电子密码锁课程设计-基于数字电路的电子密码锁

《微机原理与接口技术》课程设计报告书设计题目：基于数字电路的电子密码锁专业：自动化2015年6月15日

物理与电子工程学院课程设计任务书专业：自动化班级：14级接本1班学生姓名xxxx学号20140343115课程名称微机原理与接口技术设计题目基于数字电路的电子密码锁设计目的、主要内容（参数、方法）及要求设计目的：1、掌握基于数字电路的硬件电路的设计方法。2、掌握ProteusProfessional仿真软件的使用方法。设计主要内容及要求：1、设计电子密码锁的总体方案，将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示。2、模数转换芯片的选项及模数转换电路的设计。3、电压显示电路设计。4、根据技术要求进行硬件设计，画出系统电路原理图，最后对系统进行仿真调试。工作量2周时间，每天3学时，共计42学时进度安排第1天：明确课程设计的目的和意义，根据课程设计要求查找相关资料第2-3天：学习课程设计中用到的数字电路相关知识第4-5天：根据课程设计的要求完成硬件主要集成模块选择及硬件电路设计。第6-10天：学习ProteusProfessional仿真软件，绘制硬件电路原理图。第11-12天：通过ProteusProfessional仿真软件，进行仿真调试。第13-14天：撰写课程设计报告。主要参考资料参考文献[1]．阎石数字电路技术基础[M].高等教育出版社,2005[2]．许琦.基于FPGA的电子密码锁的设计[J].科技信息,2006[3]．李连华.基于FPGA的电子密码锁设计[J].中国科技信息,2006[4]．童诗白华成英模拟电子技术基础[M].高等教育出版社,2006指导教师签字教研室主任签字

摘要采用逻辑门电路设计电子密码锁，阐述了其工作原理，给出了具体的电路原理图。该密码锁具有密码预置功能，保密性强，误码报警，并且报警时间可以设定，同时用数码管显示出报警时间。密码正确时驱动继电器控制开锁指示灯，误码时报警信号由蜂鸣器发出，声音为间歇式鸣笛。采用自行设计的5V稳压电源供电，具有耗电省等特点。使用时用户必须按下确认按钮后方可知用户输入的密码是否与预置密码一致，当密码正确时密码锁可以被打开，点亮绿色二极管亮代表密码正确，锁可以打开。密码不正确时按下确认按钮，红色二极管被点亮，同时蜂鸣器鸣笛十秒，数码管显示十秒倒计时；倒计时结束时，数码管显示00，对其产生的编码信号经门电路处理后转化为低电平信号，传给秒脉冲电路控制端，使其停止工作，从而脉冲驱动的蜂鸣器也停止报警。关键词：电子密码锁；数字电路；预置密码；误码报警

目录1课程设计的定义和目的 课程设计的定义和目的1.1背景及其发展前景随着人们生活水平的提高和安全意识的加强，对安全的要求也就越来越高。锁自古以来就是把守护门的铁将军，人们对它要求甚高，既要安全可靠的防盗，又要使用方便，这也是制锁者长期以来研制的主题。随着电子技术的发展，各类电子产品应运而生，电子密码锁就是其中之一。据有关资料介绍，电子密码锁的研究从20世纪30年代就开始了，在一些特殊场所早就有所应用。这种锁是通过键盘输入一组密码完成开锁过程。研究这种锁的初衷，就是为提高锁的安全性。由于电子锁的密钥量（密码量）极大，可以与机械锁配合使用，并且可以避免因钥匙被仿制而留下安全隐患。电子锁只需记住一组密码，无需携带金属钥匙，免除了人们携带金属钥匙的烦恼，而被越来越多的人所欣赏。电子锁的种类繁多，例如数码锁，指纹锁，磁卡锁，IC卡锁，生物锁等。但较实用的还是按键式电子密码锁。20世纪80年代后，随着电子锁专用集成电路的出现，电子锁的体积缩小，可靠性提高，成本较高，是适合使用在安全性要求较高的场合，且需要有电源提供能量，使用还局限在一定范围，难以普及，所以对它的研究一直没有明显进展。目前，在西方发达国家，电子密码锁技术相对先进，种类齐全，电子密码锁已被广泛应用于智能门禁系统中，通过多种更加安全，更加可靠的技术实现大门的管理。在我国电子锁整体水平尚处于国际上70年代左右，电子密码锁的成本还很高，市场上仍以按键电子锁为主，按键式和卡片钥匙式电子锁已引进国际先进水平，现国内有几个厂生产供应市场。但国内自行研制开发的电子锁，其市场结构尚未形成，应用还不广泛。国内的不少企业也引进了世界上先进的技术，发展前景非常可观。希望通过不断的努力，使电子密码锁在我国也能得到广泛应用[1]。目前使用的电子密码锁大部分是基于单片机技术，以单片机为主要器件，其编码器与解码器的生成为软件方式[2]。在实际应用中，由于程序容易跑飞，系统的可靠性能较差。基于现场可编程逻辑门阵列器件的电子密码锁，用门电路构造系统，所有算法完全由硬件电路来实现，使得系统的工作可靠性大为提高。由于门电路也具有现场可编程功能，当设计需要更改时，只需更改门电路中的控制和接口电路，无需更改外部电路的设计，大大提高了设计的效率1.2研究目的和意义随着人们生活水平的提高，对家庭防盗技术的要求也是越来越高，传统的机械锁由于其构造的简单，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，受到了广大用户的欢迎。现在市场上主要是基于单片机技术的电子密码锁，但可靠性较差。通常简单的数字电路就可实现密码不限次数重写，也就是说现在的硬件设计和软件设计一样灵活、方便。相对于基于单片机技术的电子密码锁，用简单门电路来来构成系统，可靠性提高，并且价格便宜。通过本次设计掌握数字电路系统设计的方法，熟悉电子密码锁设计相关硬件的使用，了解电子密码锁的系统构成，利用数字门电路实现电子密码锁的设计与实现，可以加深自己对所学专业的认识，关联知识，增强自己的动手能力，积累实践经验，为以后的工作打好基础。1.3技术要求1.3.1基本要求1.当输入代码正确时绿灯亮表示开锁状态；2.当输入代码错误时红灯亮表示报警状态，报警声音持续10秒。1.3.2发挥部分要求1.密码修改方便；2.开锁信号可以推动机械执行构件（例如：利用继电器使电磁铁吸合拉动物件）产生动作；1.4基本设计原理密码锁电路包含:拨码设密、拨码输入、密码检测、脉冲电路、开锁示意电路、报警电路以及倒计时显示电路。特别说明的是,倒计时显示电路在密码锁的应用当中看似不合理,但在该设计电路中,主要是方便实现对电路报警时间的控制,实际应用中可以将显示部分去掉或是采用适当电路隐藏。本电路用一个4位拨码式按键输入开关,一个4位拨码式按键密码预设开关。用户必须按下按下事确认按钮后方可知用户输入的密码是否与预置密码一致。将输入信号与预设密码信号经过一定的门电路转化为高低电平后信号输出。一致时输出低电平,做为开锁信号；不一致时输出高电平，做为报警信号。利用芯片555多谐震荡器产生1Hz的周期秒脉冲，做为倒计时和蜂鸣器报警信号。总体电路是在单元电路的基础上整合得到的，主要逻辑关系如下：密码识别电路信号与倒计时电路显示00时的编码信号经过逻辑整合后做为控制555是否工作的信号。555的工作与否又反作用于倒计时电路，做为倒计时电路的脉冲输入源，同时555秒脉冲信号也是蜂鸣器的工作信号。2设计方案简述2.1设计思路打开一把电子密码锁的关键在于正确的输入密码,本设计提供了一个4位拨码式按键输入开关,一个4位拨码式按键密码预设开关。用户必须按下按下事确认按钮后方可知用户输入的密码是否与预置密码一致,一致时密码锁可打开,本设计由绿色二极管亮代表密码正确,锁可以打开。密码不正确时，红色二极管亮同时蜂鸣器响十秒，显示十秒倒计时。2.2设计原理框图设计原理方框图如图2-1所示。输入密码输入密码密码错误555电路工作密码识别按下确认键密码正确绿灯亮开锁红灯亮蜂鸣器响十秒显示十秒倒计时图2-1设计原理方框图2.3设计原理分析密码锁电路包含:拨码设密、拨码输入、密码检测、脉冲电路、开锁示意电路、报警电路以及倒计时显示电路。特别说明的是,倒计时显示电路在密码锁的应用当中看似不合理,但在该设计电路中,主要是方便实现对电路报警时间的控制,实际应用中可以将显示部分去掉或是采用适当电路隐藏。2.4模拟仿真图2-2仿真电路图经过软件仿真，效果很好。基本要求和发挥部分的功能全部实现。3详细设计3.1密码锁单元电路设计3.1.1密码识别电路本电路用一个4位拨码式按键输入开关,一个4位拨码式按键密码预设开关。用户必须按下按下事确认按钮后方可知用户输入的密码是否与预置密码一致。将输入信号与预设密码信号经过一定的门电路转化为高低电平后信号输出。一致时输出低电平,做为开锁信号；不一致时输出高电平，做为报警信号。图3-1-1密码识别电路3.1.2秒脉冲产生电路利用芯片555[3]多谐震荡器产生1Hz的周期秒脉冲，做为倒计时和蜂鸣器报警信号。周期计算公式：图3-2秒脉冲产生电路3.1.3倒计时电路74LS192为可预置的十进制同步加/减计数器。Q0～Q3输出端,本电路只用到它的4引脚，实现减计数动能。用译码器74LS48、数码管显示动态显示Q0～Q3输出的动态信号。图3-1-3倒计时电路3.1.4驱动蜂鸣器电路用NPN型三极管9013对555脉冲信号放大，从而驱动蜂鸣器报警。图3-1-4驱动蜂鸣器电路3.1.5驱动继电器电路用NPN型三极管9013对门电路信号放大，从而驱动继电器工作。图3-1-5驱动继电器电路3.2密码锁总体电路设计总体电路是在单元电路的基础上整合得到的，主要逻辑关系如下：密码识别电路信号与倒计时电路显示00时的编码信号经过逻辑整合后做为控制555是否工作的信号。555的工作与否又反作用于倒计时电路，做为倒计时电路的脉冲输入源，同时555秒脉冲信号也是蜂鸣器的工作信号。图3-2总体设计电路图4设计结果及分析4.1总体性能指标与完善措施分析4.1.1性能指标实现了所有基本功能和一些自由发挥功能，密码为4位二进制数。4.1.2不足之处1．密码位数较少2．倒计时部分实际应用中并不需要3．没有设置灭零4.1.3性能改进方案1．可以将拨码开关增加到8位2．设置灭零信号，较少耗能总结电子密码锁的设计是基于数字电路、模拟电路课程的设计，提高自己对实际问题进行设计、制作的综合能力；为后续的毕业设计和在今后工作岗位上独立开展科学研究打下良好基础。身为自动化的学生，设计是将来我们必须的技能，是生存立业的根本，而此次的课程设计恰恰给我们提供了一个充分应用自己所学知识的平台，让我们学到的书本上的知识不在局限于大脑而和实践相结合。设计和制作完成后写出总结还是必要的。我想我在设计和制作过程中一定会遇到不少的麻烦，它正是我们进行设计的一个主要原因。把它写下来，可以提高我们解决问题的能力。做好本次试验的前提就是对于书本知识掌握熟练，这样才能对出现的问题做出一定的分析和解决。此次课程设计离不开陈老师的耐心指导，辛勤指教，陈老师在百忙之中抽出时间来对我们进行指导，很感谢陈老师！参考文献[1]．阎石数字电路技术基础[M].高等教育出版社,2005[2]．许琦.基于FPGA的电子密码锁的设计[J].科技信息,2006[3]．李连华.基于FPGA的电子密码锁设计[J].中国科技信息,2006[4]．童诗白华成英模拟电子技术基础[M].高等教育出版社,2006基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的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