電子電路課程設(shè)計(jì)---密碼鎖設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p><b>　　密碼鎖設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　本系統(tǒng)是由鍵盤和報(bào)警系統(tǒng)所組成的密碼鎖。系統(tǒng)完成鍵盤輸入、開鎖、超時(shí)報(bào)警、輸入位數(shù)顯示、錯(cuò)誤密碼報(bào)警、復(fù)位等數(shù)字密碼鎖的基本功能。</p><p>　　關(guān)鍵字：數(shù)字密碼鎖 GAL16V8 28

2、C64 解鎖與報(bào)警</p><p><b>　　目錄：</b></p><p><b>　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與技術(shù)指標(biāo)</b></p><p>　　系統(tǒng)功能要求 ……………………………………… 4</p><p>　　性能和電氣指標(biāo) …………………………………… 5</p>&

3、lt;p>　　設(shè)計(jì)條件 …………………………………………… 5</p><p>　　整體方案設(shè)計(jì) </p><p>　　1、密碼設(shè)定 …… ……………………………………6</p><p>　　2、密碼判斷………………………………………… 6</p><p>　　3、密碼錄入和判斷結(jié)果顯示 ………………………

4、……6</p><p>　　4、系統(tǒng)工作原理框面 ……………………………………7</p><p><b>　　單元電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　鍵盤錄入和編碼電路圖 ……………………………8</p><p>　　地址計(jì)數(shù)和存儲(chǔ)電路 ……………………………… 12</p><

5、p>　　密碼鎖存與比較電路 ………………………………… 12</p><p>　　判決與結(jié)果顯示電路 ……………………………… 14</p><p>　　延時(shí)電路 …………………………… …………………15</p><p>　　復(fù)位 ………………………………… ……………17</p><p>　　整機(jī)電路圖 …

6、……………………………………… 19</p><p>　　8、元件清單 …………………………………………… 19 四、程序清單</p><p>　　第一片GAL ………………………………………………21</p><p>　　第二片GAL ………………………………………………23</p&

7、gt;<p><b>　　五、測試與調(diào)整</b></p><p>　　單元電路測試 …………………………………………25</p><p>　　整體指標(biāo)測試 ………………………………………26</p><p>　　測試結(jié)果 ………………………………………………26</p><p><b&

8、gt;　　六、設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)任務(wù)完成情況 ……………………………………27</p><p>　　問題及改進(jìn) …………………………………………27</p><p>　　心得體會(huì) ………………………………………… 28</p><p>　　一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與技術(shù)指標(biāo)</p><

9、;p><b>　　系統(tǒng)功能要求</b></p><p>　　密碼鎖：用數(shù)字鍵方式輸入開鎖密碼，輸入密碼時(shí)開鎖；如果輸入密碼有誤或者輸入時(shí)間過長，則發(fā)出警報(bào)。</p><p>　　密碼鎖的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖 所示，其中數(shù)字鍵盤用于輸入密碼，密碼鎖用于判斷密碼的正誤，也可用于修改密碼。開鎖LED1亮表示輸入密碼正確并開鎖，報(bào)警LED2亮表示密碼有誤或者輸入時(shí)間超時(shí)。

10、</p><p><b>　　2.性能和電氣指標(biāo)</b></p><p>　　2.1 開鎖密碼為8位十進(jìn)制數(shù)字，由按鍵輸入，按“確認(rèn)”鍵后，輸入的數(shù)字有效。</p><p>　　2.2 輸入的8位數(shù)字與預(yù)設(shè)的密碼相同時(shí)開鎖，用綠燈亮，紅燈滅表示。數(shù)據(jù)有誤時(shí)或輸入的密碼時(shí)間過長即報(bào)警，紅燈亮。</p><p>　　2.

11、3 輸入的數(shù)字間隔時(shí)間小于或等于15s。超過時(shí)限則報(bào)警，同時(shí)電子鎖復(fù)位。</p><p>　　2.4 具有手動(dòng)、自動(dòng)復(fù)位功能。</p><p><b>　　3. 設(shè)計(jì)條件</b></p><p>　　3.1 電源條件：穩(wěn)壓電源提供+5V電壓。</p><p>　　3.2 可供選擇的元器件如表1-1所示</

12、p><p><b>　　表1-1 器件單</b></p><p>　　門電路、電阻、電容以及發(fā)光二極管自定。</p><p><b>　　二、整體方案設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1密碼設(shè)定 </b></p><p>　　按照自己的學(xué)號(hào)設(shè)定密碼

13、，將密碼預(yù)先存如28c64芯片中。我的學(xué)號(hào)是10001823，寫入28c64中的數(shù)據(jù)為01 0A 0A 0A 01 08 02 03</p><p><b>　　2密碼判斷</b></p><p>　　通過4為比較器對(duì)預(yù)先存如的密碼及手動(dòng)在鍵盤上輸入的密碼逐個(gè)進(jìn)行比較，把結(jié)果送入8為移存器進(jìn)行結(jié)果判別</p><p>　　3密碼錄入和判別結(jié)果顯

14、示</p><p>　　每輸入一位密碼，比較器就比較一次，并且把結(jié)果送如移存器進(jìn)行移存，8位的比較結(jié)果送到GAL，判決是否正確，并開鎖或報(bào)警。設(shè)定密碼時(shí)，每輸入一位，計(jì)數(shù)器加一。</p><p><b>　　4系統(tǒng)工作原理框圖</b></p><p><b>　　整體方案如下：</b></p><p&g

15、t;<b>　　三、單元電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1. 鍵盤錄入和編碼電路圖</p><p>　　由于鍵盤有0~9，而ROM中數(shù)據(jù)以十進(jìn)制存儲(chǔ)，則要將案件進(jìn)行10進(jìn)制到2進(jìn)制的轉(zhuǎn)換。使用可編程邏輯器件GALl16V8,電路非常簡單，連線少，比較實(shí)用。</p><p>　　將按鍵編號(hào)和輸出四位二進(jìn)制碼相對(duì)應(yīng)，列出真值表（表3-1）。

16、</p><p>　　根據(jù)真值表，用CUPL語言寫出邏輯關(guān)系：</p><p>　　D3=A0#A8#A9;</p><p>　　D2=A4#A5#A6#A7;</p><p>　　D1=A0#A2#A3#A6#A7;</p><p>　　D0=A1#A3#A5#A7#A9; </p><p>

17、<b>　　電路設(shè)計(jì)：</b></p><p>　　每個(gè)鍵按下，產(chǎn)生一個(gè)高電平脈沖，并把按下的數(shù)字鍵譯碼輸出</p><p>　　為保護(hù)電路，接入排阻。</p><p><b>　　時(shí)鐘</b></p><p>　　機(jī)械鍵盤在使用過程中會(huì)產(chǎn)生機(jī)械抖動(dòng)，即會(huì)產(chǎn)生多個(gè)脈沖信號(hào)（有稍高頻的毛刺），使輸出的

18、時(shí)鐘不穩(wěn)定，影響后級(jí)工作?？勺孋P觸發(fā)輸出，消除高頻毛刺。由于密碼通過機(jī)械開關(guān)輸入，頻率很低（因本次實(shí)驗(yàn)提供的開關(guān)不大方便操作，一般按鍵頻率不大于1hz），則觸發(fā)低頻略高即可，取5~10hz即可。</p><p>　　用F555做定時(shí)器，設(shè)計(jì)電路如下：</p><p>　　555定時(shí)器的頻率表達(dá)式為：f=1.43/（(RA+2RB)*C）。</p><p>　　取R

19、B=3K，RA=2K，C=220u,測試得f=7.1hz,能達(dá)到要求。</p><p>　　將clock接至G16V8的1腳，且使用觸發(fā)輸出：CP.D=A0#A1#A2#A3#A4#A5#A6#A7#A8#A9，此時(shí)在每次鍵按下時(shí)都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，且消除了毛刺。</p><p>　　2.地址計(jì)數(shù)與存儲(chǔ)電路</p><p>　　將CP送入計(jì)數(shù)器，得到的是按鍵次數(shù)，也是

20、ROM的地址信號(hào)。每接受到一個(gè)信號(hào)，74161就會(huì)向28c64送入一個(gè)地址，28c64通過得到的地址把一位新的密碼送入74374和16v8由鍵盤上得到的數(shù)一同寄存后在送入比較其中比較</p><p>　　3.密碼鎖存與比較電路</p><p>　　由于CP信號(hào)對(duì)于按鍵稍有延遲，如將按鍵的譯碼與從ROM中取出的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，則會(huì)出錯(cuò)，所以在比較器之前加一級(jí)鎖存器，在時(shí)鐘CP的控制下，此時(shí)才能

21、實(shí)現(xiàn)輸入密碼與原有密碼的對(duì)應(yīng)位同時(shí)到達(dá)比較器。電路如下：</p><p><b>　　密碼比較</b></p><p><b>　　重要時(shí)序分析：</b></p><p>　　密碼鎖從清零開始工作：當(dāng)按下第一位密碼時(shí)，按鍵的譯碼立即輸出，CP滯后輸出，在CP的上升沿，74374鎖存器開始工作，鎖入數(shù)據(jù)，此時(shí)送到鎖存器口數(shù)據(jù)

22、是鍵盤輸入的譯碼和ROM地址0000（B）的數(shù)據(jù)，并不是地址0001的數(shù)據(jù)。所以在ROM中存入數(shù)據(jù)從地址0開始。</p><p><b>　　時(shí)序如下圖所示：</b></p><p><b>　　鎖存時(shí)序圖</b></p><p>　　4. 判決與結(jié)果顯示</p><p>　　經(jīng)過7485，只能比較

23、密碼的1位，使用移存器就能將比較結(jié)果先儲(chǔ)存，經(jīng)過8個(gè)脈沖周期后同時(shí)輸出。為節(jié)約GAL16V8的I/O口，可使用一片7485，先將5位比較結(jié)果處理，剩下的三位接到GAL，再比較。在密碼全部輸入后，要按下“確認(rèn)”鍵，則GAL判斷密碼是否正確。</p><p>　　數(shù)據(jù)經(jīng)7485等后，數(shù)據(jù)到達(dá)74164時(shí)，數(shù)據(jù)有一定的延時(shí)。假如74164的時(shí)鐘=CP，當(dāng)?shù)谝坏腃P到來時(shí)，第一位的比較結(jié)果還沒從7485出來，即第一位鎖進(jìn)

24、的不是第一位的比較結(jié)果。所以，鎖存的時(shí)鐘應(yīng)比CP慢，可以定義CP2=！CP，此時(shí)，CP2比CP的上升沿晚的時(shí)間就是手按鍵的時(shí)間。從而保證鎖存8次后輸出的就是8位的比較結(jié)果。</p><p>　　圖3-5 8位密碼比較結(jié)果處理</p><p>　　假如輸入正確密碼，并按下確認(rèn)鍵，則成功開鎖。</p><p><b>　　5.延時(shí)電路</b>&

25、lt;/p><p>　　指標(biāo)要求當(dāng)輸入的數(shù)字間隔小于或等于15s時(shí)超時(shí)報(bào)警。設(shè)計(jì)采用74123可重觸發(fā)器和7474 D觸發(fā)器配合程序控制。電路圖如下：</p><p>　　74123可重觸發(fā)器</p><p>　　B端輸入，OT觸發(fā)輸出。tw=15s，tw=0.45RC,則設(shè)定R=150K，C=220u，則計(jì)算得出tw=14.8s。若要提高15s計(jì)時(shí)精度則選取更精確得電

26、容和電阻，且系數(shù)0.45可能有相應(yīng)更正。</p><p>　　74123工作時(shí)序如下：</p><p>　　圖 3-6-2 74123工作時(shí)序</p><p>　　在復(fù)位后，OT=0，開始輸入后，當(dāng)間隔時(shí)間小于15s時(shí)，OT=1，當(dāng)間隔時(shí)間大于15s時(shí)，OT=0。</p><p>　　由于74123受控制較弱，所以在實(shí)際鏈接電路的時(shí)候增加了一

27、塊74161做觸發(fā)器，使得觸發(fā)穩(wěn)定切周期不變。</p><p><b>　　6、復(fù)位</b></p><p>　　復(fù)位功能包括手動(dòng)復(fù)位和自動(dòng)復(fù)位。</p><p>　　手動(dòng)復(fù)位：清除輸入密碼，將所有寄存器歸零。則將74161、74164、74123、7474的清零端全部接在一起，復(fù)位鍵（RS）按下，GAL清零端CLR輸出一個(gè)低電平脈沖，方程為：

28、CLR=！RS。</p><p>　　自動(dòng)復(fù)位：如解鎖完畢（即密碼輸入完成后，按下“ENT” ），開鎖或報(bào)警后，所有寄存器清零。若將方程寫成CLR=！ENT，此時(shí)是組合邏輯輸出，一按下“ENT”，就復(fù)位了，此時(shí)報(bào)警結(jié)果還沒輸出，74164全零輸入，則肯定會(huì)報(bào)警，失去密碼鎖判斷的意義。所以復(fù)位一定在正確解鎖后開始，可以借助GAL內(nèi)部的觸發(fā)器來完成這個(gè)功能：CLR.D=！ENT。GAL的時(shí)鐘任為555的輸出時(shí)鐘，幾h

29、z的脈沖。則在開鎖后幾百ms后復(fù)位，開鎖是個(gè)瞬時(shí)動(dòng)作即可。</p><p>　　為方程式的簡潔，復(fù)位方程可表示為：CLR.D=!(ENT#RS),此時(shí)手動(dòng)復(fù)位稍有延遲（ms級(jí)），在實(shí)際應(yīng)用中，延時(shí)是完全可以忽略的。</p><p><b>　　7、整體電路</b></p><p><b>　　8、所用元件清單</b><

30、;/p><p>　　本設(shè)計(jì)除了老師建議的一些芯片，我還使用了少量其他數(shù)字芯片，完成了要求外的一些指標(biāo)，使用的芯片如下：</p><p>　　電容、電阻、導(dǎo)線若干，面包板一塊。</p><p><b>　　四、程序清單</b></p><p>　　設(shè)計(jì)中使用2片GAL16V8，第一片主要用于譯碼，第二片主要用于控制。</

31、p><p><b>　　第一片GAL</b></p><p>　　功能：鍵盤解碼，產(chǎn)生時(shí)序電路需要的CP及CP2</p><p><b>　　管腳連接及命名：</b></p><p>　　Name : GAL23;</p><p>　　Date : 2012-11

32、-28;</p><p>　　Revision : 1.3 ;</p><p>　　Designer : ZHUZI;</p><p>　　Company : NJUPT;</p><p>　　/******INPUT********/</p><p>　　PIN[1,11,12,15]=[CP,!OE,CP2,

33、CP1];</p><p>　　PIN[2,3,4,5,6,7,8,9,13,14]=[KEY0,KEY1, KEY2, KEY3 KEY4, KEY5, KEY6, KEY7, KEY8, KEY9]; </p><p>　　/******OUTPUT******/</p><p>　　PIN[16,17,18,19]=[OUT1,OUT2,OUT3,OUT4];

34、</p><p>　　/******EQUATIONS*****/</p><p>　　OUT4=KEY0#KEY8#KEY9;</p><p>　　OUT3=KEY4#KEY5#KEY6#KEY7;</p><p>　　OUT2=KEY0#KEY2#KEY3#KEY6#KEY7;</p><p>　　OUT1=KEY

35、1#KEY3#KEY5#KEY7#KEY9;</p><p>　　CP.D=OUT1#KEY0#KEY2#KEY4#KEY6#KEY8;</p><p><b>　　CP2=!CP;</b></p><p>　　/******END ****/</p><p><b>　　第2片GAL</b><

36、;/p><p>　　功能：處理密碼比較結(jié)果、延時(shí)判斷處理、控制28C64的讀寫操作、開鎖和報(bào)警輸出、電路復(fù)位</p><p><b>　　管腳連接及命名：</b></p><p>　　Name : GAL23;</p><p>　　Date : 2012-11-29;</p><p>

37、　　Revision : 1.3 ;</p><p>　　Designer : ZHUZI;</p><p>　　Company : NJUPT;</p><p>　　/******INPUT********/</p><p>　　PIN[1,11]=[CP,!OE];</p><p>　　PIN[2,3,4,5

38、,6,7,8,9]=[D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8];</p><p>　　PIN 12=DELAY;</p><p>　　PIN 14=RENTER;</p><p>　　PIN 13=RST;</p><p>　　PIN 10=OT;</p><p>　　/******OUTPUT******/

39、</p><p>　　PIN 15=GREEN;</p><p>　　PIN 16=RED;</p><p>　　/******EQUATIONS*****/</p><p>　　Q=D1&D2&D3&D4&D5&D6&D7&D8</p><p>　　GREEN.

40、D=Q&ENTER;</p><p>　　RED.D=!Q&ENTER</p><p>　　/******END ****/</p><p><b>　　五、測試與調(diào)整</b></p><p><b>　　1.單元測試</b></p><p><b>

41、;　　10進(jìn)制數(shù)字輸入</b></p><p>　　測試：先復(fù)位，再按住數(shù)字鍵，用示波器檢測第一片GAL的19~16腳，打開1號(hào)開關(guān)即KEY0，檢測到D0D1D2D3=0101,則譯碼正確，以此類推，輸入0~9，GAL輸出全部測試正確。</p><p><b>　　CP脈沖</b></p><p>　　測試：將CP接到示波器一個(gè)通道

42、觀察，在有鍵按下時(shí)，觀察到脈沖。由低電平跳變至高電平，且cp1與cp2相反</p><p><b>　　密碼比較</b></p><p><b>　　測試：</b></p><p>　　1. 復(fù)位后，依次輸入正確密碼（10001823），用示波器觀察第一片7485的第6腳，若全為高，則正確，8位密碼輸入完畢后，測試7416

43、4的移存輸出腳，若全為1，則正確。</p><p>　　2. 輸入錯(cuò)誤密碼1001822，7485在輸入錯(cuò)誤密碼后，輸出為0，且8位輸入完畢后，74164的輸出管腳中，第三腳為0，其余為1。則電路沒有問題。</p><p><b>　　延時(shí)判斷</b></p><p><b>　　測試：</b></p>&l

44、t;p>　　用示波器觀察74123的輸出管腳第13腳，復(fù)位時(shí)，輸出為0，當(dāng)有鍵按下，輸出跳變?yōu)?，并保持。15秒內(nèi)無鍵按下，則輸出跳變?yōu)?，在15秒內(nèi)有鍵按下，則輸出一直保持高電平。</p><p>　　則延時(shí)電路沒有問題。</p><p><b>　　2整體測試</b></p><p>　　按下“復(fù)位”鍵，看到數(shù)碼管立即顯示為0，用示波

45、器測試74161、74164、74123的輸出端全為低電平。說明手動(dòng)復(fù)位功能正常。</p><p>　　輸入正確密碼10001823后，按下“ENT”，看到綠燈亮，輸入錯(cuò)誤密碼07040400后，按下“ENT”，看到紅燈亮。</p><p><b>　　說明密碼判斷正確。</b></p><p>　　復(fù)位后，按下第一位密碼0，不再按任何鍵，15

46、秒后，紅燈亮。說明延時(shí)判斷正確，并能報(bào)警。 </p><p><b>　　3.測試結(jié)果</b></p><p>　　1，2測試都正確，但是第3測試時(shí)發(fā)現(xiàn)15秒延遲不準(zhǔn)確，所以在實(shí)際電路中移除延遲。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)小結(jié)</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)完成情況&

47、lt;/b></p><p>　　幾大指標(biāo)：10進(jìn)制鍵盤輸入</p><p>　　密碼正確輸入時(shí)開鎖，錯(cuò)誤時(shí)報(bào)警</p><p>　　輸入數(shù)字間隔小于15S時(shí)不能報(bào)警，能復(fù)位</p><p><b>　　手動(dòng)和自動(dòng)復(fù)位</b></p><p>　　除了延遲報(bào)警外全部完成，且界面友好，更加人性

48、化。</p><p><b>　　問題及改進(jìn)</b></p><p>　　問題1：測試時(shí)74123輸出不穩(wěn)定，時(shí)有跳變</p><p>　　原因：電源雜波較大，對(duì)電路的正常工作有較大干擾</p><p>　　改進(jìn)：在74123的電源和地之間并接一個(gè)較大的電解電容（220u）。</p><p>　　

49、注：用示波器觀察電源電壓，能明顯看到很嚴(yán)重的雜波，則會(huì)引起數(shù)字電路工作異常，就會(huì)出現(xiàn)意想不到的錯(cuò)誤，因此，為提高電路的穩(wěn)定性和可靠性，在電路的電容和地之間應(yīng)多加電容進(jìn)行濾波。</p><p>　　問題2：在全部輸入正確的情況下，74164有兩個(gè)管腳為低電平，但是7485的八次判斷全部為真，鑒定為74164損壞，尚未解決 </p><p>　　問題3：硬件電路繁瑣、作品性價(jià)比太低</p

50、><p>　　原因：用GAL16V8實(shí)現(xiàn)密碼鎖，所用器件和實(shí)現(xiàn)方法在報(bào)告中已經(jīng)十分詳盡。</p><p><b>　　心得體會(huì)</b></p><p>　　通過這次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)電子電路的設(shè)計(jì)有了很深的認(rèn)識(shí)和了解，并且了解到了電路設(shè)計(jì)的重要性。</p><p>　　在一開始設(shè)計(jì)電路圖的時(shí)候，由于排版不好，在實(shí)際操作的時(shí)候?qū)е?/p>

51、接線混亂，通過適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，讓電路更加美觀整齊。在設(shè)計(jì)電路的時(shí)候，課程指導(dǎo)老師給了很多的幫助，給我們點(diǎn)名思路。在燒制兩塊GAL16V8芯片的時(shí)候，由于程序的錯(cuò)誤，導(dǎo)致了電路不能實(shí)現(xiàn)功能，在老師的幫助下，改進(jìn)了程序，是的模塊功能成功實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　真?zhèn)€實(shí)驗(yàn)過程中遇到了很多困難，排錯(cuò)也用了很久，最終在老師的幫助下成功實(shí)現(xiàn)了要求功能?；叵雰蓚€(gè)星期的實(shí)驗(yàn)周課程，自己的思考和動(dòng)手解決能力得到了很大的增強(qiáng)。<