密碼鎖課程設(shè)計(jì)報(bào)告.doc

江 蘇 師 范 大 學(xué) 科 文 學(xué) 院本 科 生 課 程 設(shè) 計(jì)課 程 名 稱： 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 題 目： 數(shù)字密碼鎖 專 業(yè) 班 級： 14電信2班 學(xué) 生 姓 名： 王坤 學(xué) 生 學(xué) 號： 148326228 日 期： 2016年6月25日 指 導(dǎo) 教 師： 魏明生 一、課程設(shè)計(jì)目的、任務(wù)和內(nèi)容要求：在現(xiàn)代信息化社會中，隨著科技的發(fā)展，在金融、信息、軍事中，如何保證在傳送信息中的安全，避免信息的泄漏，密碼是保障信息傳輸?shù)闹匾ぞ?。因此，密碼是保證金融交易、信息傳輸必不可少的一道工具。本課程設(shè)計(jì)的任務(wù)就是設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字密碼鎖。具體設(shè)計(jì)任務(wù)如下： 1熟悉數(shù)字密碼鎖的工作原理； 2寫出數(shù)字密碼鎖控制的設(shè)計(jì)方案；3用硬件加以實(shí)現(xiàn)；4寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)一個(gè)六位二進(jìn)制的數(shù)字密碼鎖。要求：1 該密碼可以修改。輸入密碼按確定鍵后，若密碼正確則鎖打開（此設(shè)計(jì)用發(fā)光二極管S表示鎖，鎖打開就是點(diǎn)亮發(fā)光二極管S）；2 打開的持續(xù)時(shí)間Tx為按下確定鍵到松開后10秒（按住確定鍵不放的話S一直亮著）；3 若密碼不正確則電路發(fā)出報(bào)警信號（用發(fā)光二級管J和蜂鳴器表示，報(bào)警就是點(diǎn)亮發(fā)光二級管J，蜂鳴器響起），警報(bào)持續(xù)時(shí)間也為Tx4.任意輸入密碼而不按確定鍵的話電路不會有反應(yīng)。 二、進(jìn)度安排：第4天： 查找資料，熟悉數(shù)字密碼鎖的設(shè)計(jì)原理，給出設(shè)計(jì)總體方案；第57天： 各模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)；第712天： 硬件連線，調(diào)試；第1314天：寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。三、主要參考文獻(xiàn)：1閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）.高等教育出版社.20092葉桂娟.555時(shí)基電路原理、設(shè)計(jì)與應(yīng)用.電子工業(yè)出版社.2007 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日ii江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告目 錄摘 要 IIAbstract . II1 緒論.11.1 背景 .11.2 目的 .1 2 設(shè)計(jì)方案簡述 .1 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) .1 2.2 設(shè)計(jì)原件需求 .2 3 詳細(xì)設(shè)計(jì).2 3.1 設(shè)計(jì)原理圖 .2 3.2 密碼驗(yàn)證模塊 .3 3.3 計(jì)時(shí)模塊 .4 3.4 鎖定輸出 .5 3.5 邏輯組合 .6 4 設(shè)計(jì)結(jié)果及分析.74.1 總電路圖 .7 4.2 問題解決與分析.7 4.3 測試數(shù)據(jù) .9 5總 結(jié) .10 參考文獻(xiàn) .11摘 要 在日常的生活和工作中, 住宅與部門的安全防范、單位的文件檔案、財(cái)務(wù)報(bào)表以及一些個(gè)人資料的保存多以加鎖的辦法來解決。若使用傳統(tǒng)的機(jī)械式鑰匙開鎖，人們常需攜帶多把鑰匙, 使用極不方便, 且鑰匙丟失后安全性即大打折扣。在安全技術(shù)防范領(lǐng)域，具有防盜報(bào)警功能的電子密碼鎖逐漸代替了傳統(tǒng)的機(jī)械式密碼鎖，電子密碼鎖具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等優(yōu)點(diǎn),受到廣大用戶的歡迎。本次課程設(shè)計(jì)簡述數(shù)字密碼鎖的設(shè)計(jì)、制作過程，用74LS138為3線-8線譯碼器、555為計(jì)時(shí)模塊、D觸發(fā)器74LS175為鎖定輸出、74LS00為邏輯組合模塊構(gòu)成該數(shù)字密碼鎖的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)過程。該課程設(shè)計(jì)可以預(yù)先設(shè)定密碼和修改密碼等方便操作處理，通過發(fā)光二級管顏色的轉(zhuǎn)變辨別密碼的正確和密碼鎖的開啟。通過該課程設(shè)計(jì)，主要解決與我們平常生活關(guān)系密切的密碼鎖的問題，且制作該設(shè)計(jì)所需要元器件的成本較低，適合學(xué)生對數(shù)字電路的實(shí)踐所用。關(guān)鍵詞：數(shù)字密碼鎖；74LS138；555；74LS175；74LS00Abstract In daily life and work, security, residential units and departments of the documents, financial statements, and some personal information in order to save more than locking solutions. If the use of traditional mechanical key to unlock, people often need to carry multiple keys, a very inconvenient to use, and after the loss of key security that is greatly reduced. In the field of security and protection, anti-theft alarm function electronic combination lock gradually replace the traditional mechanical combination lock, electronic lock has the advantages of high safety, low cost, low power consumption, easy to operate, welcomed by the majority of users. The curriculum design of digital code lock design, process, using 74LS138 for 3 -8 decoder, 555 for the timing module, D triggers 74LS175 lock output, 74LS00 logic combination module design idea of the digital password lock and implementation process. The curriculum design can be pre-set password and modify passwords and other convenient operation, opening by discerning the password change light emitting two tubes of color and correct password lock. Through the curriculum design, mainly to solve the daily life with our close locks, and making the design required components with low cost, suitable for students to use the practice of digital circuit. Key words: the digital combination lock; 74 ls138; 555; 74 ls175; 74 ls00- 15 -1緒論1.1背景隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們的安全意識加強(qiáng)，安全防盜已成為社會問題。自古以來鎖就是守門戶的鐵將軍，所以人們對其要求也較高，希望鎖既要安全可靠，又要使用方便。目前使用廣泛的彈子鎖由于要攜帶鑰匙，已經(jīng)漸漸變得難以滿足當(dāng)前社會對于安全防盜的要求。而數(shù)字密碼鎖由于安全性、低成本、易操作、可更改密碼等優(yōu)點(diǎn)受到越來越多人歡迎。1.2目的 鞏固和加深對電子電路基本知識的理解，提高綜合運(yùn)用本課程所學(xué)知識的能力。培養(yǎng)根據(jù)設(shè)計(jì)需要選學(xué)參考書籍，查閱相關(guān)手冊、圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力。通過電路方案的分析、論證和比較，設(shè)計(jì)計(jì)算和選取元器件、電路組裝、調(diào)試和檢測等環(huán)節(jié)，初步掌握簡單實(shí)用的分析方法和工程設(shè)計(jì)方法。學(xué)會簡單電路的實(shí)驗(yàn)調(diào)試和性能指標(biāo)的測試方法，提高動(dòng)手能力和進(jìn)行數(shù)字電子電路實(shí)驗(yàn)的基本技能。 2 設(shè)計(jì)方案簡述2.1設(shè)計(jì)任務(wù) 每把鎖都有其預(yù)先設(shè)定好的（六位二進(jìn)制數(shù)）密碼，該密碼可以修改。輸入密碼按確定鍵后，若密碼正確則鎖打開（此設(shè)計(jì)用發(fā)光二極管S表示鎖，鎖打開就是點(diǎn)亮發(fā)光二極管S），打開的持續(xù)時(shí)間Tx為按下確定鍵到松開后10秒（按住確定鍵不放的話S一直亮著）。若密碼不正確則電路發(fā)出報(bào)警信號（用發(fā)光二級管J和蜂鳴器表示，報(bào)警就是點(diǎn)亮發(fā)光二級管J，蜂鳴器響起），警報(bào)持續(xù)時(shí)間也為Tx。任意輸入密碼而不按確定鍵的話電路不會有反應(yīng)。2.2 設(shè)計(jì)原件需求表2-1原件需求一覽表名稱型號數(shù)量四/2輸入端與非門74HC001塊譯碼器74LS1381塊555NE555P1塊同步D觸發(fā)器74HC1751塊發(fā)光二極管紅和綠各一個(gè)2個(gè)杜邦線1根插針1排芯片插槽DIP141個(gè)芯片插槽DIP162個(gè)芯片插槽DIP81個(gè)萬用板9cm*15cm1塊電阻1M1個(gè)電阻4702個(gè)電容10uf1個(gè)電容103(0.01uf)1個(gè)蜂鳴器2個(gè)按鈕1個(gè)撥動(dòng)開關(guān)單刀雙擲6個(gè)二極管1N41481個(gè)3 詳細(xì)設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)原理圖圖3-1 設(shè)計(jì)原理圖密碼驗(yàn)證模 塊計(jì) 時(shí)模 塊開鎖信號報(bào)警信號密碼輸 入確定輸入 邏輯組合模塊修改密碼鎖住輸入3.2密碼驗(yàn)證模塊 此模塊主要是用輸入鍵盤和74LS138實(shí)現(xiàn)，74LS138為3線-8線譯碼器,它的功能表如表3-2. 表3-2 74LS138功能表輸入輸出S1 ， ，S2+S3A2 A1 A0 ， ， ， ， ， ， ， ，Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y70XX X X1 1 1 1 1 1 1 1X1X X X1 1 1 1 1 1 1 1100 0 00 1 1 1 1 1 1 1100 0 11 0 1 1 1 1 1 1100 1 01 1 0 1 1 1 1 1100 1 11 1 1 0 1 1 1 1101 0 01 1 1 1 0 1 1 1101 0 11 1 1 1 1 0 1 1101 1 01 1 1 1 1 1 0 1101 1 11 1 1 1 1 1 1 0 由表3-1可知每個(gè)輸出端為0時(shí)都有唯一的輸入碼，所以可以把S1 S2 S3 A2 A1 A0作為密碼輸入端，與輸入鍵盤相連,共有26=64種輸入情況。Y0Y7只需要選擇其中一端作為密碼驗(yàn)證信號輸出，有8個(gè)選擇，也就是修改密碼時(shí)，只有8個(gè)不同的固定密碼可以選。電路連接圖如圖3-3. 圖3-3密碼驗(yàn)證模塊電路圖 表3-4 密碼和密碼選擇端對應(yīng)表密碼設(shè)定端的連接密碼Y0100000Y1100001Y2100010Y3100011Y4100100Y5100101Y6100110Y7100111 3.3計(jì)時(shí)模塊 此模塊選用555電路單穩(wěn)態(tài)的一種變形。如圖3-5.圖3-5 555電路單穩(wěn)態(tài)圖至74LS175B 按下確定開關(guān)將在時(shí)基電路輸出端OUT（第3引腳）產(chǎn)生高電平，經(jīng)延時(shí)Tx后，輸出端OUT將保持低電平不變。(Tx1.1R1C1) 當(dāng)按鈕按下時(shí)C1儲存的電荷通過SW7泄放，2腳TR受低電平觸發(fā)，555置位，3腳輸出高電平。松開按鈕后，定時(shí)即開始，此時(shí)電源通過電阻R1向C1充電，使C1兩端電圧不斷升高，當(dāng)升至2/3Vcc時(shí)，時(shí)基電路復(fù)位，定時(shí)結(jié)束，3腳輸出低電平。3.4鎖定輸出 此模塊用的是D觸發(fā)器74LS175.其電路連接如圖3-6.圖3-6 D觸發(fā)器74LS175圖 來自74HC138AA 來自555該模塊是把密碼驗(yàn)證模塊送來的驗(yàn)證結(jié)果存住。在按下確定鍵時(shí)，555電路3腳產(chǎn)生的上升沿使觸發(fā)器做出反應(yīng)。如表3-7.表3-7 邊緣觸發(fā)器特性表輸入輸出CLKDQ0011X保持3.5邏輯組合模塊此模塊的兩個(gè)輸入端是接鎖定模塊的輸出端A和計(jì)時(shí)模塊的輸出端B。兩個(gè)輸出端分別接開鎖指示燈S和報(bào)警指示燈J。它們的真值表如表3-8。表3-8 計(jì)時(shí)模塊真值表A BS J0 01 10 10 11 01 11 11 0所以S= J=A B由此可以選用74LS00實(shí)現(xiàn)該模塊的邏輯功能A的非直接用74LS175的3引腳輸出。其連接圖如圖3-9.AAB圖3-9 74LS00邏輯組合模塊電路圖4 設(shè)計(jì)結(jié)果及分析4.1總電路圖圖4-1 總電路圖4.2問題及解決 設(shè)計(jì)該電路的最初方案是用51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，其優(yōu)點(diǎn)是硬件電路簡單，功能拓展方便。但該課程設(shè)計(jì)的要求是電路主要選用中規(guī)模TTL集成電路74系列（不能用專用集成電路）。所以放棄最初方案。 密碼驗(yàn)證模塊的最初設(shè)計(jì)方案是用邏輯門電路實(shí)現(xiàn)，但其缺點(diǎn)是電路連接復(fù)雜。還有一種普遍的方案是用數(shù)據(jù)比較器74LS85，其優(yōu)點(diǎn)是可以設(shè)置16種密碼但只用一片的話只有4位密碼輸入。使用譯碼器74LS138可使電路連接簡單得多，也可以有6位密碼輸入。 開始時(shí)設(shè)計(jì)存在一個(gè)缺點(diǎn)，就是在按確定鍵后到計(jì)時(shí)結(jié)束這段時(shí)間內(nèi)鍵盤密碼的輸入是有效。即在第一次按錯(cuò)密碼而警報(bào)響起時(shí)馬上輸入正確密碼，則警報(bào)停，開鎖信號燈亮。其波形圖如圖4-2.（S, J為低電平時(shí)才能點(diǎn)亮LED燈）ASJttttTx圖4-2 電路的時(shí)序圖 經(jīng)過思索應(yīng)該引進(jìn)鎖存器，翻閱資料好，發(fā)現(xiàn)D觸發(fā)器74LS175可以解決該問題，于是增加了74LS175。但還有個(gè)缺點(diǎn)，就是給電路上電時(shí)，前22秒是會給555電路的C1充電，3引腳在這段時(shí)間是高電平，而74LS175輸出的是低電平，有表4-2可知S亮，既鎖會打開。為解決這個(gè)缺點(diǎn)，可以增加個(gè)二極管。4.3測試數(shù)據(jù) 表4-3 數(shù)據(jù)測試表 密碼輸入信號燈123456SJ000000暗亮000001暗亮000010暗亮000011暗亮000100暗亮000101暗亮000110暗亮000111暗亮001000暗亮001001暗亮001010暗亮001011暗亮001100暗亮001101暗亮001110暗亮001111暗亮010000暗亮010001暗亮010010暗亮010011暗亮010100暗亮010101暗亮010110暗亮010111暗亮011000暗亮011001暗亮011010暗亮011011暗亮011100暗亮011101暗亮011110暗亮011111暗亮100000暗亮100001亮暗100010暗亮100011暗亮 100100暗亮100101暗亮100110暗亮100111暗亮101000暗亮101001暗亮101010暗亮101011暗亮101100暗亮101101暗亮101110暗亮101111暗亮110000暗亮110001暗亮110010暗亮110011暗亮110100暗亮110101暗亮110110暗亮110111暗亮111000暗亮111001暗暗111010暗亮111011暗亮111100暗亮111101暗亮111110暗亮111111暗亮5總結(jié) 以上即為所設(shè)計(jì)的數(shù)字密碼鎖，經(jīng)過多次修改和整理，是一個(gè)比較不錯(cuò)的設(shè)計(jì)，可以滿足人們的基本需求，但因?yàn)樗接邢?，此電路中還是存在一定問題。它能夠通過密碼輸入鍵，實(shí)現(xiàn)密碼正確的開啟。在密碼錯(cuò)誤的時(shí)候能夠報(bào)警一定時(shí)限。電路密碼只有8種可供修改，有64種輸入方法，所以非本人開鎖的幾率很小。但是但是此電路沒有顯示模塊或者密碼保存模塊，所以密碼遺忘會很麻煩，可以查看電路中74HC138中的引角7-15，并查看表3-4 密碼和密碼選擇端對應(yīng)表查看密碼。同時(shí)還可以將64種密碼一一驗(yàn)證，尋回密碼的過程挺麻煩的。通過這次的課程設(shè)計(jì)，收獲頗多：首先，通過學(xué)習(xí)使自己對課本上的知識可以應(yīng)用于實(shí)際，使理論與實(shí)際相結(jié)合，加深自己對課本知識更好的理解，同時(shí)也鍛煉了我個(gè)人的動(dòng)手能力：我能夠充分利用圖書館去查閱資料，增加了許多課本以外的知識。其次，我也學(xué)到了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，在整個(gè)設(shè)計(jì)中，正是因?yàn)槲覀兏鱾€(gè)隊(duì)員