數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計電子密碼鎖

1、課程設(shè)計說明書課程名稱：數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計題目:電子密碼鎖學(xué)生姓名：專 業(yè)：班 級：學(xué) 號：指導(dǎo)教師：日 期：年月日電子密碼鎖一、設(shè)計任務(wù)與要求1. 用電子器件設(shè)計制作一個密碼鎖，使之在輸入正確的代碼時開鎖。2. 在鎖的控制電路中設(shè)一個可以修改的 4 位代碼，當(dāng)輸入的代碼和控制電路 的代碼一致是鎖打開。3. 用紅燈亮、綠燈滅表示關(guān)鎖，綠燈亮、紅燈滅表示開鎖4. 如 5s 內(nèi)未將鎖打開，則電路自動復(fù)位進入自鎖狀態(tài)，并發(fā)報警信號。二、方案設(shè)計與論證1、用按鍵輸入四位十進制數(shù)字，輸入密碼要存儲。2 、比較輸入密碼和原始密碼。當(dāng)輸入正確密碼時，給出開鎖信號，開鎖信號 用一個綠色指示燈表示， 綠燈亮表

2、示密碼輸入正確； 如果輸入密碼不正確， 用紅 燈表示。3 、鎖的開關(guān)用紅燈和綠燈表示， 一次只能亮一盞。 紅燈亮、綠燈滅表示關(guān)鎖， 綠燈亮、紅燈滅表示開鎖。4 、設(shè)置倒計時電路和自鎖電路。如果密碼在 5s 內(nèi)未能輸入正確則發(fā)出報警 聲，并且自鎖電路。5、設(shè)置密碼設(shè)置開關(guān)，開關(guān)閉合后，允許設(shè)置密碼，設(shè)置好密碼后，打開此 開關(guān)。6、需要在輸入密碼開始時識別輸入，并由此觸發(fā)計時電路。方案一 用 74LS147 譯碼器來把按鍵輸入轉(zhuǎn)化為二進制。通過 8 片四位寄存器74LS194實現(xiàn)密碼功能，其中四片用來存儲預(yù)置密碼，另四片則用來存儲輸入 的密碼。當(dāng)密碼開始輸入時開始計時，通過 74LS192計數(shù)器實

3、現(xiàn)計時功能；然后 在密碼輸入期間，用74LS138數(shù)據(jù)選擇器來選片存儲。數(shù)據(jù)選擇器的輸入端又一 個兩位的二進制的加法計數(shù)器來控制，當(dāng)鍵盤有按鍵輸入時計數(shù)器就加 1，當(dāng)一 個按鍵按完后會輪到下一個芯片存儲。 自鎖功能利用74LS138來控制。通過四片 74LS85 芯片判斷原始密碼和輸入密碼是否相同，接著用指示燈來表示密碼的輸 入正確與否，如果密碼沒有輸入正確的話，則紅燈亮，否則則綠燈亮。若是沒在 規(guī)定時間輸入正確密碼，則會發(fā)出警報信號（蜂鳴器響） 。方案二也用74LS147譯碼器來把按鍵輸入轉(zhuǎn)化為二進制。通過 8片四位寄 存器74LS175實現(xiàn)密碼的存儲問題。用四個雙 D觸發(fā)器來組成一個位移控

4、制器 來控制74LS175的存儲密碼，當(dāng)鍵盤有輸入時雙 D觸發(fā)器組成的位移寄存器的 輸出就會往右位移一位。計數(shù)器用 555單穩(wěn)態(tài)電路來計時。輸入密碼時，鍵盤有 按鍵輸入就開始計時， 單穩(wěn)態(tài)電路輸出一個脈沖， 等脈沖過后判斷密碼鎖是否已 解鎖，若就沒解鎖則自鎖電路。通過四片 74LS85芯片判斷原始密碼和輸入密碼 是否相同， 接著用指示燈來表示密碼的輸入正確與否， 如果密碼沒有輸入正確的 話，則紅燈亮，否則則綠燈亮。若是沒在規(guī)定時間輸入正確密碼，則會發(fā)出警報 信號。三、單元電路設(shè)計與參數(shù)計算方案一和方案二對比， 我選擇了方案一。 原因是：方案一中的倒計時單路 方便顯示， 比較直觀。 而且方案一的

5、總體思路是用一個數(shù)據(jù)總線和一個地址線來 控制信號的輸入存儲，比起方案二更優(yōu)秀。所以我選擇了方案一。1、按鍵輸入和按鍵信號識別由圖可以看到左邊的是按鍵，按鍵J1, J2J9, J0，分別對應(yīng)數(shù)字1-9 ,0.按鍵的一邊接了高電平，一邊接到74LS147的輸入端。當(dāng)有按鍵被按下去的時 候，74LS147芯片和按鍵連接的輸入端就會為低電平。此時，74LS147工作，把輸入按鍵端的輸入信息化為二進制碼。比如說，當(dāng)J1被按下去時，74LS147芯片的輸入1端就會輸入一個低電平，然后芯片把該信息轉(zhuǎn)化為二進制碼0001。圖中的四個與門是用來檢測鍵盤按鍵輸入的。當(dāng)鍵盤有按鍵輸入時，和與門相連的與門輸入端就會出

6、現(xiàn)一個低電平與門的輸出就為0，表示為有按鍵輸入，當(dāng)不按按鍵時，與門的輸出為高電平，即是輸出1.由于74LS147芯片是反碼輸出，所以要在輸出端接上一個非門。時74LS194芯片實行左移功能,每當(dāng)按鍵有按鍵輸入時，按鍵識別與門的電平就 會發(fā)生變化，與門就會向74LS194芯片輸入一個脈沖信號，使該芯片啟動進行位 移操作。一開始時QA輸出端是為0,在輸入密碼期間一旦有按鍵輸入該芯片就 會啟動，QA輸出端就會輸出1,然后無論再怎么按按鍵，QA輸出端就一直是為 高電平，該高電平就會輸出到控制計時電路的時鐘脈沖控制與門使計時電路工 作，實現(xiàn)倒計時功能。2 、數(shù)據(jù)儲存數(shù)據(jù)的存儲用到的芯片是74LS194，

7、控制數(shù)據(jù)的存儲功能的芯片也是74LS194,它的主要功能是選片存儲。74LS194為四位雙向移存器。74LS194移 位寄存器中的數(shù)據(jù)可以在移位脈沖作用下一次逐位右移或左移，數(shù)據(jù)既可以并行輸入、并行輸出，也可以串行輸入、串行輸出。16tIT CC2申1 S3DO144rHCT13SD2Q31 25D3CP-c1】7GNDS 1空n1089圖一74LS194移位寄存器的引腳圖以上為74LS194的引腳圖，其中D0D3并行輸入端;S0 S1:操作模式控制端;SR右移串行輸入端CP時鐘脈沖輸入端；Q0Q3:并行輸出端；岳：為直接無條件清零端；SL:左移串行輸入端;通出妙位冨仃曙丁!丄沉昭的功能去如下

8、,入1ft陽】柞犠式LWI Sb心乩DnCP6 Du Di Dj0X! HX!x調(diào)址 握00Q0異刪r辜10 0囂MKXKX X?； Q； (?；送i0 1H1rXXX Ki 爲(wèi) C； C；T7S%旳爭打軸入.MGrkic x0 州舛站i1 01MtXKX X0：遲 a可以看到和74LS194和14LS192的輸出端是連在數(shù)碼管上的，當(dāng)這兩個芯片輸出 一個二進制數(shù)時，數(shù)碼管就會顯示相應(yīng)的十進制數(shù)4、定時器在定時器的選用上，我選用了 74LS192芯片作為一個定時器。7 4LS192是雙時鐘方式的十進制可逆計數(shù)器。（bed,二進制） CPU為加計數(shù)時鐘輸入端，CPD為減計數(shù)時鐘輸入端。LD為預(yù)置

9、輸入控制端，異步預(yù)置。CR為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除。CO為進位輸出：1001狀態(tài)后負脈沖輸出，B0為借位輸出：0000狀態(tài)后負脈沖輸出。74LS192功能表:輸入輸岀冠%F3F2flroQ2QI1XXXX00000.0X決aeb1-cbgQ11XX舅加計數(shù)0i11 V減計數(shù)74LS192引腳圖:FqC 旳 MR TC( TC：u PL Pj Pj 網(wǎng)麗冋 同 而冋麗|jj |?j |jJ LjJ |sj |2J LzJ LlPi G| Qp CPD CPU Q203 GND15105TTPOQOFlQiP2Q2P3Q5CPuTCuCPdTCrPLMR32771213其原理圖如下:vc

10、c山：疋 CLRffPU6DCD HEX74LS1S2DT，U15B 74LS21DU35A74LS74DV11 Hz5 Vi 口圻-L3JLX U14E/ 74LS0W74LS912 芯片的CLR端為0, UP端置1, LOAD端接BO端,組成一個計時器。該電路開始工作時B0端為0首先置數(shù)，置4的二進制數(shù)，即是0100。然后等時鐘脈沖，在密碼輸入時有按鍵輸入時，就會工作，此時，B0端為1,進行二進制減數(shù)。當(dāng)它減到0時，B0就會輸出一個低電平，輸出接旁邊用雙 D觸發(fā)器組成 的二進制制計數(shù)器的時鐘信號輸入端。 當(dāng)雙D觸發(fā)器進1時，輸出Q端就會輸出 0。74LS192芯片的時鐘信號由方波脈沖提供，

11、和脈沖相連的是一與門，與門的 作用相當(dāng)于開關(guān)，它的開關(guān)決定因數(shù)有四個，一個是旁邊的雙D觸發(fā)器Q端輸出 端，開始工作時，觸發(fā)器的Q輸出端為1;第二個因數(shù)是按鍵開關(guān)，當(dāng)鍵盤上有 按鍵輸入時，就會有按鍵識別電路置 1,并保持為1;第三個因數(shù)是選擇是輸入 密碼還是修改密碼的開關(guān)電路傳來的信號，當(dāng)電路的工作狀態(tài)為密碼輸入時，該 與門的輸入端就會置1,否則為0;第四個為方波脈沖信號，該方波脈沖信號會 始終在0和1之間變化。當(dāng)以上四個信號都為1時，該與門就會輸出信號1,其 實，當(dāng)除方波脈沖信號以外的其他三個信號都為 1時，該芯片就會有一個時鐘信 號輸入。當(dāng)雙D觸發(fā)器的輸出端Q為0時，也即是說，倒計時已用完時

12、，與門輸 入端會有一個0輸入，74LS192芯片就會沒有時鐘脈沖信號輸入，倒計時電路不 動。5 、自鎖電路和報警電路在電路的開始工作首先要有兩個條件滿足才行， 一個是74LS192定時器旁的二進 制計數(shù)器的輸出端Q（Q非端）輸出1,即是已經(jīng)倒計時完了；第二密碼鎖還是 為鎖住狀態(tài)，即亮紅燈。該兩個信號用一個與門來判斷，和BO端的連接的輸入端接一個非門。當(dāng)這兩者條件都滿足時就會向自鎖電路發(fā)出一個信號1。其電路如下：有了這先決條件后，與門的信號就會輸入到74LS19 4芯片上，該信號時由0變1為74LS194芯片提供一個脈沖信號。74LS194芯片的SL、SR S0 CLR端接上高電平，把74LS1

13、94構(gòu)成一個右移寄存器，時鐘脈沖端CLR每當(dāng)有一個電平變化時，74LS194芯片的輸出端就會左移一位，低位會補上 1。當(dāng)與門由0變1,輸出端QA就會由0變174LS138的G1端就會置0,此時74LS138輸出端全為1, 輸出信號通過非門后全為0,作為存儲數(shù)據(jù)芯片的74LS194寄存器的S0和S1端 都為0,寄存器的數(shù)據(jù)就會被鎖住，無論寄存器的輸入端為多少輸出端都不會變化。電路就實現(xiàn)了自鎖功能了。當(dāng)電路自鎖時，左邊的位移寄存器74LS194的QA輸出端就會變?yōu)?和QA相連的蜂鳴器就會響，實現(xiàn)報警功能。圖中的 S1開 關(guān)是控制密碼的輸入和設(shè)置密碼功能。當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通下面電路時是輸入密碼狀態(tài)， 當(dāng)開關(guān)

14、撥到上面時是設(shè)置密碼狀態(tài)。每輸入一個數(shù)字數(shù)據(jù)選擇器就會輸入不同的 二進制數(shù)來選擇不同的寄存器讀寫。51益USA 41 504DMLS194OU5FHUZZE2D0 IkU11B74L5IMDML S04DU14Clrannqnlm741 stunU5E6、密碼比較電路密碼比較電路主要是用了U1174LS1MDU1$Z4L b!94Uuib1-_-74LSMD74LS85做為比較器。其簡化電路如下:V774LS1MD1tvcc_Ls 741 SR5D74LS85的AEQB置高電平，即是該芯片的擴展部分的 Qa=Qb使該芯片能正 常比較輸入的兩數(shù)據(jù)大小。分別作為輸入密碼寄存器和預(yù)設(shè)密碼寄存器的輸出

15、端 接上74LS85的輸入端一比較密碼相同位的數(shù)據(jù)是否相同，當(dāng)兩者相同時，74LS85 的OAEQB俞出1,否則輸出0.如此類推再把密碼的不同位進行比較，用四個 74LS85芯片來比較密碼，其 OAEQ接四輸入與門，用來比較四個密碼是否都相 等。其電路如下：LZ- * 954FT醪aSALTS爾 74LS8SDVCC_ASTBAEAL. IBLLSi-1JU-T、QjWISE3EiW注 74LS8&DACFrU20ASTSZEEK3ALTB113074LS85DE3tiSESD2iLT5AlU31ACbo 74L SB5D迂geALTEU16A當(dāng)密碼有一位不相等時，74LS85的輸出端就會有輸

16、出0,四輸入與門就會 輸出0。與門輸出與開鎖、關(guān)鎖電路相連。開關(guān)鎖電路就會識別該信號來決定是 否開鎖。7、開關(guān)鎖電路由上圖可以看到當(dāng)與門輸出為 0時LED1燈亮，當(dāng)與門輸出為1時，LED2亮。LED1 LED2分別為紅燈、綠燈，分別代表著關(guān)鎖、開鎖。即是說，當(dāng)與門輸出為0時鎖處于關(guān)閉狀態(tài)，1時處于打開狀態(tài)。該與門的輸入端接 74LS85比 較器。四、總電路工作原理及元器件清單1 總原理圖電路圖有附件2.電路完整工作過程描述（總體工作原理）電路工作過程如下：首先，進行密碼設(shè)定，用開關(guān) S1實現(xiàn)密碼的輸入和設(shè)定功能。當(dāng)開關(guān) S1 撥到密碼設(shè)定功能時，輸入的密碼就會存儲在密碼鎖存器電路中。然后把開關(guān)

17、S1撥到密碼功能，通過按鈕開關(guān)來輸入密碼。在密碼輸入階段，當(dāng)有按鍵輸入 時，就會激發(fā)5s定時電路進行倒計時。5s后鎖還沒解開就會觸發(fā)自鎖功能， 并且觸發(fā)音響電路，蜂嚀器發(fā)出報警聲。 密碼的輸入都有顯示電路顯示輸入的 密碼。等密碼輸入完后，就會進入開鎖控制電路中。先比較預(yù)設(shè)密碼和輸入密 碼是否相同，如果相同，就會觸發(fā)鎖裝置的開鎖功能，此時，電路的綠燈亮， 紅燈滅；如果密碼不相同，鎖裝置就會亮紅燈，綠燈熄滅，表示鎖被鎖住了。3.元件清單元件序號型號主要參數(shù)（圭寸裝）數(shù)量備注U274LS, 74LS147DIPC-7351DO161U15,U27U16,74LS, 74LS21DIPC-7351DO

18、143U7, U8,U10,U12,U19,U9, U11, U18, U33,74LS,74LS194DIPC-7351DO1610U36U4, U5, U1474LS, 74LS04DIPC-7351DO143U374LS, 74LS192DIPC-7351DO161U21, U3574LS, 74LS74DIPC-7351DO142U174LS,74LS08DIPC-7351DO141U34BUZZER, BUZZEF 200 HzI Gen ericBUZZER1U17,U20,U30, U3174LS, 74LS85DIPC-7351DO164LED1LED redUltiboard

19、LED9R2 5V1LED2LED gree nUltiboardLED9R2 5Vg1U1374LS, 74LS138DIPC-7351DO161五、仿真調(diào)試與分析仿真時候，首先設(shè)置好預(yù)設(shè)密碼，把開關(guān) S1撥到預(yù)設(shè)密碼功能，用按鍵開 關(guān)輸入4位十進制密碼。輸入時，數(shù)碼管顯示相應(yīng)的密碼。然后，把S1開關(guān)撥下，打開輸入密碼功能。用按鍵開關(guān)輸入相應(yīng)的4位十進制密碼。在輸入密碼時， 倒計器開始工作，進行5s倒計時。計時器輸出端連接的數(shù)碼管從 4到0開始倒 數(shù)。計時器未啟動時，數(shù)碼管出現(xiàn)的是數(shù)字 4說明計時器已成功置數(shù)。輸入密碼 寄存器的輸出端接上數(shù)碼管，數(shù)碼管顯示相應(yīng)的輸入密碼。如果5s倒計時完成了后，鎖裝置還是亮紅燈的話，怎么按鍵盤，數(shù)碼管上的數(shù)字始終不變，這說明 按鍵輸入被鎖定了，電路實現(xiàn)了自鎖功能。若密碼正確，綠燈亮，紅燈滅了。這 說明鎖的開鎖功能正常。反之，當(dāng)密碼錯誤時，紅燈就會亮，綠燈就會滅，鎖的 關(guān)鎖功能正常。若密碼錯誤且 5s倒計時已過，就會出現(xiàn)以上所說