密碼電子鎖的課程設(shè)計.doc

浙江海洋學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書20082009學(xué)年 第2學(xué)期學(xué)院：機(jī)電工程學(xué)院 班級：A07電氣（1）班 專業(yè)：電氣學(xué)生姓名（學(xué)號）課程名稱數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計設(shè)計題目密碼電子鎖完成期限自2009年6月22日至2009年6月28日 共1周設(shè)計依據(jù)鎖是人們生活中的常用物品，本題要求用電子器件設(shè)計制作一個密碼鎖的控制電路，使之在輸入正確的代碼時，輸出開鎖信號以推動執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作，并用紅燈亮、綠燈滅表示關(guān)鎖，而綠燈亮、紅燈滅表示開鎖設(shè)計要求及主要內(nèi)容 1、 在鎖的控制電路中存儲一個可以修改的4位代碼，當(dāng)開鎖按鈕開關(guān)（可設(shè)置成6位至8位，其中實際有效為4位，其余為虛設(shè)）的輸入代碼等于存儲代碼時，進(jìn)入開鎖狀態(tài)從而使鎖打開。2、 從第一個按鈕觸動以后的5s內(nèi)若未將鎖打開，則電路自動復(fù)位進(jìn)入自鎖狀態(tài)，使之無法打開，并由揚(yáng)聲器發(fā)出持續(xù)20s的報警信號。3、 電源采用市電供電。要求設(shè)計出電路，并撰寫成果說明書。參考文獻(xiàn)1、彭介華主編 電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)第一版 北京：高等教育出版社，19972、張玉璞編著 電子技術(shù)課程設(shè)計 北京，北京理工大學(xué)出版社，1994 指導(dǎo)老師簽字 日期關(guān)于密碼電子鎖的課程設(shè)計【摘要】：生活中人們常常為了忘帶鑰匙而苦惱，辦公室門、防盜門、房門、樓道門，車鎖等等，本設(shè)計研究如何實現(xiàn)密碼鎖控制電路，期望可以解決忘帶鑰匙的煩惱。密碼電子鎖由邏輯電路、小鍵盤、LED顯示和報警系統(tǒng)組成。系統(tǒng)能完成開鎖、超時自鎖并報警的基本密碼鎖的功能。一般是用預(yù)先設(shè)定的密碼，用每個碼位去控制觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，若碼位按錯則碼位觸發(fā)器不能翻轉(zhuǎn)，一般還兼有電子門鈴的功能。本系統(tǒng)成本低廉，功能實用，能給人們帶來極大方便?！娟P(guān)鍵詞】：電子密碼鎖 D觸發(fā)器 邏輯門 LED燈【目錄】：第一章、元器件的介紹第一節(jié)、D觸發(fā)器的介紹 第二章：密碼電子鎖的設(shè)計第一節(jié)：密碼電子鎖的運(yùn)行第二節(jié)：密碼電子鎖電路工作原理第三節(jié)：實驗設(shè)備與器材第三章：設(shè)計總結(jié)心得及參考文獻(xiàn)第一章、 元器件的介紹第一節(jié)、D觸發(fā)器簡介1、D觸發(fā)器的邏輯符號左圖為D觸發(fā)器的邏輯符號。輸入端由時鐘信號端CP、數(shù)據(jù)信號端D、反相復(fù)位端Rd和反相置位端Sd組成，Rd、Sd控制信號分別從方框小圓圈處輸人，表示低電平控制信號有效。D觸發(fā)器輸出端由兩個互為反相的Q端和Q非端組成。2、D觸發(fā)器邏輯功能表右表為D觸發(fā)器邏輯功能表。表中X表示信號電平高低任意，符號表示時鐘脈沖信號由低電平上升為高電平的時刻，即時鐘脈沖信號上跳沿到來之時。當(dāng)CP端和D端輸人信號任意時，若Sd=0、Rd=1，則Q=1，觸發(fā)器處于置位狀態(tài)；若Sd=1、Rd=0，則Q=0，觸發(fā)器為復(fù)位狀態(tài)；若Sd=Rd=0，則Q=1，Q非也為1，觸發(fā)器處于不定態(tài)。只有當(dāng)Sd=Rd=1、CP端輸入時鐘脈沖信號上跳沿到來之時，觸發(fā)器才處于工作狀態(tài)，若D=1，觸發(fā)器便翻轉(zhuǎn)到Q=1的高電平狀態(tài)，若D=0，則Q=0，也就是時鐘脈沖上跳沿到來之時，觸發(fā)器便翻轉(zhuǎn)到與D端在那一時刻電平相同的狀態(tài)。當(dāng)時鐘信號處于下降沿或低電平狀態(tài)時，觸發(fā)器保持上一個時鐘脈沖信號上跳沿到來之時觸發(fā)器所翻轉(zhuǎn)的狀態(tài)，與D端控制信號電平無關(guān)。3、D觸發(fā)器工作波形圖右中圖為D觸發(fā)器工作波形圖。在時鐘端CP第1個時鐘脈沖信號上跳沿到來之時，觸發(fā)器會發(fā)生翻轉(zhuǎn)，其翻轉(zhuǎn)的狀態(tài)由D端信號電平高低來決定，此時D端為低電平，觸發(fā)器還翻轉(zhuǎn)在Q端為低電平、Q為高電平的狀態(tài)。在t2時刻，雖然D端所施加的數(shù)據(jù)信號由低電平躍升到高電平，但并不能使觸發(fā)器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，直到t3時刻，也就是CP端第2個時鐘脈沖信號上跳沿到來之時，觸發(fā)器才發(fā)生翻轉(zhuǎn)，由于上跳沿時刻之前D端為高電平，Q端翻轉(zhuǎn)到高電平。在t3t4時刻之間，盡管數(shù)據(jù)端D的信號已由高電平下跌到低電平，在t5時刻CP脈沖信號由高電平跌至低電平，但是D觸發(fā)器始終處于保持狀態(tài)，直到t6時刻第3個脈沖信號上跳沿到來之時，觸發(fā)器才發(fā)生翻轉(zhuǎn)，由于D端為低電平，D觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)到低電平狀態(tài)。4、D觸發(fā)器邏輯功能右下圖為D觸發(fā)器邏輯功能實驗電路。接通電源開關(guān)SB1，D觸發(fā)器各輸入端開關(guān)都斷開，觸發(fā)器處于高電平狀態(tài)，Q為高電平，紅色發(fā)光二極管點(diǎn)亮。按下SB3，Rd端為低電平，D觸發(fā)器被復(fù)位，輸出端Q為低電平，紅色發(fā)光二極管熄滅，Q端為高電平，綠色發(fā)光二極管點(diǎn)亮，松開SB3不影響觸發(fā)器復(fù)位狀態(tài)。按下SB4，Sd端為低電平，D觸發(fā)器被置位，紅色發(fā)光二極管點(diǎn)亮，綠色發(fā)光二極管熄滅，松開SB4不影響觸發(fā)器置位狀態(tài)。同時按下SB3和SB4，紅色、綠色發(fā)光二極管一齊點(diǎn)亮，D觸發(fā)器處于不定態(tài)，再按下或松開SB2或SB5控制開關(guān)，不影響D觸發(fā)器不定態(tài)。當(dāng)SB3、SB4斷開，Sd=Rd=1，D觸發(fā)器處于保持狀態(tài)，這時發(fā)光二極管可以是紅色亮、綠色滅，也可以是紅色熄滅、綠色點(diǎn)亮兩個穩(wěn)態(tài)。當(dāng)SB3、SB4斷開，SB2閉合時，CP端接通VCC，CP端由低電平上升為高電平，產(chǎn)生一個上跳沿時鐘脈沖信號，觸發(fā)D觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)后的狀態(tài)由數(shù)據(jù)端D的電平來決定，若先前松開SB5，D=1，D觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)后Q=1，紅色發(fā)光二極管點(diǎn)亮；若先按下SB5，D=0，D觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)后Q=1，綠色發(fā)光二極管點(diǎn)亮。第二章、密碼電子鎖的設(shè)計第一節(jié)、密碼電子鎖的運(yùn)行一、密碼電子鎖的電路運(yùn)行原理圖1.原理電路圖：2.原理框圖：二、密碼電子鎖電路功能介紹1、 電源部分 附圖1 市電電壓轉(zhuǎn)化為5V直流電壓電路圖 本電路電源采用市電供電，220V市電通過變壓器B降壓成12V的交流電,再經(jīng)過整流橋整流、LM7805穩(wěn)壓到5V電路，由于本電路功耗較少，所以選用10W的小型變壓器。電路如上圖所示：2、 四位密碼鎖主體電路。附圖2 74LS74雙D觸發(fā)器引腳圖在密碼鎖電路原理圖中，四個D觸發(fā)器N1、N2、N3、N4構(gòu)成四位密碼電路，本電路密碼設(shè)定為1357。密碼電子鎖中數(shù)字的顯示部分主要由10個小按鍵組成，其中7個按鍵為密碼輸入鍵，分別為S1S7，輸入二進(jìn)制代碼信號到四個D觸發(fā)器去控制各觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)，達(dá)到密碼開鎖的目的。其中S1、S3、S5、S7分別是1、3、5、7四位密碼的按鈕端。剩余的兩個按鍵中K1為調(diào)試鍵，調(diào)試電子門鈴能否正常工作，在按下K1并立即松手，門鈴應(yīng)正常工作；K2為清零鍵，在觸發(fā)器工作之前，按下K2并松手使得四個主觸發(fā)器均清零。K3為置位鍵，按下K3把觸發(fā)器N0輸出端的初始狀態(tài)置位到Q0端。為了防止外界對按鍵的干擾產(chǎn)生的錯誤報警，我們對小按鍵進(jìn)行了防抖措施，采用機(jī)械式防抖，對選用的按鍵必須要裝有彈簧，這要才能防止外界輕微的作用力對按鍵的干擾。定義高電平為“1”，低電平為“0”。平時四個主D觸發(fā)器皆懸空，相當(dāng)于1狀態(tài)，觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。當(dāng)密碼輸入正確時Q4輸出為1，密碼鎖打開，LED綠燈亮；當(dāng)密碼輸入錯誤時Q4輸出為0，密碼鎖不能打開，LED紅燈亮。電阻R2、R3對發(fā)光二極管起著分壓作用。3、 延時電路與電子門鈴控制電路觸發(fā)器N0主要起到對延時電路與電子門鈴控制電路的控制作用，定義觸發(fā)器N0的輸出初始狀態(tài)為1。經(jīng)RC振蕩回路的延時，（其中R5=75 k,C5=100uF）以達(dá)到延時5s的目的；又經(jīng)RC振蕩回路的延時，（其中R4=300 k，C4=100uF），揚(yáng)聲器發(fā)出持續(xù)20s的報警信號。其中延遲時間可用tRCln2求得；三極管的作用是為了把揚(yáng)聲器的聲音放大，揚(yáng)聲器的功率為0.5W。其余門電路功能見下面原理部分。第二節(jié)、密碼電子鎖電路工作原理輸入密碼正確時，在密碼鎖主體電路中，當(dāng)按下S1時，CP1輸入為0，松手后S1自動恢復(fù)為1，此時CP1獲上升沿，使得Q1=D1=1；再按下S3，CP2輸入為0，松手后S3自動恢復(fù)為1，CP2獲上升沿，此時Q2=D2=Q1=1；同理，按下S5松手后，Q3=D3=Q2=1，按下S7并松手后Q4=D4=Q3=1。所以密碼鎖打開，此時LED綠燈亮，LED紅燈滅。此時G3門輸出為1，G2門輸出為0，四個觸發(fā)器N1N4清零，恢復(fù)到初始狀態(tài)。在密碼輸入正確的情況下G6門輸出為1，以使電子門鈴輸入為無效電平即為0，則電子門鈴總是不報警的。輸入密碼錯誤時，即輸入的密碼不是1357時，N1N4四個觸發(fā)器中總有一個CP不能輸入脈沖電壓，即CP不能突變，導(dǎo)致輸出Q4=0，即密碼鎖不能打開，此時LED紅燈亮，LED綠燈滅。其中S1S7中的任意鍵按住的瞬間，G10門的輸出總為0，使觸發(fā)器N0清零，使得Q0端輸出為0，此時松開按鍵也不會使Q0的輸出改變，從而G7門輸出為1。因為電容C5兩端電壓不能突變，所以此時G8兩個輸入端分別為1和0，輸出為1，則G6輸出為1，G5輸出為0，故G4門輸出為0，此時電子門鈴不工作，即不報警。當(dāng)C5充電達(dá)到1時，約經(jīng)過5s時間，G8的輸入端均為1，則輸出為0，此時G6輸出為0，G5輸出為1，同理此時C4兩端電壓不能突變，則G4輸出為1，此時電子門鈴報警；當(dāng)C4充電達(dá)到1時，約經(jīng)過20s時間，G4輸出為0，此時電子門鈴?fù)Ｖ箞缶?。?dāng)電子門鈴?fù)Ｖ箞缶?，按住K3端不放，此時觸發(fā)器N0置位，Q0輸出為1，G7輸出為0，此時C5開始放電，G8始終輸出為1即G6輸出為1，G5輸出為0；同理C4開始放電，因為C4兩端電壓剛達(dá)到1不久，所以放電時很快就能達(dá)到低電平0，在C4放電時兩端電壓電平為1時，G4輸出為1，電子門鈴可能會報警很短的一段時間，報警結(jié)束后放開K3鍵。C4與C5會自動放電直至0為止，此時延時電路與電子門鈴控制電路恢復(fù)到初始狀態(tài)。另外一邊當(dāng)G6輸出為0時G3輸出為1，G2輸出為0，四個觸發(fā)器N1N4清零，恢復(fù)到初始狀態(tài)。以上就是密碼電子鎖電路的工作原理，使得密碼鎖能夠正常工作。第三節(jié)、實驗設(shè)備與器材10W的小型變壓器一臺 萬用表一塊 D觸發(fā)器74LS74S三片 六反相器74LS04一片 插件板一塊 四二輸入與非門74LS00一片 LED發(fā)光二極管二只 三極管9013一個 四二輸入異或門74LS86一片 集成門鈴CL9300A一片 8/0.5W揚(yáng)聲器一只 雙四輸入與門74LS21一片 四二輸入與門74LS08一片 100uF、1000uF電容各二個 0.01uF電容一個 無鎖按鈕開關(guān)十個 510/0.5W電阻兩只 300k/0.5W、75k/0.5W、1 M/0.125W電阻各一只 三端穩(wěn)壓器LM7805一臺 四二輸入或門74LS32一片第三章、設(shè)計總結(jié)心得及參考文獻(xiàn)以上為我們小組所設(shè)計的密碼電子鎖電路，它經(jīng)過多次修改和整理，已經(jīng)是一個比較不錯的設(shè)計。但因為水平有限，此電路中也存在一定的問題，譬如說電路的密碼不能遺忘，一旦遺忘，就很難打開。通過這一段時間的設(shè)計研究，我們感覺有很大的收獲：首先，通過設(shè)計研究使我們對課本上的知識可以應(yīng)用于實際，使得理論與實際相結(jié)合，加深對課本知識的更好理解，同時也鍛煉了我們的思維能力：其次，我們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。對我們學(xué)生來說，理論與實際同樣重要，這是我們以后在工作中證明自己能力的一個重要標(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)計研究中，我們感受到了團(tuán)隊配合的精神，我們分工明確，每個人都有屬于自己的任務(wù)。經(jīng)過整合總結(jié)，我們得出了我們的成果，因為我們始終堅信我們是一個團(tuán)隊！設(shè)計過程中存在的問題：1、集成門鈴CL9300A如何工作？2、如