數(shù)字密碼鎖實驗報告.doc

合肥工業(yè)大學電子設計一、主要要求及指標：1 設置三個正確的密碼鍵，實現(xiàn)按密碼順序輸入的電路。密碼鍵只有按順序輸入后才能輸出密碼正確信號。2 設置若干個偽鍵，任何偽鍵按下后，密碼鎖都無法打開。3每次只能接受四個按鍵信號，且第四個鍵只能是“確認”鍵，其他無效。4能顯示已輸入鍵的個數(shù)（例如顯示 * 號）。5第一次密碼輸錯后，可以輸入第二次。但若連續(xù)三次輸入錯碼，密碼鎖將被鎖住，必須系統(tǒng)操作員解除（復位）。二、設計方案 輸入控制偽碼鍵密碼鍵確認鍵按鍵個數(shù)計數(shù)74LS164復位返回鍵復位鍵值鎖存密碼順序判別亮燈顯示輸出控制亮燈報警密碼正確1.方案原理圖：2. 基本原理：輸入按鍵，當密碼鍵按正確循序按下，密碼信號輸入D觸發(fā)器構(gòu)成的移位寄存器，輸入正確時信號從Q1移到Q3 ，Q3為“1”時輸出密碼正確信號，亮綠燈顯示正確，否則信號傳遞失敗，燈不亮。按鍵同時用74164記錄按鍵個數(shù)，無論密碼鍵還是偽鍵，每次按鍵都產(chǎn)生一個脈沖，輸出一個按鍵信號使一盞燈亮。當最后位按鍵（第四位）不是“確認鍵”時，亮起紅燈提示，重新按鍵。擴展部分：當連續(xù)三次輸入錯碼，74164計數(shù)電路輸出錯誤信號，亮起紅燈報警，同時使用與門控制使密碼鎖被鎖住，此時必須系統(tǒng)操作員解除（復位）。3.設計方案比較：按鍵個數(shù)計數(shù)電路我們考慮了兩個方案。一是：74164記錄按鍵個數(shù)，二是由D觸發(fā)器構(gòu)成移位寄存器計數(shù)。D觸發(fā)器計數(shù)需使用更多元件，且增加電路復雜程度，使安全性穩(wěn)定性大大降低，故我們最終選擇了74164移位寄存器記錄按鍵個數(shù)。三、單元電路設計計算 1、 本電路主要包含四部分，分別是密碼電路、按鍵個數(shù)計數(shù)電路、錯誤輸入計數(shù)電路和防抖電路。2、 密碼電路（硬件固化密碼）1） 工作原理當密碼鍵按正確順序按下，密碼正確信號從Q1移到Q3，Q3為1時表示密碼正確輸入。2） D觸發(fā)器7474N工作原理真值表：時序圖：3） 電路圖本部分由4個D觸發(fā)器和6個開關(guān)構(gòu)成。其中前三個D觸發(fā)器分別代表密碼的三位，第四個D觸發(fā)器是確認鍵。六個開關(guān)中前三個是密碼【1】、【2】、【3】，第四個是確認鍵【space】，第五和第六個是偽碼鍵【4】、【5】。只有按順序輸入【1】、【2】、【3】、【space】時才有高電平信號從第四個D觸發(fā)器輸出，說明密碼正確，如果密碼錯誤或者沒有輸入確認鍵將無法開鎖，第四個D觸發(fā)器輸出信號為低電平。下圖為密碼部分電路： 電路分析:3、按鍵個數(shù)計數(shù)電路（集成的移位寄存器）1） 工作原理無論是密碼鍵還是偽鍵，每次按鍵都要產(chǎn)生一個脈沖。 2）74ls164并出移位寄存器工作原理 真值表： 時序圖： 復位清“0” 復位清“0” 3）電路圖 芯片74LS164，其功能是8位移位寄存器，8端口為時鐘脈沖控制端，9端口為清零端口，3、4、5、6、10、11、12、13端口為輸出端。當A、B為高電平時，8端輸入一個脈沖信號，使QA口輸出高電平，每輸入一個時鐘脈沖信號，移位一次。8端口的時鐘脈沖信號3個密碼鍵和兩個偽碼鍵的按鈕發(fā)出的，每輸入一個密碼或偽碼鍵，都會產(chǎn)生一個時鐘信號送入74LS164的時鐘脈沖端。從而使與3、4、5口相連的LED信號燈依次點亮，最后按下確認鍵。連續(xù)輸入四個密碼而不按下確認鍵，QD口輸出高電平，報警燈亮。每按一次確認鍵，8端口接受一個脈沖，當連續(xù)輸入錯誤三次，5口變?yōu)楦唠娖?，報警燈也會亮起。下面為計?shù)電路部分：4、錯誤輸入計數(shù)電路輸入到74164移位寄存器組成的計數(shù)電路中，每來一個脈沖，就后移一次，5端口接報警信號。復位鍵接入異步清零端清零，當按下復位鍵C，圖中兩個開關(guān)均為報警燈清零鍵，若輸入3個以上按鍵并不按確認鍵則用左側(cè)A開關(guān)清零，若輸入錯誤三次則需要由內(nèi)部人員用右側(cè)C開關(guān)對左側(cè)紅色報警燈進行清零。 5、防抖電路：通常我們使用的按鍵是每個鍵都是一個常開開關(guān)電路。計數(shù)器計數(shù)速度非?？?按鍵、觸點等接觸時易多次接通和斷開的現(xiàn)象。我們感覺不到，但計數(shù)器卻都記錄了下來。如我們只按了一下1，計數(shù)器卻記錄了3次。面對這個問題，我們設計了防抖電路，如下。選擇合適的電阻R和電容C, 并聯(lián)電容，利用電容C的放電延時，保證電容C兩端的充電電壓不會超過非門的開啟電壓。再經(jīng)過施密特反相器整形之后就得到了沒有毛刺的脈沖，實現(xiàn)平波輸入。四、仿真及結(jié)果： 輸入過程：每按一個鍵無論正確密碼還是偽鍵，左上角就亮起一個黃色小燈計數(shù)。各按鍵結(jié)果情況1.按序輸入正確密碼及確認鍵，結(jié)果右上角綠燈亮起，顯示解鎖成功。2.輸入4位密碼無確認鍵，結(jié)果左上角紅色小燈亮起，提示輸入錯誤。可輸入者自行清除，重新輸入。3.前兩次輸入3位錯誤密碼及確認鍵，結(jié)果右上角綠燈不亮，顯示解鎖失敗。4.三次輸入3位錯誤密碼及確認鍵，結(jié)果左上角紅燈亮起，顯示解鎖失敗，且密碼鎖被鎖死，無法再次輸入。需要系統(tǒng)操作員解除（復位）仿真結(jié)果顯示實現(xiàn)了各主要指標及要求。備注：仿真時由于multisim提供的是理想環(huán)境，故防抖電路未畫入其中。五、完整電路圖六、元器件清單表D觸發(fā)器：芯片7474一片；移位寄存器：芯片74164一片；施密特反相器：芯片7414一片；或門芯片7432一片；非門:芯片7404一片；與門7：芯片7408一片；若干個電阻、電容及按鍵。十、參考文獻1李曉輝.數(shù)字電路與邏輯設計.北京:國防工業(yè)出版社,20122吳敏張晨彧戴雷.電工電子實驗與仿真.安徽:安徽人民出版社,20073康華光.電子技