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) 院自動化學(xué)院</p><p>　專 業(yè)自動化專業(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；</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)代人類文明社會里，由于社會治安狀況不太好，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。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)行開鎖動作。</p><p>　　3）開機(jī)上電系統(tǒng)自動處于準(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個人方案 電路圖</p><p>　　電路中0～9共10個按鍵是密碼輸入端，與兩片編碼器輸入端相連，另外兩個分別是確認(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74LS194芯片將其所儲存的密碼右移給下一個74LS194，每個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)過一個與門控制開鎖信號燈的亮滅。</p><p>　　每次按下一個密碼開關(guān)后，10個密碼編碼輸出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，輸入密碼移動一位。若74LS194寄存器現(xiàn)存的4個四位二

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，作為兩個級聯(lián)JK觸發(fā)器的脈沖信號，并將兩個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)抖動時(shí)帶來的錯誤，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，總是存儲四個數(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)生一個上升沿，使寄存器觸發(fā)進(jìn)行并行移位操作。每輸入一個密碼，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(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密碼輸出端Q0-Q3分別連接四個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；輸入錯誤時(shí)可繼續(xù)輸入密碼。但是，當(dāng)三次密碼輸錯后，報(bào)警燈亮，數(shù)碼管顯示清零，任何按鍵失效。輸入單個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)會了運(yùn)用所學(xué)的知識分析問題、解決問題。把一個大的問題分解成若干個小的問題來解決，然后中和分析，一個復(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，鍛煉了創(chuàng)新能力。</p><

38、;p>　　在設(shè)計(jì)過程中，我也學(xué)會了怎樣和同學(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。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，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