數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)----密碼鎖控制電路設(shè)計(jì)

1、<p>　　題目 密碼鎖控制電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)：</b></p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)密碼鎖的控制電路，使之在輸入正確的開鎖代碼時(shí)，輸出開鎖信號(hào)將鎖開啟； 并用紅燈亮，綠燈滅表示關(guān)鎖；而綠燈亮，紅燈滅表示開鎖。</p>

2、<p><b>　　要求：</b></p><p>　　1．在鎖的控制電路中存儲(chǔ)一個(gè)可以修改的4位代碼，當(dāng)開鎖按鈕開關(guān)的輸入代碼等于存儲(chǔ)的代碼時(shí)，將鎖打開。</p><p>　　2．從第一個(gè)按鈕觸動(dòng)之后的5S內(nèi)若未將鎖打開，則電路自動(dòng)復(fù)位并進(jìn)入自鎖狀態(tài)，使之無法再打開，并由楊聲器發(fā)出報(bào)警信號(hào)（可用黃色發(fā)光二極管指示）。</p><p&

3、gt;<b>　　二、方案設(shè)計(jì)與論證</b></p><p><b>　　1方案論證</b></p><p>　　基于數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法有兩大類：</p><p>　　1）、自下而上的設(shè)計(jì)方法；</p><p>　　2）、自下而上的設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　方案一：用T

4、TL與COMS芯片設(shè)計(jì)，由下而上設(shè)計(jì)總個(gè)系統(tǒng)，首先構(gòu)成功能單元電路在由此組裝。此方案設(shè)計(jì)思路明確，所用知識(shí)簡但。易于調(diào)試安裝接線，但使用器件較多，系統(tǒng)不是很穩(wěn)定，用明顯不足。</p><p>　　方案二：用TTL與COMS芯片設(shè)計(jì)，由下而上設(shè)計(jì)總個(gè)系統(tǒng)，首先確定系統(tǒng)的邏輯功能，將系統(tǒng)分為控制器和邏輯器，再用ASM確定控制器算法。此方案系統(tǒng)集成度較高且穩(wěn)定，但控制器實(shí)現(xiàn)算法較難設(shè)計(jì)，且接線繁亂（需用總線），鑒于設(shè)計(jì)

5、可實(shí)現(xiàn)問題。</p><p>　　方案三：用可編程邏輯器件ispLSI1061實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)，由下而上設(shè)計(jì)總個(gè)系統(tǒng)將邏輯電路輸入可編程開發(fā)系統(tǒng)，編譯成JEDEC文件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電路。但是，基于初學(xué)者對(duì)可編程邏輯器件知識(shí)欠缺，對(duì)系統(tǒng)軟件平臺(tái)和硬件的不熟悉，所以該設(shè)計(jì)方案有明顯的難度。</p><p>　　方案四：用單片機(jī)設(shè)計(jì)，用Keil編寫一個(gè)C程序，將其拷進(jìn)單片機(jī)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)密碼鎖功能。此方案只需

6、再程序上花點(diǎn)功夫，易于實(shí)現(xiàn)，但是對(duì)于單片機(jī)未免大材小用，不適于大規(guī)模設(shè)計(jì)。</p><p>　　基于以上方案論證：相對(duì)于初學(xué)者而言，選擇方案一較為實(shí)際，易于實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　2方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　現(xiàn)對(duì)方案一作如下設(shè)計(jì)討論：</p><p>　　數(shù)字密碼鎖控制電路的設(shè)計(jì)，可以理解為是數(shù)字

7、信號(hào)的處理和控制，即信號(hào)的輸入、存儲(chǔ)、對(duì)比、分析、檢測、反饋、輸出。首先，輸入四位二進(jìn)制數(shù)并把二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)；其次；二進(jìn)制數(shù)的數(shù)字邏輯與設(shè)置密碼對(duì)比；再者，分析比較結(jié)果和比較位數(shù)；最后，檢測輸出控制鎖信號(hào)。由此，寄存器信號(hào)由按鈕控制輸入處理后，放進(jìn)寄存器中進(jìn)行存儲(chǔ)，存儲(chǔ)4位完后再用計(jì)數(shù)器驅(qū)動(dòng)多路選擇器按位輸出進(jìn)行比較，然后用寄存器存儲(chǔ)比較結(jié)果和比較位數(shù)，并同時(shí)用多輸入或門分析比較結(jié)果，最后用555定時(shí)器檢測輸出控制信號(hào)。</p&

8、gt;<p><b>　　數(shù)字密碼鎖框圖</b></p><p>　　明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)，確定系統(tǒng)邏輯功能</p><p>　　數(shù)字密碼鎖內(nèi)部已經(jīng)設(shè)置了4位二進(jìn)制數(shù)碼，分別用D0,D1,D2,D3表示。只有密碼鎖處于鎖狀態(tài)ERROR時(shí)，按下COMPAER，使之處于預(yù)開鎖狀態(tài)；同樣，只有密碼鎖處于鎖狀態(tài)OPEN時(shí)，按下INSTALL，使之預(yù)設(shè)置狀態(tài)，否則視之

9、為無效。</p><p>　　串行輸入數(shù)碼由開關(guān)BIT產(chǎn)生，可以為0或1，如上圖所示。為了是系統(tǒng)能夠1位1位地依次讀取由BIT開關(guān)送來的串行密碼，設(shè)置一個(gè)開關(guān)READ，送入密碼時(shí)，首先用BIT開關(guān)設(shè)置一位數(shù)碼，然后按下READ開關(guān)，這樣就將BIT開關(guān)當(dāng)前的密碼讀入系統(tǒng)。</p><p>　　當(dāng)按下TRY時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行分析操作，如果輸入數(shù)碼與設(shè)置密碼一致時(shí)，則系統(tǒng)輸出OPEN信號(hào)打開鎖，否則數(shù)

10、字鎖打不開，并輸出ERROR信號(hào)。當(dāng)READ一旦按鈕觸動(dòng)之后的5S內(nèi)若未將鎖打開，系統(tǒng)輸出ALAM信號(hào)，電路自動(dòng)復(fù)位并進(jìn)入自鎖狀態(tài)，使之無法再打開，并由楊聲器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。</p><p>　　2各部分功能單元的設(shè)計(jì)。</p><p>　　信號(hào)輸入存儲(chǔ)和計(jì)數(shù)驅(qū)動(dòng)單元設(shè)計(jì)</p><p>　　4位二進(jìn)制數(shù)碼信號(hào)輸入開關(guān)BIT由A鍵控制，COMPARE、 READ、IN

11、STALL、TRY分別由B、C、D、E鍵控制。BIT輸入后由雙4輸入移位寄存器U1（4015BP_5V串行輸入，并行輸出）存儲(chǔ)；COMPARE STATE下輸入到第一個(gè)4輸入寄存器，INSTALL STATE下輸入到第二個(gè)4輸入寄存器。再寄存器的8個(gè)輸出端用8個(gè)小紅燈進(jìn)行比較數(shù)碼和設(shè)置密碼的顯示測試。按下TRY時(shí)，由U2（74LS163D）按反饋清零法構(gòu)成4位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器開始置數(shù)并輸入CP進(jìn)行計(jì)數(shù)，去驅(qū)動(dòng)多路選擇器 U7(74LS

12、153D進(jìn)行比較。計(jì)數(shù)器輸出用七段顯示數(shù)碼管U4（DCD_HEX_DIG_RED）進(jìn)行顯示測試。</p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　信號(hào)比較單元設(shè)計(jì)</b></p><p>　　存入4位比較數(shù)碼后，并行輸出到雙多路選擇器 U7(74LS153D)。當(dāng)按下TRY時(shí)，用U2（74LS163

13、D）按反饋清零法構(gòu)成4位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器驅(qū)動(dòng)雙多路選擇器 U3(74LS153D)進(jìn)行按位選擇輸出，用異或門進(jìn)行數(shù)碼邏輯比較。用小紅燈接其輸出端顯示測試其比較結(jié)果的不同。（數(shù)碼比較記過不同輸出邏輯1，小紅燈亮；相同輸出邏輯0，則熄滅。）</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　信號(hào)比較結(jié)果分析單元設(shè)計(jì)</p><p>　

14、　將每位的比較結(jié)果寄存到雙4輸入移位寄存器U9（4015串行輸入，并行輸出）第一個(gè)寄存器進(jìn)行存儲(chǔ)。當(dāng)U2(74LS163D)計(jì)數(shù)到第4位時(shí)也輸出一個(gè)低電平給雙4輸入移位寄存器U9（4015BP-5V串行輸入，并行輸出）的第二個(gè)寄存器。再寄存器的8個(gè)輸出端用8個(gè)小紅燈進(jìn)行比較數(shù)碼和設(shè)置密碼的顯示測試。如果前5個(gè)輸出端都輸出邏輯0，則表明比較完畢且各位相同，如出項(xiàng)其他情況則可分析出密碼不同。用U10(74LS32D)構(gòu)成5輸入或門，將結(jié)果輸

15、出。用小紅燈進(jìn)行測試。</p><p><b>　　（3）</b></p><p>　　4)信號(hào)檢測電路單元設(shè)計(jì)</p><p>　　當(dāng)數(shù)碼相同且比較完畢時(shí)，將分析出的信號(hào)低電平用555定時(shí)器U12（LM555CM）構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)行檢測，其檢測結(jié)果用小綠燈進(jìn)行測試，表示開鎖；再接一個(gè)非門，輸出用小紅燈檢測，表示關(guān)鎖。</p>

16、<p><b>　　（4）</b></p><p><b>　　定時(shí)單元的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　一旦按下READ時(shí)，用U13（LM555CM）定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)行檢測，輸出信號(hào)使由U14(74LS163D)構(gòu)成的5秒加法計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到五秒時(shí)，系統(tǒng)輸出ALAM信號(hào)，電路自動(dòng)復(fù)位并進(jìn)入自鎖狀態(tài)，使之無法再打開，并

17、由楊聲器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。用黃燈進(jìn)行測試。</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算</p><p><b>　　（1）</b></p><p><b>　　(2)</b></p><p><b>

18、　　(3)</b></p><p><b>　　(4)</b></p><p><b>　　(5)</b></p><p>　　四、總原理圖及元器件清單</p><p><b>　　總原理圖</b></p><p>　　總電路圖(finall

19、y)</p><p><b>　　2元件清單</b></p><p>　　五、安裝與調(diào)試（沒有進(jìn)行安裝調(diào)試的這部分寫電路中參數(shù)的選擇與計(jì)算）</p><p>　　1、輸入數(shù)碼和密碼設(shè)置的顯示調(diào)試</p><p>　　小紅燈X1-X4為輸入數(shù)碼顯示，當(dāng)亮?xí)r表示輸入1，滅時(shí)表示輸入0。小紅燈X5-X8為密碼設(shè)置顯示，當(dāng)亮?xí)r表

20、示設(shè)置輸入1，滅時(shí)表示設(shè)置輸入0。</p><p>　　2、數(shù)碼和位數(shù)相同與否測試</p><p>　　輸入數(shù)碼相同時(shí)，小紅燈X9開始滅，否則則亮；等到四個(gè)數(shù)碼都與設(shè)置密碼相同時(shí)，按下TRY，則X10-x13同時(shí)滅，小紅燈X14也開始滅。</p><p>　　3、開鎖、關(guān)鎖的顯示測試</p><p>　　當(dāng)按下TRY時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行分析操作，如果

21、輸入數(shù)碼與設(shè)置密碼一致時(shí)，則系統(tǒng)輸出OPEN信號(hào)打開鎖，否則數(shù)字鎖打不開，并輸出ERROR信號(hào)。</p><p>　　4、5秒定時(shí)電路的的調(diào)試</p><p>　　當(dāng)READ一旦按鈕觸動(dòng)之后的5S內(nèi)若未將鎖打開，系統(tǒng)輸出ALAM信號(hào)，電路自動(dòng)復(fù)位并進(jìn)入自鎖狀態(tài)，使之無法再打開，并由楊聲器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。</p><p>　　六、性能測試與分析（寫仿真調(diào)試與分析）<

22、;/p><p>　　1該設(shè)計(jì)一個(gè)密碼鎖的控制電路，能在輸入正確的開鎖代碼時(shí)，輸出開鎖信號(hào)將鎖開啟；并用紅燈亮，綠燈滅表示關(guān)鎖；而綠燈亮，紅燈滅表示開鎖。輸入按鍵控制較為簡易，效果良好，用小綠燈和小紅燈模擬仿真準(zhǔn)確，逼真。密碼鎖設(shè)密功能較強(qiáng)，難于破解。</p><p>　　2該電路能在鎖的控制電路中用寄存器存儲(chǔ)一個(gè)可以修改的4位代碼，當(dāng)開鎖按鈕開關(guān)的輸入代碼等于存儲(chǔ)的代碼時(shí)，將鎖打開。對(duì)輸入密碼

23、和設(shè)置密碼的比較控制仿真效果良好，特別是用5輸入或門作為分析，避免了冒險(xiǎn)現(xiàn)象出現(xiàn)的錯(cuò)誤。而用55定時(shí)器則加強(qiáng)了信號(hào)的準(zhǔn)確檢測。</p><p>　　3．從第一個(gè)按鈕觸動(dòng)之后的5S內(nèi)若未將鎖打開，小黃燈輸出信號(hào)使寄存器存儲(chǔ)輸入數(shù)碼清零，則電路自動(dòng)復(fù)位并進(jìn)入自鎖狀態(tài)，使之無法再打開，并由楊聲器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。</p><p><b>　　七、結(jié)論與心得</b></p&

24、gt;<p>　　1通過對(duì)文獻(xiàn)資料的參照查找與對(duì)比，以及對(duì)仿真軟件Multisim的學(xué)習(xí)。不僅獨(dú)立制作出了數(shù)字密碼所電路的全過程設(shè)計(jì)、調(diào)試，而且初步學(xué)會(huì)了如何設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)。在查找文獻(xiàn)資料中不僅能學(xué)到許多東西，而且學(xué)會(huì)了許多解決問題的方法；而對(duì)Multisim的學(xué)習(xí)，則更加提高自己實(shí)踐操作能力的提高。</p><p>　　2對(duì)課程設(shè)計(jì)說明書的撰寫，進(jìn)一步加強(qiáng)了各方面能的鍛煉，分析能力進(jìn)一步加強(qiáng)。在書寫

25、課程設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要進(jìn)行單元塊的調(diào)試，而且需要一步一步進(jìn)行組裝最后調(diào)試。在進(jìn)行邏輯分析時(shí)，還要對(duì)其進(jìn)行不對(duì)思考改進(jìn)，強(qiáng)化了獨(dú)立解決問題的能力。</p><p>　　3在設(shè)計(jì)過程中不斷尋求解決方案與方法，獨(dú)立進(jìn)行學(xué)習(xí)與查找方案。另外，Microsoft Office Word得到熟練應(yīng)用。</p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)</b></p><p

26、>　　[1]華中理工大學(xué)電子學(xué)教研室編，康華光主編。電子技術(shù)基礎(chǔ) 數(shù)字部分(第四版) 北京：高等教育出版社1998.</p><p>　　[2]Adel S.Sedra & Kenneth C. Smith. Microelectronic Circuits.CBC College Oxford University Press,Inc.,1998</p><p>　　[3]