數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計——電子密碼鎖

1、<p><b>　　課程設(shè)計說明書</b></p><p>　　課程名稱： 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計 </p><p>　　題 目： 電子密碼鎖 </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　專 業(yè)：

2、 </p><p>　　班 級： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　日 期： 年 月 日</p>

3、<p><b>　　電子密碼鎖</b></p><p><b>　　一、設(shè)計任務(wù)與要求</b></p><p>　　1.用電子器件設(shè)計制作一個密碼鎖，使之在輸入正確的代碼時開鎖。</p><p>　　2.在鎖的控制電路中設(shè)一個可以修改的4位代碼，當(dāng)輸入的代碼和控制電路的代碼一致是鎖打開。</p>

4、<p>　　3.用紅燈亮、綠燈滅表示關(guān)鎖，綠燈亮、紅燈滅表示開鎖</p><p>　　4.如5s內(nèi)未將鎖打開，則電路自動復(fù)位進(jìn)入自鎖狀態(tài)，并發(fā)報警信號。</p><p><b>　　二、方案設(shè)計與論證</b></p><p>　　1、用按鍵輸入四位十進(jìn)制數(shù)字，輸入密碼要存儲。</p><p>　　2、比較輸入密

5、碼和原始密碼。當(dāng)輸入正確密碼時，給出開鎖信號，開鎖信號用一個綠色指示燈表示，綠燈亮表示密碼輸入正確；如果輸入密碼不正確，用紅燈表示。</p><p>　　3、鎖的開關(guān)用紅燈和綠燈表示，一次只能亮一盞。紅燈亮、綠燈滅表示關(guān)鎖，綠燈亮、紅燈滅表示開鎖。</p><p>　　4、設(shè)置倒計時電路和自鎖電路。如果密碼在5s內(nèi)未能輸入正確則發(fā)出報警聲，并且自鎖電路。</p><p&

6、gt;　　設(shè)置密碼設(shè)置開關(guān)，開關(guān)閉合后，允許設(shè)置密碼，設(shè)置好密碼后，打開此開關(guān)。</p><p>　　需要在輸入密碼開始時識別輸入，并由此觸發(fā)計時電路。</p><p>　　方案一 用74LS147譯碼器來把按鍵輸入轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制。通過8片四位寄存器74LS194實現(xiàn)密碼功能，其中四片用來存儲預(yù)置密碼，另四片則用來存儲輸入的密碼。當(dāng)密碼開始輸入時開始計時，通過74LS192計數(shù)器實現(xiàn)計時功能

7、；然后在密碼輸入期間，用74LS138數(shù)據(jù)選擇器來選片存儲。數(shù)據(jù)選擇器的輸入端又一個兩位的二進(jìn)制的加法計數(shù)器來控制，當(dāng)鍵盤有按鍵輸入時計數(shù)器就加1，當(dāng)一個按鍵按完后會輪到下一個芯片存儲。自鎖功能利用74LS138來控制。通過四片74LS85芯片判斷原始密碼和輸入密碼是否相同，接著用指示燈來表示密碼的輸入正確與否，如果密碼沒有輸入正確的話，則紅燈亮，否則則綠燈亮。若是沒在規(guī)定時間輸入正確密碼，則會發(fā)出警報信號（蜂鳴器響）。</p&g

8、t;<p>　　方案二 也用74LS147譯碼器來把按鍵輸入轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制。通過8片四位寄存器74LS175實現(xiàn)密碼的存儲問題。用四個雙D觸發(fā)器來組成一個位移控制器來控制74LS175的存儲密碼，當(dāng)鍵盤有輸入時雙D觸發(fā)器組成的位移寄存器的輸出就會往右位移一位。計數(shù)器用555單穩(wěn)態(tài)電路來計時。輸入密碼時，鍵盤有按鍵輸入就開始計時，單穩(wěn)態(tài)電路輸出一個脈沖，等脈沖過后判斷密碼鎖是否已解鎖，若就沒解鎖則自鎖電路。通過四片74LS85

9、芯片判斷原始密碼和輸入密碼是否相同，接著用指示燈來表示密碼的輸入正確與否，如果密碼沒有輸入正確的話，則紅燈亮，否則則綠燈亮。若是沒在規(guī)定時間輸入正確密碼，則會發(fā)出警報信號。</p><p>　　單元電路設(shè)計與參數(shù)計算</p><p>　　方案一和方案二對比，我選擇了方案一。原因是：方案一中的倒計時單路方便顯示，比較直觀。而且方案一的總體思路是用一個數(shù)據(jù)總線和一個地址線來控制信號的輸入存儲，

10、比起方案二更優(yōu)秀。所以我選擇了方案一。</p><p>　　按鍵輸入和按鍵信號識別</p><p>　　由圖可以看到左邊的是按鍵，按鍵J1，J2……J9，J0，分別對應(yīng)數(shù)字1-9，0.按鍵的一邊接了高電平，一邊接到74LS147的輸入端。當(dāng)有按鍵被按下去的時候，74LS147芯片和按鍵連接的輸入端就會為低電平。此時，74LS147工作，把輸入按鍵端的輸入信息化為二進(jìn)制碼。比如說，當(dāng)J1被按

11、下去時，74LS147芯片的輸入1端就會輸入一個低電平，然后芯片把該信息轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制碼0001。圖中的四個與門是用來檢測鍵盤按鍵輸入的。當(dāng)鍵盤有按鍵輸入時，和與門相連的與門輸入端就會出現(xiàn)一個低電平與門的輸出就為0，表示為有按鍵輸入，當(dāng)不按按鍵時，與門的輸出為高電平，即是輸出1.</p><p>　　由于74LS147芯片是反碼輸出，所以要在輸出端接上一個非門。</p><p>　　該電路時

12、控制按鍵輸入信號，當(dāng)開關(guān)S1撥到下方時，進(jìn)入密碼輸入階段，此時74LS194芯片實行左移功能，沒當(dāng)按鍵有按鍵輸入時，按鍵識別與門的電平就會發(fā)生變化，與門就會向74LS194芯片輸入一個脈沖信號，使該芯片啟動進(jìn)行位移操作。一開始時QA輸出端是為0，在輸入密碼期間一旦有按鍵輸入該芯片就會啟動，QA輸出端就會輸出1，然后無論再怎么按按鍵，QA輸出端就一直是為高電平，該高電平就會輸出到控制計時電路的時鐘脈沖控制與門使計時電路工作，實現(xiàn)倒計時功能

13、。</p><p><b>　　2、數(shù)據(jù)儲存</b></p><p>　　數(shù)據(jù)的存儲用到的芯片是74LS194 ，控制數(shù)據(jù)的存儲功能的芯片也是74LS194，它的主要功能是選片存儲。74LS194為四位雙向移存器。 74LS194 移位寄存器中的數(shù)據(jù)可以在移位脈沖作用下一次逐位右移或左移，數(shù)據(jù)既可以并行輸入、并行輸出，也可以串行輸入、串行輸出。</p>

14、<p>　　圖一 74LS194移位寄存器的引腳圖</p><p>　　以上為74LS194的引腳圖，其中</p><p>　　D0~D3：并行輸入端； Q0~Q3：并行輸出端；</p><p>　　S0、S1：操作模式控制端； ：為直接無條件清零端；</p><p>　　SR：右移串行輸入

15、端 SL：左移串行輸入端；</p><p>　　CP：時鐘脈沖輸入端；　</p><p><b>　　其原理如下：</b></p><p>　　若Cr=0，則清零，異步，最優(yōu)先；</p><p>　　若Cr=1，其功能由S1，S0決定；</p><p>　?。?

16、）存儲數(shù)據(jù)功能： </p><p>　　S1=1，S0=1；并行裝入，同步，CP上升沿，d0→Q0,d1→Q1，d2→Q2；d3→Q3。</p><p>　　S1=0.S0=0；輸出不變。</p><p><b>　?。?）位移功能：</b></p><p>　　S1=0，S0=1;右移串行輸入，數(shù)據(jù)移動方向為：DSR

17、→Q0→Q1→Q2→Q3.同步，CP上升沿。</p><p>　　S1=1，S0=0;左移串行輸入，數(shù)據(jù)移動方向為：DSL→Q3→Q2→Q1→Q0，同步，CP上升沿。</p><p>　　利用移位寄存器可構(gòu)成數(shù)據(jù)存儲器。先使S0=S1=1，并行輸入預(yù)置數(shù)值，再改變S0和S1的電平，實現(xiàn)左移或右移狀態(tài)或者使數(shù)據(jù)不變?！?lt;/p><p>　　存儲電路的簡化圖如下：　&l

18、t;/p><p>　　此圖為存儲電路的一塊芯片，共有8塊74LS194用來存儲。</p><p>　　片選功能的電路如下：</p><p>　　S1是控制電路的設(shè)置密碼和輸入密碼功能的。74LS138是數(shù)據(jù)選擇器，作為選片儲存功能。電路沒有自鎖時74LS138的G1端輸入為1，實現(xiàn)數(shù)據(jù)選擇功能。當(dāng)S1撥到上方時，74LS138的輸入端C端就會置1，這時候?qū)崿F(xiàn)密碼設(shè)置功能

19、，此時74LS138的輸出端只在Y4到Y(jié)7之間工作。74LS138的一個輸出端控制一個寄存器的讀寫功能。兩個雙D觸發(fā)器組成一個二進(jìn)制加法器。每當(dāng)鍵盤有按鍵輸入時觸發(fā)器的時鐘脈沖端就會來一個脈沖使觸發(fā)器工作一下，加法器加1.加法器的輸出端接到74LS138的輸入端。當(dāng)按鍵輸入時，加法器每變化一次，74LS138的輸出端選擇上就變化一次，以選擇不同的寄存器來讀寫數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　3、顯示功

20、能</b></p><p><b>　　簡略圖：</b></p><p>　　可以看到和74LS194和14LS192的輸出端是連在數(shù)碼管上的，當(dāng)這兩個芯片輸出一個二進(jìn)制數(shù)時，數(shù)碼管就會顯示相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。</p><p><b>　　4、定時器</b></p><p>　　在定時器的選

21、用上，我選用了74LS192芯片作為一個定時器。</p><p>　　74LS192是雙時鐘方式的十進(jìn)制可逆計數(shù)器。(bcd,二進(jìn)制)。</p><p>　　CPU為加計數(shù)時鐘輸入端，CPD為減計數(shù)時鐘輸入端。</p><p>　　LD為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。</p><p>　　CR為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除。</p>

22、;<p>　　CO為進(jìn)位輸出：1001狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出，</p><p>　　BO為借位輸出：0000狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。</p><p>　　74LS192功能表：</p><p>　　74LS192引腳圖:</p><p><b>　　其原理圖如下： </b></p><p>

23、　　74LS912芯片的CLR端為0，UP端置1，LOAD端接BO端，組成一個計時器。該電路開始工作時BO端為0首先置數(shù)，置4的二進(jìn)制數(shù)，即是0100。然后等時鐘脈沖，在密碼輸入時有按鍵輸入時，就會工作，此時，BO端為1，進(jìn)行二進(jìn)制減數(shù)。當(dāng)它減到0時，BO就會輸出一個低電平，輸出接旁邊用雙D觸發(fā)器組成的二進(jìn)制制計數(shù)器的時鐘信號輸入端。當(dāng)雙D觸發(fā)器進(jìn)1時，輸出Q端就會輸出0。74LS192芯片的時鐘信號由方波脈沖提供，和脈沖相連的是一與門

24、，與門的作用相當(dāng)于開關(guān)，它的開關(guān)決定因數(shù)有四個，一個是旁邊的雙D觸發(fā)器Q端輸出端，開始工作時，觸發(fā)器的Q輸出端為1；第二個因數(shù)是按鍵開關(guān)，當(dāng)鍵盤上有按鍵輸入時，就會有按鍵識別電路置1，并保持為1；第三個因數(shù)是選擇是輸入密碼還是修改密碼的開關(guān)電路傳來的信號，當(dāng)電路的工作狀態(tài)為密碼輸入時，該與門的輸入端就會置1，否則為0；第四個為方波脈沖信號，該方波脈沖信號會始終在0和1之間變化。當(dāng)以上四個信號都為1時，該與門就會輸出信號1，其實，當(dāng)除方波

25、脈沖信號以外的其他三個信號都為1時，該芯片就會有一個時鐘信號輸入。當(dāng)雙D觸發(fā)器的輸出端Q為0時，也即是說，倒計時已用完時，與</p><p>　　5、自鎖電路和報警電路</p><p>　　在電路的開始工作首先要有兩個條件滿足才行，一個是74LS192定時器旁的二進(jìn)制計數(shù)器的輸出端~Q（Q非端）輸出1，即是已經(jīng)倒計時完了；第二密碼鎖還是為鎖住狀態(tài)，即亮紅燈。該兩個信號用一個與門來判斷，和B

26、O端的連接的輸入端接一個非門。當(dāng)這兩者條件都滿足時就會向自鎖電路發(fā)出一個信號1。其電路如下：</p><p>　　有了這先決條件后，與門的信號就會輸入到74LS194芯片上，該信號時由0變1為74LS194芯片提供一個脈沖信號。74LS194芯片的SL、SR、S0、~CLR端接上高電平，把74LS194構(gòu)成一個右移寄存器，時鐘脈沖端CLR每當(dāng)有一個電平變化時，74LS194芯片的輸出端就會左移一位，低位會補上1。

27、當(dāng)與門由0變1，輸出端QA就會由0變174LS138的G1端就會置0，此時74LS138輸出端全為1，輸出信號通過非門后全為0,作為存儲數(shù)據(jù)芯片的74LS194寄存器的S0和S1端都為0，寄存器的數(shù)據(jù)就會被鎖住，無論寄存器的輸入端為多少輸出端都不會變化。電路就實現(xiàn)了自鎖功能了。當(dāng)電路自鎖時，左邊的位移寄存器74LS194的QA輸出端就會變?yōu)?和QA相連的蜂鳴器就會響，實現(xiàn)報警功能。圖中的S1開關(guān)是控制密碼的輸入和設(shè)置密碼功能。當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通

28、下面電路時是輸入密碼狀態(tài)，當(dāng)開關(guān)撥到上面時是設(shè)置密碼狀態(tài)。每輸入一個數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)選擇器就會輸入不同的二進(jìn)制數(shù)來選擇不同的寄存器讀寫。</p><p><b>　　6、密碼比較電路</b></p><p>　　密碼比較電路主要是用了74LS85做為比較器。其簡化電路如下：</p><p>　　74LS85的AEQB置高電平，即是該芯片的擴(kuò)展部分的Qa

29、=Qb，使該芯片能正常比較輸入的兩數(shù)據(jù)大小。分別作為輸入密碼寄存器和預(yù)設(shè)密碼寄存器的輸出端接上74LS85的輸入端一比較密碼相同位的數(shù)據(jù)是否相同，當(dāng)兩者相同時，74LS85的OAEQB輸出1，否則輸出0.如此類推再把密碼的不同位進(jìn)行比較，用四個74LS85芯片來比較密碼，其OAEQB接四輸入與門，用來比較四個密碼是否都相等。其電路如下：</p><p>　　當(dāng)密碼有一位不相等時，74LS85的輸出端就會有輸出0，

30、四輸入與門就會輸出0。與門輸出與開鎖、關(guān)鎖電路相連。開關(guān)鎖電路就會識別該信號來決定是否開鎖。</p><p><b>　　開關(guān)鎖電路</b></p><p>　　由上圖可以看到當(dāng)與門輸出為0時LED1燈亮，當(dāng)與門輸出為1時，LED2亮。LED1、LED2分別為紅燈、綠燈，分別代表著關(guān)鎖、開鎖。即是說，當(dāng)與門輸出為0時鎖處于關(guān)閉狀態(tài)，1時處于打開狀態(tài)。該與門的輸入端接7

31、4LS85比較器。</p><p>　　四、總電路工作原理及元器件清單</p><p><b>　　1．總原理圖</b></p><p><b>　　電路圖有附件。</b></p><p>　　2.電路完整工作過程描述（總體工作原理）</p><p><b>　　電

32、路工作過程如下：</b></p><p>　　首先，進(jìn)行密碼設(shè)定，用開關(guān)S1實現(xiàn)密碼的輸入和設(shè)定功能。當(dāng)開關(guān)S1撥到密碼設(shè)定功能時，輸入的密碼就會存儲在密碼鎖存器電路中。然后把開關(guān)S1撥到密碼功能，通過按鈕開關(guān)來輸入密碼。在密碼輸入階段，當(dāng)有按鍵輸入時，就會激發(fā)5s定時電路進(jìn)行倒計時。5s后鎖還沒解開就會觸發(fā)自鎖功能，并且觸發(fā)音響電路，蜂嚀器發(fā)出報警聲。密碼的輸入都有顯示電路顯示輸入的密碼。等密碼輸入

33、完后，就會進(jìn)入開鎖控制電路中。先比較預(yù)設(shè)密碼和輸入密碼是否相同，如果相同，就會觸發(fā)鎖裝置的開鎖功能，此時，電路的綠燈亮，紅燈滅；如果密碼不相同，鎖裝置就會亮紅燈，綠燈熄滅，表示鎖被鎖住了。</p><p><b>　　3.元件清單</b></p><p><b>　　仿真調(diào)試與分析</b></p><p>　　仿真時候，首

34、先設(shè)置好預(yù)設(shè)密碼，把開關(guān)S1撥到預(yù)設(shè)密碼功能，用按鍵開關(guān)輸入4位十進(jìn)制密碼。輸入時，數(shù)碼管顯示相應(yīng)的密碼。然后，把S1開關(guān)撥下，打開輸入密碼功能。用按鍵開關(guān)輸入相應(yīng)的4位十進(jìn)制密碼。在輸入密碼時，倒計器開始工作，進(jìn)行5s倒計時。計時器輸出端連接的數(shù)碼管從4到0開始倒數(shù)。計時器未啟動時，數(shù)碼管出現(xiàn)的是數(shù)字4說明計時器已成功置數(shù)。輸入密碼寄存器的輸出端接上數(shù)碼管，數(shù)碼管顯示相應(yīng)的輸入密碼。如果5s倒計時完成了后，鎖裝置還是亮紅燈的話，怎么按

35、鍵盤，數(shù)碼管上的數(shù)字始終不變，這說明按鍵輸入被鎖定了，電路實現(xiàn)了自鎖功能。若密碼正確，綠燈亮，紅燈滅了。這說明鎖的開鎖功能正常。反之，當(dāng)密碼錯誤時，紅燈就會亮，綠燈就會滅，鎖的關(guān)鎖功能正常。若密碼錯誤且5s倒計時已過，就會出現(xiàn)以上所說的自鎖功能。整個密碼鎖功能實現(xiàn)完成。</p><p><b>　　結(jié)論與心得</b></p><p>　　通過這次數(shù)字電路課程設(shè)計，讓我

36、深入理解各芯片的功能電路并充分利用它們解決我們?nèi)粘栴}。而且也讓我明白電路各元件之間工作不但要分工合作，也要讓它們之間相互通訊，使得電路中各部分協(xié)調(diào)工作。在設(shè)計電路時，首先要想到的是要解決什么問題，然后把問題劃分為幾個小問題，每個小問題用一個或幾個模塊來實現(xiàn)它的功能。像這個電子密碼鎖一樣，要設(shè)計一個密碼鎖，先要把密碼鎖的各個功能分開，分別用不同電路來解決它。由于密碼鎖每個模塊都只是解決一個小問題，所以要實現(xiàn)密碼鎖這整個功能時就要把各個模

37、塊充分調(diào)用起來，讓它們有機結(jié)合，共同完成密碼鎖這個大功能。像按鍵識別模塊那樣，一有按鍵被按下去它就識別信號，如果是在密碼輸入階段的話，它就會向計時電路發(fā)送信號使計時電路工作。而自鎖功能的功能也是要條件才觸發(fā)，紅燈亮且計時電路已經(jīng)計時完畢才會觸發(fā)自鎖功能。最巧妙的還是寄存器的讀寫功能實現(xiàn)。它分一個數(shù)據(jù)線，一個地址線。數(shù)據(jù)線是共用的，地址線是獨用的，利用地址線來控制各個寄存器的讀寫功能。總的來說，一個密碼鎖是一個整體，它要它各自的部分協(xié)調(diào)工

38、作才能組成一個完整的一個整體。</p><p><b>　　七、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]李繼凱 楊艷 《數(shù)字電子技術(shù)及其應(yīng)用》 科學(xué)出版社 2012年8月 </p><p>　　[2]徐波 《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗》 電工電子教學(xué)與實驗中心 2011年8月</p><p>　　[3]彭介華 湖南大學(xué) 《