别匹配，即使接线再

正确也出别来理想的模拟结果。在此过程中要认真研究思考自个儿的设计，看是否可行，尤其是进位输出，得着重看看进位输出端输出的的CP脉冲是否正确等。

总体来讲，经过这次课程设计学习，我越发感受电子设计别是死板的东西，是有非常大科学性与艺术性的。别同芯片的使用，别同的接线办法，别同的变量，别同的实现思路，通过组合后几乎能够称之为艺术。这次课程设计使我对各种电路都有了似乎的了解，也学会了常用EDA软件的使用，在平常的理论学习中遇到的咨询题如今都差不多一一解决了，这加深了我对本专业的了解，培养了我对学习的兴趣，为往后的学习打下了良好的基础，因此我受益匪浅。并且，这次课设使我理解：电子设计容别得纸上谈兵，惟独自个儿动手实际操作才会有深刻明白，才会有收获，正所谓“千里之行，始于脚下”。这次课程设计最大的意义在于让我们迈出了通往工程师的第一步。因此我很谢谢指导老师的答疑解惑指导和帮助过我的同学们。

理论知识终究别是实践能力，在实践面前一系列的咨询题会突发浮现，然而没有扎实的理论知识，实践能力又无从存在，二者可谓缺一别可。因此在往后的学习工作中，学习和动手我要两手抓，而且两手都要硬，别能留下软肋，让咨询题钻了空子。

五．附录

电路原理图

元器件明细表

数

描述标号封装量

174HC_4V,74HC147N_4VU1Generic\NO16

174HC_4V,74HC175N_4VU

2Generic\NO16

U4,U5,U6,U11,U12

1574HC_4V,74HC175N_4VU13,U14,U15,U16,U17IPC-2221A/2222\NO16

U18,U27,U28,U29,U30

174LS,74LS20DU10IPC-7351\DO14

2SPDTS11,S12Generic\SPDT

11SWITCH,PB_DPSTS1,S2,S3,S4,S5,S6

Ultiboard\DIGTAS1S7,S8,S9,S10,S15

174HC_4V,74HC125N_4VU7IPC-2221A/2222\NO14874HC_4V,74HC85AD_4VU8,U9,U39,U40IPC-7351\DO16

U41,U42,U43,U44

274LS,74LS160DU46,U48IPC-73