簡易數(shù)碼鎖設(shè)計課程設(shè)計

1、<p><b>　　課 程 設(shè) 計</b></p><p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： </p><p>　　題 目: 簡易數(shù)碼鎖設(shè)計

2、 </p><p><b>　　初始條件：</b></p><p>　　運用所學(xué)的模擬電路和數(shù)字電路等知識；</p><p>　　用到的元件：實驗板、電源、連接導(dǎo)線、74系列芯片、555芯片或微處理器等。</p><p>　　要求完成的主要任務(wù):</p><p>　

3、　采用數(shù)字按鍵輸入，數(shù)碼為6位或5位；</p><p>　　開機(jī)上電后系統(tǒng)自動復(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5位輸入數(shù)碼，若與本鎖規(guī)定數(shù)碼相符則使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作；</p><p>　　嚴(yán)格按照課程設(shè)計說明書要求撰寫課程設(shè)計說明書。&

4、lt;/p><p><b>　　時間安排：</b></p><p>　　第1天 下達(dá)課程設(shè)計任務(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)計方案；</p><p>　　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

5、裝電路并調(diào)試，檢查錯誤并提出問題；</p><p>　　第9～11天 結(jié)果分析整理，撰寫課程設(shè)計報告，驗收調(diào)試結(jié)果；</p><p>　　第12～14天 補(bǔ)充完成課程設(shè)計報告和答辯。</p><p>　　指導(dǎo)教師簽名： 2013年 6月23日</p><p>　　系主任（或責(zé)任教師）簽名：

6、 2013年 6月23日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　1 設(shè)計意義及要求4</p><p>　　1.1 設(shè)計意義4</p><p>　　1.2 設(shè)計要求4</p&g

7、t;<p><b>　　2 方案設(shè)計4</b></p><p>　　2.1 設(shè)計思路4</p><p>　　2.2 方案設(shè)計6</p><p>　　2.2.1設(shè)計方案一電路圖6</p><p>　　2.2.2設(shè)計方案二電路圖 簡單說明8</p><p>　　2.3 方案比較

8、10</p><p>　　3 部分電路設(shè)計10</p><p>　　3.1 密碼輸入和編碼電路10</p><p>　　3.2 密碼移位寄存電路11</p><p>　　3.3 密碼比較電路12</p><p>　　3.4 開鎖電路12</p><p>　　3.5 復(fù)位電路13&l

9、t;/p><p>　　4 調(diào)試與檢測 13</p><p>　　4.1 調(diào)試中故障及解決辦法 14</p><p>　　4.2 調(diào)試與運行結(jié)果 14</p><p>　　5 仿真操作步驟及使用說明 14</p><p><b>　　結(jié)束語

10、14</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)16</b></p><p><b>　　附錄 電路圖17</b></p><p>　　本科生課程設(shè)計成績評定表</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　隨著科技的進(jìn)

11、步和人們生活水平的提高，電子電器飛速發(fā)展，如何保證人們的自身財產(chǎn)和個人隱私的安全性成為現(xiàn)在社會中的一個熱點話題。傳統(tǒng)的機(jī)械由于其結(jié)構(gòu)的簡單，被撬的事件屢見不鮮。而在高科技孕育下產(chǎn)生的IC卡識別、指紋識別器等，由于技術(shù)含量高，成本大而陷入了難以推廣的尷尬局面。但數(shù)碼鎖則因其安全系數(shù)高，使用靈活，低成本等許多優(yōu)點受到廣大用戶的青睞。</p><p>　　本次密碼鎖的個人方案主要應(yīng)用所學(xué)的數(shù)字電子技術(shù)和模擬電子技術(shù)等知

12、識，利用4035并行并入移位寄存器和74LS85數(shù)值比較器以及門電路構(gòu)成數(shù)字邏輯控制電路，輸出用LED燈來實現(xiàn)密碼鎖的功能。</p><p><b>　　1 設(shè)計意義及要求</b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計意義</b></p><p>　　傳統(tǒng)機(jī)械鎖的安全性和便利性并不能滿足人們對防盜的要求，而數(shù)碼鎖正是在

13、這個時候出現(xiàn)在人們的視野中。通過上個學(xué)期的模擬電子技術(shù)和這個學(xué)期的數(shù)字電子技術(shù)的學(xué)習(xí)，這次的簡易數(shù)碼鎖的設(shè)計主要考察學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識提出問題、分析問題和解決問題的能力，并且應(yīng)用proteus仿真軟件實現(xiàn)在計算機(jī)上完成從原理圖設(shè)計、電路分析與仿真、系統(tǒng)測試及功能驗證等操作過程，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、創(chuàng)新思維、理論聯(lián)系實際的能力，并鍛煉學(xué)生的動手實踐能力。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計要求<

14、;/b></p><p>　　1.采用數(shù)字按鍵輸入，數(shù)碼為6位或5位；</p><p>　　2.開機(jī)上電后系統(tǒng)自動復(fù)位，處于準(zhǔn)備接收數(shù)碼的準(zhǔn)備狀態(tài)；</p><p>　　3.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>　　4.認(rèn)可鍵只承認(rèn)最后6位或5位輸入數(shù)碼，若與本鎖規(guī)定數(shù)碼相符則使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作；</p>

15、<p><b>　　2 方案設(shè)計</b></p><p><b>　　2.1 設(shè)計思路</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求，要求有輸入電路，數(shù)字按鍵1-9代表的十進(jìn)制數(shù)碼在數(shù)字電路中必須轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制碼，因此總電路的第一個模塊是密碼輸入電路和編碼電路，編碼器輸出的二進(jìn)制代碼是將原碼逐位取反。設(shè)計要求輸入密碼后4位有效，考慮用五個

16、級聯(lián)的移位寄存器接收編碼，然后每輸入一個新的數(shù)碼，原來的數(shù)碼就右向移位，保證寄存器中現(xiàn)存的數(shù)據(jù)只有最后輸入的五個密碼所對應(yīng)的二進(jìn)制碼，實現(xiàn)后5位有效。因此第二模塊是密碼移位寄存電路。要比較最后輸入的5位數(shù)碼是否正確，可以用五個數(shù)值比較器分別接收移位寄存器中存儲的數(shù)據(jù)，再將五個比較器的Q(A＝B)輸出端相與，控制開鎖動作。所以第三模塊是密碼比較電路。第四個模塊，開鎖與清零，當(dāng)密碼正確且按下認(rèn)可鍵時，系統(tǒng)執(zhí)行開鎖動作，當(dāng)按下復(fù)位鍵后，將對電

17、路進(jìn)行清零，方便下次輸入密碼開鎖。</p><p>　　綜上所述，總電路由密碼輸入與編碼電路，密碼移位寄存電路，密碼比較電路，復(fù)位電路，開鎖電路五個部分構(gòu)成。初始開機(jī)或復(fù)位后輸入十進(jìn)制的密碼，由編碼器進(jìn)行其二進(jìn)制原碼逐位取反后進(jìn)入移位寄存器，移位寄存器現(xiàn)存的二進(jìn)制碼與數(shù)值比較器中設(shè)置的正確密碼的二進(jìn)制代碼進(jìn)行比較，從而實現(xiàn)輸入密碼后5位有效。當(dāng)密碼輸入完畢按下確認(rèn)鍵時，若此時密碼正確則開鎖電路工作，密碼錯誤則不開

18、鎖（方案表現(xiàn)為燈亮或者不亮）。</p><p>　　設(shè)計思路框圖如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1 設(shè)計思路框圖</p><p><b>　　2.2 方案設(shè)計</b></p><p>　　設(shè)計方案一為個人方案，設(shè)計方案二為小組方案。</p><p>　　2.2.1設(shè)計方案一</p

19、><p>　　該電路共有11個數(shù)字按鍵，其中1-9共九個數(shù)字按鍵是密碼輸入端，分別與10-4線優(yōu)先編碼器輸入端連接，另外兩個分別是確認(rèn)鍵和復(fù)位鍵。</p><p>　　輸入的十進(jìn)制密碼經(jīng)74LS147優(yōu)先編碼器二進(jìn)制編碼后與移位寄存器電路的四個數(shù)據(jù)輸入端相連。該電路是五片4035四位并入并出移位寄存器級聯(lián)組成的右移寄存器電路，邊沿觸發(fā)，其輸出端Q0-Q3分別與五片四位數(shù)值比較器的輸入端B0-B

20、3連接。數(shù)值比較器A0-A3是預(yù)置密碼輸入端，用戶可以通過改變A0-A3所接高低電平的不同以實現(xiàn)修改密碼的功能。由B0-B3、A0-A3的比較結(jié)果，并通過74LS85數(shù)值比較器中的Q(A＝B)輸出結(jié)果相與，所得結(jié)果再同確認(rèn)鍵相與，共同控制著開鎖電路中信號燈的亮滅。</p><p>　　每次按鍵按下瞬間，編碼器由全1輸出變成有0輸出，按鍵彈起時又變成全1輸出。因此將編碼器的四個輸出端相與非后可以作為移位寄存器的邊沿

21、觸發(fā)信號，即每次按下數(shù)字按鍵時，寄存器受到觸發(fā)，與輸入密碼一一對應(yīng)的寄存數(shù)據(jù)右向移動。五片寄存器只能存儲五個四位二進(jìn)制數(shù)，若現(xiàn)存的5個四位二進(jìn)制數(shù)與數(shù)值比較器中待比較的正確密碼比較完全一致，且緊接著按下確認(rèn)鍵時，開鎖信號燈亮，開鎖，即實現(xiàn)輸入密碼后5位有效的功能要求。復(fù)位電路由復(fù)位鍵和開鎖信號相或構(gòu)成，當(dāng)按下復(fù)位鍵，各移位寄存器的清零端得到有效的高電平信號進(jìn)行清零。</p><p>　　2.2.2設(shè)計方案二<

22、;/p><p>　　本方案是采用微處理器STC89C52為核心的單片機(jī)控制方案。利用單片機(jī)靈活的編程設(shè)計和豐富的IO端口，及其控制的準(zhǔn)確性，不但能實現(xiàn)基本的密碼鎖功能，還能添加顯示、修改密碼、密碼連續(xù)多次錯誤報警等功能，大大提高了設(shè)計的實用性。</p><p>　　首先，電路的第一個模塊就是輸入模塊，由單片機(jī)不間斷的掃描I/O口，根據(jù)相應(yīng)的I/O口電平變化，可檢測出被按下的鍵是在哪一行哪一列，

23、即能夠檢測出是哪個按鍵按下，然后給予被按下的按鍵相應(yīng)的功能就可實現(xiàn)將相應(yīng)功能反饋帶單片機(jī)讓其完成相應(yīng)操作。然后另外一個重要模塊就是顯示模塊，采用的是1602液晶顯示，可以有相應(yīng)的輸入輸出提示，使得本設(shè)計更加人性化，增強(qiáng)了人機(jī)操作的友好性，同時在安全方面增加了多次錯誤輸入密碼報警功能，并且每次都會延時五分鐘才能進(jìn)入下次密碼輸入操作，該延時功能啟用了51單片機(jī)內(nèi)部中斷，定時較準(zhǔn)確。在以上基礎(chǔ)上，還添加了密碼修改功能，在正確輸入原始密碼的前提

24、下，才允許對原有密碼進(jìn)行修改，在按下復(fù)位鍵后，程序又會從頭開始運行，循環(huán)往復(fù)進(jìn)行上述操作，這就是方案二的基本構(gòu)想。</p><p>　　實現(xiàn)該構(gòu)想的電路圖如下所示：</p><p><b>　　2.3 方案比較</b></p><p>　　兩種方案所采用的知識完全不同。第一種方案密碼設(shè)置是1-9九個數(shù)字，能夠完成電路功能，是基本的模電數(shù)電電路；

25、第二種方案是采用微處理器STC89C52為核心的單片機(jī)控制方案，還具有顯示、修改密碼、密碼連續(xù)多次錯誤報警等功能，大大提高了設(shè)計的實用性。</p><p>　　基于上述原因，選擇第二種方案為小組方案，第一種方案為個人方案。</p><p><b>　　3 部分電路設(shè)計</b></p><p>　　3.1 密碼輸入和編碼電路</p>

26、<p>　　密碼輸入和編碼電路如圖3-1所示。</p><p>　　十進(jìn)制數(shù)1-9以數(shù)字按鍵的形式作為密碼輸入端，符合實際易于操作。74LS147是10線-4線二進(jìn)制優(yōu)先編碼器，共有9個數(shù)據(jù)輸入端和4個編碼輸出端，均為低電平有效。每按下一個十進(jìn)制數(shù)字鍵，與之相接的編碼器輸入端便得到低電平，輸出該十進(jìn)制數(shù)對應(yīng)的四位二進(jìn)制數(shù)的原碼進(jìn)行逐位取反。</p><p>　　圖3-1 密碼輸

27、入電路</p><p>　　3.2密碼移位寄存電路</p><p>　　密碼移位寄存電路圖如圖3-2所示。</p><p>　　五個移位寄存器在某個時刻總是存儲5個四位二進(jìn)制數(shù)，因此其主要功能是將存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行移位，并實現(xiàn)后5位有效的設(shè)計要求。由于輸入的是四位二進(jìn)制代碼，必須實行四位二進(jìn)制數(shù)并行傳輸和移位，因此選擇4035四位二進(jìn)制數(shù)并行并入移位寄存器。</p

28、><p>　　D0-D3是并行數(shù)據(jù)輸入端，Q0-Q3是并行數(shù)據(jù)輸出端。CP是時鐘輸入端，上升沿觸發(fā)。CR是異步清零端，高有效。P/S是并行串行控制端，接高電平時并行移位。T/C是原碼/反碼輸出控制端，接高電平時原碼輸出。由于數(shù)字鍵按下和彈起瞬間，四位二進(jìn)制代碼輸入狀態(tài)由1111-有0-1111，將這四個輸入端想與非后跟四個移位寄存器的時鐘輸入端相接，就會產(chǎn)生一個正脈沖，使寄存器觸發(fā)進(jìn)行并行移位操作。也就是說，每輸入一

29、個十進(jìn)制數(shù)碼，移位寄存器就進(jìn)行一次并行移位，使存儲的四位二進(jìn)制代碼總為4個，將這四個代碼與正確的密碼比較，就可以實現(xiàn)密碼后4位有效。</p><p>　　圖3-2 密碼移位寄存電路</p><p><b>　　3.3密碼比較電路</b></p><p>　　密碼比較電路如圖3-3所示。</p><p>　　數(shù)值比較器預(yù)置

30、的一組待比較數(shù)據(jù)A0-A3從左到右依次是0101、1101、0011、1011、0111。由于編碼器的輸出是十進(jìn)制數(shù)字按鍵相應(yīng)的二進(jìn)制原碼逐位取反，且移位寄存器是右移位、原碼輸出，因此正確的密碼是12345。將五個移位寄存器的輸出端Q0-Q3分別接到五個數(shù)值比較器的B0-B3輸入端,就可將某個時刻的輸入密碼與正確密碼進(jìn)行比較。當(dāng)密碼完全相符時，五個數(shù)值比較器的Q(A＝B)端就會全1輸出。</p><p>　　圖3

31、-3 密碼比較電路</p><p><b>　　3.4開鎖電路</b></p><p>　　開鎖電路如圖3-4所示。</p><p>　　當(dāng)輸入密碼正確時，密碼比較結(jié)果為1，此時必須按確認(rèn)鍵，與門的兩個輸入端均為1，開鎖信號燈才亮，開鎖。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p&g

32、t;<p><b>　　圖3-4 開鎖電路</b></p><p><b>　　3.5復(fù)位電路</b></p><p>　　復(fù)位電路如圖3-5所示。</p><p>　　當(dāng)按復(fù)位鍵時，寄存器的清零端會得到高電平清零信號，對電路清零。</p><p><b>　　圖3-5復(fù)位電

33、路</b></p><p><b>　　4 調(diào)試與檢測</b></p><p>　　經(jīng)過小組之間的多次假設(shè)和查閱資料，我們終于理清了頭緒，初步確定了設(shè)計方案，也有了設(shè)計出稿。但是通過proteus仿真軟件仿真之后，出現(xiàn)了許多問題，通過不斷調(diào)試和修改，以及小組成員集體努力，電路得到改善，并最終實現(xiàn)了方案所要求得到的結(jié)果。</p><p&g

34、t;　　4.1 調(diào)試中故障及解決辦法</p><p>　　對方案一進(jìn)行仿真時，遇到的問題及解決方法為：</p><p>　　仿真時，電路未經(jīng)任何操作，指示燈一直處于發(fā)亮狀態(tài)。觀察后發(fā)現(xiàn)LED燈相連的是74LS00，是與非門，修改電路元件，將其換成74LS08與門。</p><p>　　修改完與非門后，當(dāng)輸入正確的密碼并且按下確認(rèn)鍵后，指示燈卻沒有亮。仿真時，觀察電路

35、個部分的電平信號，發(fā)現(xiàn)4035移位寄存器是右向移位，即若密碼為12345，則從左到右作比較的值應(yīng)為54321。修改74LS85數(shù)值比較器的A0-A3，使其從左到右依次是0101、1101、0011、1011、0111。</p><p>　　將二進(jìn)制編碼輸出端相與后作為移位寄存器的觸發(fā)信號，輸入密碼時發(fā)現(xiàn)移位寄存器沒有被觸發(fā)，通關(guān)查找資料和調(diào)試分析發(fā)現(xiàn)，4035移位寄存器為上升沿觸發(fā)，因此需要一個0-1的信號，而在

36、與門輸出信號之后，信號的變化則是1-0，起不到效果。因此與門后再加一個非門，解決了該問題。</p><p>　　4.2 調(diào)試與運行結(jié)果</p><p>　　方案一仿真調(diào)試結(jié)果：當(dāng)輸入正確密碼12345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6567812345并按下確認(rèn)鍵時，開鎖信號燈閃亮，開鎖；當(dāng)輸入密碼為5634566并按下確認(rèn)鍵時，開鎖信號燈不亮，說明實現(xiàn)了認(rèn)可輸入

37、密碼后五位功能。</p><p>　　5 仿真操作步驟及使用說明</p><p>　　方案一：1-9共九個數(shù)字按鍵是密碼輸入端，D1是開鎖信號燈。數(shù)字按鍵“確認(rèn)鍵”和“復(fù)位鍵”按下時分別對輸入數(shù)碼進(jìn)行確認(rèn)和清零。先按“復(fù)位”鍵復(fù)位（燈不亮），進(jìn)入密碼輸入狀態(tài)，正確密碼是12345。輸入密碼后按確認(rèn)鍵確認(rèn)最后五位，當(dāng)輸入正確開鎖信號時燈閃亮；輸入錯誤時不提示，燈不亮，返回密碼輸入狀態(tài)。<

38、;/p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　本學(xué)期的電子電工綜合課程設(shè)計即將進(jìn)入尾聲，雖然時間并不長，但是我感受頗多。這次課程設(shè)計不僅鍛煉了我獨立思考、解決問題的能力，還加強(qiáng)了我的動手能力，更加強(qiáng)了我團(tuán)隊協(xié)作的能力，為以后進(jìn)入社會做準(zhǔn)備。</p><p>　　這次課程設(shè)計同時也是對模電、數(shù)電知識的鞏固和加強(qiáng)。因為課本上的知識很多

39、，很雜，而且這兩門學(xué)科又十分抽象，平時課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，不能面面俱到地考察知識掌握程度。但是在這次綜合課程設(shè)計過程中，要設(shè)計出實現(xiàn)功能要求的電路，必須先了解各種芯片的工作特點和優(yōu)缺點，這促使我們廣泛查閱書籍、網(wǎng)絡(luò)資源，潛移默化中了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識。雖然在設(shè)計過程中遇到了很多的困難和重重阻礙，但我在選擇器件和設(shè)計方向的過程中，發(fā)現(xiàn)自己可以將課本上的知

40、識應(yīng)用于實際，雖然不熟練，但邁出了第一步，我相信以后的學(xué)習(xí)和實踐中我能更好的將理論與實際相結(jié)合，加深了自己對知識的理解和應(yīng)用。</p><p>　　此次實習(xí)也鍛煉了我的自主學(xué)習(xí)能力。在實驗中，我們運用到了新的軟件——proteus仿真軟件，對這個軟件的不熟悉促使我充分利用圖書館以及計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)去查閱和學(xué)習(xí)相關(guān)資料，增加了許多課本以外的知識，不僅能基本操作proteus仿真軟件，也培養(yǎng)了根據(jù)課題需要選擇參考書籍，查閱

41、手冊、圖表等有關(guān)文獻(xiàn)資料的自主學(xué)習(xí)能力。</p><p>　　最重要的是，我明白了課程設(shè)計的精髓之所在。課程設(shè)計不是簡簡單單按照要求將電路設(shè)計出來，組裝調(diào)試成功就算結(jié)束了，而是在課程設(shè)計中，讓我學(xué)會了做一件事情的步驟和應(yīng)當(dāng)擁有的態(tài)度。拿到一個任務(wù)，從什么地方開始下手，先做什么，后做什么，都有其自身的規(guī)律所在。如何應(yīng)用所學(xué)的一丁點知識創(chuàng)造出無限的奇跡，如何使結(jié)果最優(yōu)化，從而積累自身對待一件任務(wù)的態(tài)度，自信。<

42、/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)-數(shù)字部分（第五版），高等教育出版，2006.1</p><p>　　[2] 祁存榮，陳偉.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗（數(shù)字部分） 武漢理工大學(xué)教材中心</p><p>　　[3] 高吉祥. 電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計. 電子工業(yè)出版社，<

43、;/p><p>　　[4] 包亞萍主編.數(shù)字邏輯設(shè)計與數(shù)字電路實驗技術(shù).中國水利出版社，</p><p>　　[5] 周惠朝.常用電子元件及典型應(yīng)用.電子工業(yè)出版社，2005</p><p>　　[6] 劉修文主編.實用電子電路設(shè)計制作300例.中國電力出版社，2005</p><p>　　附錄一 主要元件引腳圖和功能表</p>&

44、lt;p>　　附2.1 74LS147的功能表和邏輯引腳圖</p><p>　　附圖3 74LS147邏輯引腳圖</p><p>　　附表1 74LS147功能表</p><p>　　附2.2 4035芯片的引腳圖和功能表</p><p>　　附圖4 4035芯片的引腳圖和功能表</p><p>　　附表2

45、4035芯片功能表</p><p>　　附2.3 74LS85數(shù)值比較器的邏輯引腳圖和功能表</p><p>　　附圖5 74LS85邏輯引腳圖</p><p>　　附表3 74LS85功能表</p><p><b>　　附錄二 電路圖</b></p><p>　　附2.2.1 方案一電路圖&l