數(shù)碼鎖課程設(shè)計(jì)---簡易數(shù)碼鎖設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課 程 設(shè) 計(jì)</b></p><p>　題 目簡易數(shù)碼鎖設(shè)計(jì)</p><p>　學(xué) 院自動(dòng)化學(xué)院</p><p>　專 業(yè)自動(dòng)化專業(yè)</p><p>　班 級</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></

2、p><p>　　題 目: 簡易數(shù)碼鎖設(shè)計(jì) </p><p><b>　　初始條件：</b></p><p>　　運(yùn)用所學(xué)的模擬電路和數(shù)字電路等知識(shí)；</p><p>　　用到的元件：實(shí)驗(yàn)板、電源、連接導(dǎo)線、74系列芯片、555芯片或微處理器等。&l

3、t;/p><p>　　要求完成的主要任務(wù):</p><p>　　采用數(shù)字按鍵輸入，數(shù)碼為6位或4位；</p><p>　　開機(jī)上電后系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位，處于準(zhǔn)備接收數(shù)碼的準(zhǔn)備狀態(tài)；</p><p>　　設(shè)置一只認(rèn)可鍵，每次輸入數(shù)碼后必須按認(rèn)可鍵。</p><p>　　認(rèn)可鍵只承認(rèn)最后6位或4位輸入數(shù)碼，若與本鎖規(guī)定數(shù)碼相符則使執(zhí)

4、行機(jī)構(gòu)動(dòng)作；</p><p>　　嚴(yán)格按照課程設(shè)計(jì)說明書要求撰寫課程設(shè)計(jì)說明書。</p><p><b>　　時(shí)間安排：</b></p><p>　　第1天 下達(dá)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書，根據(jù)任務(wù)書查找資料；</p><p>　　第2～4天 進(jìn)行方案論證，軟件模擬仿真并確定設(shè)計(jì)方案；</p><p>　

5、　第5天 提交電路圖，經(jīng)審查后領(lǐng)取元器件；</p><p>　　第6～8天 組裝電路并調(diào)試，檢查錯(cuò)誤并提出問題；</p><p>　　第9～11天 結(jié)果分析整理，撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告，驗(yàn)收調(diào)試結(jié)果；</p><p>　　第12～14天 補(bǔ)充完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告和答辯。</p><p>　　指導(dǎo)教師簽名：

6、 2012年 6月26日</p><p>　　系主任（或責(zé)任教師）簽名： 2012年 6月26日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引 言1</b></p><p>　　1設(shè)計(jì)意義與要求2</p><p>

7、<b>　　1.1設(shè)計(jì)意義2</b></p><p><b>　　1.2設(shè)計(jì)要求2</b></p><p><b>　　2方案設(shè)計(jì)3</b></p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)思路3</b></p><p><b>　　2.2設(shè)計(jì)方案

8、4</b></p><p><b>　　2.3方案比較5</b></p><p>　　3簡易密碼鎖電路設(shè)計(jì)5</p><p>　　3.1密碼輸入和編碼電路5</p><p>　　3.2密碼移位寄存電路6</p><p>　　3.3密碼比較電路7</p><

9、;p><b>　　3.4開鎖電路8</b></p><p><b>　　3.5復(fù)位電路9</b></p><p><b>　　4調(diào)試與檢測9</b></p><p>　　4.1調(diào)試方法與步驟9</p><p>　　4.2調(diào)試中故障及解決方法10</p>

10、;<p>　　4.3調(diào)試與運(yùn)行結(jié)果10</p><p>　　5仿真操作步驟及操作說明11</p><p><b>　　結(jié)束語12</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)13</b></p><p><b>　　附 錄13</b></p>

11、<p><b>　　引 言</b></p><p>　　現(xiàn)代人類文明社會(huì)里，由于社會(huì)治安狀況不太好，人們的思想道德觀念，修養(yǎng)水平等差異，善良的人們能夠自覺規(guī)范自己的行為。然而，一些沒有道德觀念的盜賊卻想法設(shè)法利用高科技設(shè)備撬開門鎖，使廣大居民防不勝防，家中物品被盜現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。如何防盜這一現(xiàn)實(shí)問題現(xiàn)在變的越來越突出，傳統(tǒng)的機(jī)械鎖由于其構(gòu)造的簡單，被撬現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。電子鎖由于自身

12、保密性高，使用方便，安全系數(shù)高，也因此受到越來越多的人們的喜愛。</p><p>　　隨著科技的進(jìn)步，鎖已經(jīng)發(fā)展到了密碼鎖。電子鎖，激光鎖，聲控鎖等等。他在傳統(tǒng)鑰匙的基礎(chǔ)上，加了一組或多組密碼，不同聲音，不同磁場，不同光束，光波，不同圖像（指紋，臉部等）來控制鎖的開啟。從而大大提高了鎖的安全性，使不法之徒無從下手，人們也就能對自身財(cái)產(chǎn)安全有了更多的保障。當(dāng)今安全信息系統(tǒng)越來越廣泛，特別是保護(hù)機(jī)密，維護(hù)隱私和財(cái)產(chǎn)保

13、護(hù)方面起到重要作用，而基于電子密碼鎖的安全系統(tǒng)是其中的組成部分，因此研究它具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。</p><p><b>　　1設(shè)計(jì)意義與要求</b></p><p><b>　　1.1設(shè)計(jì)意義</b></p><p>　　通過對密碼鎖的設(shè)計(jì)，考察我們對數(shù)字電子技術(shù)課上學(xué)習(xí)內(nèi)容的實(shí)際應(yīng)用能力。通過運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行歸納、分析、

14、并解決實(shí)際的設(shè)計(jì)問題。了解設(shè)計(jì)原理，靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)。使用Proteus軟件通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)、電路分析與仿真、系統(tǒng)測試及功能驗(yàn)證，通過它進(jìn)行故障排查，鍛煉分析解決問題的能力。在仿真成功后自己搭建電路進(jìn)行調(diào)試與檢測，能增強(qiáng)我們動(dòng)手能力和故障排除的能力。</p><p><b>　　1.2設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1）設(shè)計(jì)一個(gè)簡易數(shù)碼鎖，密碼為4位十進(jìn)

15、制數(shù)，采用數(shù)字按鍵輸入。</p><p>　　2）設(shè)置一只確認(rèn)鍵，每次輸入數(shù)碼后必須按確認(rèn)鍵；且確認(rèn)鍵只承認(rèn)最后4位，若與本鎖規(guī)定數(shù)碼相符則使執(zhí)行開鎖動(dòng)作。</p><p>　　3）開機(jī)上電系統(tǒng)自動(dòng)處于準(zhǔn)備接收數(shù)碼的準(zhǔn)備狀態(tài)；若輸入的數(shù)碼最后4位，與正確密碼完全一致，且緊接著按下確認(rèn)鍵時(shí)，執(zhí)行開鎖操作。</p><p><b>　　2方案設(shè)計(jì)</b&

16、gt;</p><p><b>　　2．1設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　依據(jù)設(shè)計(jì)要求，首先要有密碼輸入部分，它把0-9十個(gè)字符編碼成二進(jìn)制數(shù)碼輸入,因此需要編碼電路。每輸入一個(gè)密碼編碼后，需要把密碼存起來，便于密碼的輸入比對，這需要一個(gè)移位寄存電路寄存密碼。由于移位寄存器的工作原理，每輸入新的數(shù)碼，原來的數(shù)碼就右向移位，使寄存器中的數(shù)據(jù)只有最后輸入的4個(gè)密碼，

17、實(shí)現(xiàn)最后4位有效。密碼輸入后可以通過將輸入密碼與原設(shè)定密碼用與非門組合電路比較器比較，當(dāng)輸出都為相等時(shí)密碼輸入正確；否則，則有誤。當(dāng)輸入正確密碼后開鎖燈亮，錯(cuò)誤，則不亮。當(dāng)按下確認(rèn)鍵，密碼才能夠輸入；按下復(fù)位鍵，密碼清零。</p><p>　　圖2-1 設(shè)計(jì)流程圖</p><p><b>　　2.2設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　2.2.

18、1個(gè)人方案 電路圖</p><p>　　電路中0～9共10個(gè)按鍵是密碼輸入端，與兩片編碼器輸入端相連，另外兩個(gè)分別是確認(rèn)鍵和復(fù)位鍵。</p><p>　　輸入的4位十進(jìn)制密碼經(jīng)兩片74LS148編碼器輸出相應(yīng)二進(jìn)制編碼。將輸出二進(jìn)制數(shù)再與四片級聯(lián)的移位寄存器74LS194芯片的第一片的輸入端相接。當(dāng)有上升沿觸發(fā)信號時(shí)，每個(gè)74LS194芯片將其所儲(chǔ)存的密碼右移給下一個(gè)74LS194，每個(gè)7

19、4LS194的輸出端Q0～Q3分別與四片四位數(shù)值與門和非門組合而成的比較器的輸入端連接。數(shù)值比較器通過有1直接連入與門，有0則在與門前接一非門預(yù)設(shè)密碼，與A0～A3比較的結(jié)果和確認(rèn)鍵經(jīng)過一個(gè)與門控制開鎖信號燈的亮滅。</p><p>　　每次按下一個(gè)密碼開關(guān)后，10個(gè)密碼編碼輸出GS端通與門，輸出由1變?yōu)?再變1，將其作為寄存器74LS194的邊沿觸發(fā)信號，輸入密碼移動(dòng)一位。若74LS194寄存器現(xiàn)存的4個(gè)四位二

20、進(jìn)制數(shù)與比較器預(yù)設(shè)密碼比較完全一致，則按下確認(rèn)鍵后，開鎖信號燈亮，實(shí)現(xiàn)輸入密碼后4位有效的功能要求。若按下復(fù)位鍵，各寄存器的清零端變?yōu)榈碗娖竭M(jìn)行清零。 </p><p>　　2.2.2小組方案 電路圖 </p><p>　　該方案由74LS147編碼器編碼電路、74LS194移位寄存器、74LS85密碼比較電路、復(fù)位電路、555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路、密碼顯示、報(bào)警電路六部分組成。其中

21、，555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路作為寄存器的觸發(fā)信號。密碼輸入后通過移位寄存器后，在數(shù)碼顯示電路中顯示輸入的密碼 。將確認(rèn)鍵輸出端與密碼比較結(jié)果相或，作為兩個(gè)級聯(lián)JK觸發(fā)器的脈沖信號，并將兩個(gè)JK觸發(fā)器輸出端與非作為報(bào)警信號和復(fù)位信號，并將其與電源相與。當(dāng)輸入密碼三次錯(cuò)誤時(shí)，輸出報(bào)警信號并將電源封鎖，與此同時(shí)，移位寄存器清零。其它原理與個(gè)人方案大致相同。</p><p><b>　　2.3方案比較&l

22、t;/b></p><p>　　與小組方案相比，個(gè)人方案密碼從0——9，更貼近人們?nèi)粘Ｊ褂们闆r。不足的是密碼編碼較復(fù)雜，且無報(bào)警裝置，且只有單一的密碼，不能修改密碼。相對而言，小組方案密碼編碼較精簡，且加了密碼顯示裝置。再輸入密碼的同時(shí)可以顯示輸入的密碼。用密碼報(bào)警裝置來提高安全系數(shù)。使用555單穩(wěn)態(tài)電路的輸出作為觸發(fā)信號，消除了由于開關(guān)抖動(dòng)時(shí)帶來的錯(cuò)誤，更安全。</p><p>　

23、　3簡易密碼鎖電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1密碼輸入和編碼電路 </p><p>　　電路由兩片74LS148進(jìn)行編碼，由74LS148的功能表可知有一個(gè)輸入端輸入低電平時(shí)，根據(jù)它的優(yōu)先級別進(jìn)行編碼，即I7優(yōu)先編碼，可以有效防止同時(shí)輸入多個(gè)數(shù)字而形成亂碼。由于編碼時(shí)若把輸入數(shù)字直接轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制編碼輸出則較為麻煩。結(jié)合

24、電路設(shè)定的密碼為7354和74LS148的編碼輸出規(guī)律，把兩片輸出A0與A0相與非，A1與A1相與非A2與A2相與非，GS的非作為輸入數(shù)字的編碼，則電路較為簡潔。其中GS作為最高位輸出。</p><p>　　圖3-1密碼輸入電路</p><p>　　3.2密碼移位寄存電路</p><p>　　通過網(wǎng)絡(luò)查找，我找到了四位并行移位寄存器，并對其功能有了具體的了解后搭建了

25、如圖所示的電路圖。其中四片74LS194級聯(lián)，第一片從D0到D3為并型數(shù)據(jù)輸入端，Q0到Q3 為輸出端，與下一個(gè)芯片級聯(lián)。當(dāng)并行數(shù)據(jù)輸入后，在移位寄存器里，總是存儲(chǔ)四個(gè)數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)進(jìn)行移位，實(shí)現(xiàn)后4位有效的設(shè)計(jì)要求。其中CR是異步清零端，低電平有效。它連接復(fù)位端。CP是時(shí)鐘輸入端，上升沿觸發(fā)有效。它接入密碼輸出電路中的脈沖輸出。P/S是并行串行控制端，接高電平時(shí)并行移位。T/C是原碼/反碼輸出控制端，接高電平時(shí)原碼輸出。由于數(shù)字鍵按下和

26、彈起瞬間，兩片74LS148相與非后產(chǎn)生信號的過程為1-0-1，產(chǎn)生一個(gè)上升沿，使寄存器觸發(fā)進(jìn)行并行移位操作。每輸入一個(gè)密碼，移位寄存器就進(jìn)行一次并行移位，使存儲(chǔ)的四位二進(jìn)制代碼總為4個(gè)，將這四個(gè)代碼與正確的密碼比較，就可以實(shí)現(xiàn)密碼后4位有效。其輸出端與比較器輸入端相連。 </p><p>　　圖 3-2移位寄存電路</p><p><b&g

27、t;　　3.3密碼比較電路</b></p><p>　　將移位寄存器的四個(gè)密碼輸出端Q0-Q3分別連接四個(gè)與門與非門的組合電路相連接的我自己設(shè)計(jì)相當(dāng)于比較器功能的邏輯器件。在其輸入端從右到左設(shè)置密碼0111,0011,0101,0100。當(dāng)密碼中為1時(shí)直接連入與門，若為0時(shí)，則前面加一個(gè)非門。由于此時(shí)的二進(jìn)制密碼所對應(yīng)的由74LS148所編碼的十進(jìn)制數(shù)為7354，所以正確的密碼為7354。將比較器輸出

28、端相與作為密碼比較結(jié)果，當(dāng)密碼輸入正確時(shí)則輸出1。</p><p>　　圖3-3 密碼比較電路</p><p><b>　　3.4開鎖電路</b></p><p>　　當(dāng)輸入密碼時(shí)，按下確認(rèn)鍵。當(dāng)后四位密碼正確時(shí)，按下確認(rèn)鍵，則燈亮。否則，不亮。</p><p><b>　　圖3-4 開鎖電路</b>

29、;</p><p><b>　　4調(diào)試與檢測</b></p><p>　　確定設(shè)計(jì)方案和電路圖后進(jìn)過檢查確定無誤后，經(jīng)過仿真仍出現(xiàn)許多問題。調(diào)試和修改之后才終于正確。</p><p>　　4.1調(diào)試中故障及解決方法</p><p>　　對個(gè)人方案進(jìn)行仿真時(shí)，遇到的問題及解決方法為：</p><p>

30、;　　1）平常使用的密碼是0～9十個(gè)數(shù)，但是沒找到10-4線或16-4線編碼器，于是我使用兩片8-3編碼器74LS148級聯(lián)，構(gòu)成了16-4線編碼器。</p><p>　　2）由于開關(guān)的擺放問題，有的開關(guān)按下去被鎖死，彈不起來。因此我將這些開關(guān)都換掉，開關(guān)部分恢復(fù)正常。</p><p>　　3）再進(jìn)行方真時(shí)，按照在網(wǎng)上收索74LS148功能表編碼與仿真時(shí)的編碼不同，于是我從0-9進(jìn)行測試，

31、找到正確的功能表，然后修改電路圖。修改正確后進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試結(jié)果成功。</p><p>　　對方案二即小組方案進(jìn)行測試時(shí)，遇到的問題及解決方法為：</p><p>　　1）最先設(shè)計(jì)的方案是當(dāng)按復(fù)位鍵或者密碼輸入正確開鎖，寄存器的清零端對電路清零。但是在調(diào)試時(shí)，很難實(shí)現(xiàn)。因此我們?nèi)サ袅溯斎胝_密碼進(jìn)行復(fù)位這一功能，改為手動(dòng)清零。調(diào)試時(shí)成功。</p><p>　　4.2調(diào)

32、試與運(yùn)行結(jié)果</p><p>　　方案一仿真調(diào)試結(jié)果：當(dāng)輸入正確密碼7354并按下確認(rèn)鍵后，開鎖信號燈閃亮，執(zhí)行開鎖操作。當(dāng)輸入密碼為12347354并按下確認(rèn)鍵時(shí)，開鎖信號燈閃亮，開鎖；當(dāng)輸入密碼為1234567并按下確認(rèn)鍵時(shí)，開鎖信號燈不亮。</p><p>　　5簡易數(shù)碼鎖操作說明</p><p><b>　　個(gè)人方案：</b></

33、p><p><b>　　一．各部件說明：</b></p><p>　　1．開關(guān)0至9為密碼輸入開關(guān)，復(fù)位鍵為密碼輸入控制端，負(fù)責(zé)清零。確認(rèn)鍵為輸入密碼確認(rèn)。</p><p>　　2．二極管為密碼正確顯示，當(dāng)最后四位密碼正確時(shí)燈亮，否則燈不亮。</p><p><b>　　二．操作說明</b></p

34、><p>　　1．開始時(shí)開關(guān)都置于斷開，燈不亮，表示密碼未輸入。</p><p>　　2. 先輸入密碼1234，再按確認(rèn)鍵，則燈不亮。</p><p>　　3．再按123456，再按確認(rèn)鍵，則燈不亮。</p><p>　　4. 輸入正確密碼7354，再按確認(rèn)鍵，則燈亮。然后按復(fù)位鍵，輸入密碼清零。</p><p>　　

35、5. 最后輸入1237354，再按確認(rèn)鍵，燈亮。然后按復(fù)位鍵。</p><p><b>　　三．功能</b></p><p>　　密碼輸入后四位有效，按下確認(rèn)鍵密碼才能輸入，當(dāng)輸入正確密碼燈亮，密碼鎖打開。按下復(fù)位鍵則密碼清零，燈滅。</p><p>　　小組方案：按鍵“確認(rèn)鍵”和“復(fù)位鍵”按下時(shí)分別對輸入數(shù)碼進(jìn)行確認(rèn)和清零。按“復(fù)位”鍵開機(jī)

36、復(fù)位。此時(shí)燈不亮，數(shù)碼管顯示全為0，進(jìn)入密碼輸入狀態(tài)，正確密碼是4567。密碼輸入后按確認(rèn)鍵確認(rèn)最后四位，當(dāng)正確時(shí)開鎖信號燈亮；輸入錯(cuò)誤時(shí)可繼續(xù)輸入密碼。但是，當(dāng)三次密碼輸錯(cuò)后，報(bào)警燈亮，數(shù)碼管顯示清零，任何按鍵失效。輸入單個(gè)密碼之后必須等待輸入提示燈熄滅之后才能再輸入下一個(gè)密碼。</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　雖然電工電子課程設(shè)計(jì)只

37、有十四天，但是我卻有了巨大的收獲也讓我對數(shù)字電子技術(shù)這門課程有了更濃厚的興趣。我更愿意鉆進(jìn)去學(xué)，進(jìn)而把學(xué)習(xí)到的東西運(yùn)用到日常生活當(dāng)中。這門課程非常有用！</p><p>　　在這次課設(shè)中，我學(xué)會(huì)了運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)分析問題、解決問題。把一個(gè)大的問題分解成若干個(gè)小的問題來解決，然后中和分析，一個(gè)復(fù)雜的、難的問題就比較容易解決。通過設(shè)計(jì)，進(jìn)一步鞏固和加強(qiáng)了自己數(shù)電的基礎(chǔ)知識(shí)，鍛煉了創(chuàng)新能力。</p><

38、;p>　　在設(shè)計(jì)過程中，我也學(xué)會(huì)了怎樣和同學(xué)一起相互合作，怎樣很好的使用互聯(lián)網(wǎng)查找資料，并做到在學(xué)習(xí)中提高。</p><p>　　與此同時(shí)，我還自主學(xué)會(huì)了如何利用Proteus仿真軟件，通過看一些參考書和詢問同學(xué)，以及自己摸索，學(xué)會(huì)了如何操作仿真軟件，也了解了仿真的一般方法，以及在此基礎(chǔ)上如何改錯(cuò)。培養(yǎng)了我的自學(xué)能力。</p><p>　　最后我想說：在學(xué)習(xí)中，要認(rèn)真、獨(dú)立的思考，打

39、好基礎(chǔ)知識(shí)，并靈活運(yùn)用它到實(shí)際生活當(dāng)中。學(xué)以致用，這才是學(xué)習(xí)的意義所在。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]康華光主編.《電子技術(shù)基礎(chǔ)》.高等教育出版社.2005.7</p><p>　　[2]伍時(shí)和主編.《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》.清華大學(xué)出版社.2009.1</p><p>　　[3]

40、 鄧勇主編.《數(shù)字電路設(shè)計(jì)完全手冊》.國防工業(yè)出版社</p><p>　　[4]孫余凱主編.《數(shù)字實(shí)用電路》.電子工業(yè)出版社.2007.6</p><p><b>　　附錄 設(shè)計(jì)總電路圖</b></p><p>　　本科生課程設(shè)計(jì)成績評定表</p><p>　　指導(dǎo)教師簽字： </p