數(shù)字邏輯大作業(yè)報(bào)告

1、數(shù)字邏輯大作業(yè)報(bào)告題目：電子密碼鎖的設(shè)計(jì)成員： 指導(dǎo)老師： 目錄1 設(shè)計(jì)要求 .32 工作原理、系統(tǒng)方框圖 .43 各部分選定方案及電路組成、相關(guān)器件說(shuō)明 .154 調(diào)試過程 .165 設(shè)計(jì)結(jié)論 .166 設(shè)計(jì)心得與總結(jié) .177 參考文獻(xiàn) .198 附錄一：總體器件表及相關(guān)器件的功能表、管腳分布 .19附錄二：總體設(shè)計(jì)圖 .29附錄三：仿真結(jié)果 .29附錄四：小組各成員所做工作說(shuō)明 每個(gè)成員對(duì)最終方案的貢獻(xiàn) .31一：設(shè)計(jì)要求（1） 設(shè)計(jì)一個(gè)開鎖密碼至少為4位數(shù)字（或更多）的密碼鎖。（2） 當(dāng)開鎖按扭開關(guān)（可設(shè)置8位或更多，其中只有4位有效，其余位為虛設(shè)）的輸入代碼等于所設(shè)密碼時(shí)啟動(dòng)開鎖控制

2、電路，并且用綠燈亮、紅燈滅表示開鎖狀態(tài)。（3） 從第一個(gè)按扭觸動(dòng)后的5秒內(nèi)若未能將鎖打開，則電路自動(dòng)復(fù)位并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)用綠燈滅、紅燈亮表示關(guān)鎖狀態(tài)。 二：工作原理、系統(tǒng)方框圖1.工作原理圖：2.組成原理：本系統(tǒng)一共分為 九個(gè)部分：1按鍵部分；2輸入數(shù)字儲(chǔ)存部分；3密碼比對(duì)部分4輸入位置儲(chǔ)存選擇部分5輸入倒計(jì)時(shí)部分6鎖定倒計(jì)時(shí)部分7開鎖判斷部分8輸入數(shù)字顯示部分9倒計(jì)時(shí)顯示部分 按鍵部分一共個(gè)按鍵，一端共同姐V電源，另一端各有一個(gè)輸出，作為密碼鎖的輸入端。按鍵后面接，將按鍵輸入的進(jìn)制轉(zhuǎn)換為位二進(jìn)制數(shù)。按鍵后同時(shí)接個(gè)相與的與門，再有按鍵按下時(shí)輸出高電平，并傳遞給鎖定倒計(jì)時(shí)部分和數(shù)字存儲(chǔ)部分。

3、. 輸入數(shù)字儲(chǔ)存部分此部分有3個(gè)小部分，如上圖標(biāo)識(shí)Part 1、Part 2、Part 3Part 1：此部分為一個(gè)74LS290D 用作異步清零模四計(jì)數(shù)器。輸入為從第一部分傳入的信號(hào)，每傳入一個(gè)信號(hào)，輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)的二位二進(jìn)制數(shù)，輸出到Part 2。Part 2：此部分為一個(gè)2-4譯碼器。接收到從Part 1輸出的信號(hào)后，從四個(gè)輸出端對(duì)應(yīng)端口輸出數(shù)據(jù)，并傳入到Part 3.Part 3：此部分為4個(gè)相同的儲(chǔ)存單元組成，每一個(gè)存儲(chǔ)單元為一個(gè)4位寄存器，用以存儲(chǔ)輸入的10進(jìn)制數(shù)。每個(gè)寄存器由4個(gè)高電平觸發(fā)的D觸發(fā)器組成。此部分接收到Part 2傳入的信號(hào)，用以選擇4個(gè)存儲(chǔ)單元中的某一個(gè)。同時(shí)，該存

4、儲(chǔ)單元由于接收到Part 2傳入的高電平信號(hào)，將由第一部分（按鍵部分）傳入的信號(hào)存儲(chǔ)起來(lái)，并將信號(hào)傳入到 密碼比對(duì)部分。. 密碼比對(duì)部分此部分為8個(gè)74194N芯片組成，均分為四組。每組左端的芯片接收到密碼存儲(chǔ)部分Part 3傳入的信號(hào)，并與右端的設(shè)定的密碼相與，然后四組相與的結(jié)果再相與輸出一個(gè)信號(hào)。若為1，則由按鍵輸入的密碼與預(yù)設(shè)密碼相同；為0則不同。. 輸入位置儲(chǔ)存選擇部分此部分即為輸入數(shù)字儲(chǔ)存部分 Part 2. 上已描述，此處不再贅述。. 輸入倒計(jì)時(shí)部分此部分由2個(gè)主要Part 組成。Part 1：為74LS290D ，輸入信號(hào)為：第二部分（輸入數(shù)字儲(chǔ)存部分）Part 1輸出的兩位2進(jìn)

5、制信號(hào)相或后與一個(gè)10Hz的時(shí)鐘相與以及第七部分（開鎖判斷部分）輸出信號(hào)，起模五計(jì)數(shù)的功能，即為輸入5秒倒計(jì)時(shí)功能。Part 2：此部分為1個(gè)7448N芯片，將模五計(jì)數(shù)器輸出的兩位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為7段顯示數(shù)碼管的輸入信號(hào)。見第八部分（輸入數(shù)字顯示部分） Part 2. 鎖定倒計(jì)時(shí)部分此部分為一個(gè)模90計(jì)數(shù)器（頻率為1Hz）。開始計(jì)數(shù)信號(hào)為第七部分（開鎖判斷部分)的輸出信號(hào)，即首次輸入并判斷后開始計(jì)時(shí)。當(dāng)超出90秒后，將鎖定燈點(diǎn)亮。未超出90s時(shí)，輸出信號(hào)與第七部分（開鎖判斷部分)相與，共同判斷是否開鎖。. 開鎖判斷部分此部分為一個(gè)7474N D型觸發(fā)器。，輸入信號(hào)為第三部分（密碼比對(duì)部分）輸出的

6、0或1，時(shí)鐘為第五部分（輸入倒計(jì)時(shí)部分）。輸出信號(hào)與第六部分（鎖定倒計(jì)時(shí)部分）相與，共同判斷是否開鎖。. 輸入數(shù)字顯示部分此部分輸入信號(hào)為第二部分（輸入數(shù)字儲(chǔ)存部分）輸入存儲(chǔ)的結(jié)果每一組存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)（即由第一部分（按鍵輸入部分）輸入的數(shù)據(jù)）。經(jīng)由7448 7段顯示譯碼管譯碼為相應(yīng)的信號(hào)輸入到7段顯示器中。. 倒計(jì)時(shí)顯示部分此部分輸入信號(hào)為第五部分（輸入倒計(jì)時(shí)部分）的模五信號(hào)。并經(jīng)由7448 7段顯示譯碼管譯碼為相應(yīng)的信號(hào)輸入到7段顯示器中。10.開鎖、鎖定、鎖死顯示部分此部分為3個(gè)燈，X3、X1、X2，當(dāng)工作時(shí)X2顯示為紅色，當(dāng)解鎖成功是X2熄滅，且X1顯示為綠色，當(dāng)90s倒計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，

7、鎖死提示燈X3亮起。三：各部分選定方案及電路組成、相關(guān)器件說(shuō)明按鍵部分：9個(gè)按鍵、74LS147D芯片、9個(gè)與門輸入數(shù)字儲(chǔ)存部分：74LS290D、74LS139D、16個(gè)D型觸發(fā)器密碼比對(duì)部分：8個(gè)74194N 芯片輸入倒計(jì)時(shí)部分：74LS290D、7448N芯片鎖定倒計(jì)時(shí)部分：2個(gè)74LS290D芯片級(jí)連開鎖判斷部分：D型觸發(fā)器輸入數(shù)字顯示部分、倒計(jì)時(shí)顯示部分：共5個(gè)7段顯示數(shù)碼管開鎖、鎖定、鎖死顯示部分：3個(gè)燈四：調(diào)試過程通過個(gè)路線中插入探針，在輸入過程中顯示電流變化，以追蹤錯(cuò)誤、修正錯(cuò)誤。五：設(shè)計(jì)結(jié)論 根據(jù)基本的數(shù)字邏輯原理能夠設(shè)計(jì)出一定復(fù)雜度的電子密碼鎖。本次課程設(shè)計(jì)，歷時(shí)1個(gè)多星期

8、，經(jīng)過不斷努力、克服各種困難，最終實(shí)現(xiàn)了任務(wù)目標(biāo)。本次設(shè)計(jì)解決的主要問題是輸入密碼存儲(chǔ)及判斷部分。設(shè)計(jì)是理論知識(shí)與實(shí)踐的完美結(jié)合，對(duì)于現(xiàn)代大學(xué)生的實(shí)踐能力是個(gè)很好的培養(yǎng)。短短一個(gè)星期的設(shè)計(jì)時(shí)間雖然短暫，但它給我們的收獲卻是難忘，不僅僅在智能儀器方面有了很大的進(jìn)步，而且在max + plus 2 和 Multisim 等軟件方面也學(xué)到了不少在課上學(xué)不到的知識(shí)。這段時(shí)間，我們查閱了很多關(guān)于課程設(shè)計(jì)的書籍，對(duì)我們的幫助也很大。通過此次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，我們的動(dòng)手實(shí)踐能力和興趣增加了許多。有了這次經(jīng)歷，以后的工作一定會(huì)受益匪淺。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)中，我們也看到了自己的不足。如原理知識(shí)掌握不實(shí)，曾經(jīng)學(xué)過的知識(shí)運(yùn)用方存在

9、缺陷，軟件使用不熟。六：設(shè)計(jì)心得與總結(jié)王一江：作為本次大作業(yè)的主要設(shè)計(jì)人，本人在設(shè)計(jì)制作時(shí)，遇到了許多問題與麻煩，也因此獲得了許多有用的經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)整體電路結(jié)構(gòu)以及細(xì)節(jié)實(shí)現(xiàn)方案時(shí)，通過先畫草圖形成構(gòu)思，然后再進(jìn)行軟件實(shí)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)時(shí)，由于選題的可創(chuàng)造空間較大，在設(shè)計(jì)之初為了減少返工就對(duì)將要實(shí)現(xiàn)的額外功能預(yù)留實(shí)現(xiàn)空間，從而提高了效率，在實(shí)現(xiàn)時(shí)，本小組原本打算用maxplus2進(jìn)行展現(xiàn)，并于其上制作了部分基本功能單元，但由于其仿真效果差，而且仿真真實(shí)度低，且測(cè)試抽象，難以修改，而換用multisim軟件（下文簡(jiǎn)稱MU）全組成員在一天集中學(xué)習(xí)了該軟件的操作方式，以及功能特點(diǎn)，并最終實(shí)現(xiàn)了真實(shí)操作的效果

10、，在此期間我負(fù)責(zé)部分功能單元的實(shí)現(xiàn)與總體設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)（即將各個(gè)功能單元相連接，使得密碼鎖成功使用），在這一部分本人花費(fèi)了很長(zhǎng)世間經(jīng)行調(diào)試與修改，由于MU軟件的仿真程度高，所以設(shè)計(jì)中存在的不恰當(dāng)設(shè)計(jì)被暴露無(wú)遺，多處信號(hào)的競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)導(dǎo)致電路無(wú)法正常工作，于是本人嘗試了多種辦法，并最終通過反向器緩沖使得電路按設(shè)計(jì)正常工作，在七段數(shù)碼管顯示方面，由于MU提供的器件特性在沒串聯(lián)電阻時(shí)數(shù)碼管無(wú)法正常工作，數(shù)字閃爍，起初本人以為是電路設(shè)計(jì)錯(cuò)誤并經(jīng)行了相關(guān)檢驗(yàn)，在最后也未能找到原因，上網(wǎng)查找相關(guān)內(nèi)容后終于解決，好在MU提供的功能十分豐富，所以本小組在調(diào)試時(shí)充分利用了探針檢驗(yàn)電路電壓，在探針的指示下查找線路問題。另

11、外由于MU的一些BUG導(dǎo)致仿真出錯(cuò)難以發(fā)現(xiàn)，但本人用探針指示發(fā)現(xiàn)在產(chǎn)生BUG時(shí)線路電壓一般為未知，于是成功解決相應(yīng)問題。另外作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，除了設(shè)計(jì)制作外還要對(duì)組員進(jìn)行任務(wù)的分配，在人員協(xié)調(diào)安排方面，本人遇到了人員工作能力鑒別，與人員工作積極性的調(diào)動(dòng)問題，在給組員安排任務(wù)后，有組員無(wú)法及時(shí)完成，以及不專心工作的情況發(fā)生，并且影響了項(xiàng)目進(jìn)度，導(dǎo)致項(xiàng)目時(shí)間延長(zhǎng)。在任務(wù)的分配方面，關(guān)于整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)組員無(wú)法完全掌握，因而導(dǎo)致組員對(duì)任務(wù)不理解和完成結(jié)果不合理等問題，使合作效率下降?？傊?，在這次大作業(yè)中，通過各種問題的處理，麻煩的解決，我得到了許多經(jīng)驗(yàn):在設(shè)計(jì)多系統(tǒng)多單元的任務(wù)時(shí)，每個(gè)單元要預(yù)留接口以便

12、最終連接；在制作中遇到根源性問題時(shí)，應(yīng)果斷停止，另辟蹊徑，反而提高效率；在問題出現(xiàn)后要通過多方面的分析，通過各種工具、途徑解決問題，善于使用方便可得的資源；人員安排方面應(yīng)該對(duì)每個(gè)人的能力都做好仔細(xì)的分析，合理的安排任務(wù)；在小組合作時(shí)，預(yù)先制定好標(biāo)準(zhǔn)便于后期處理，在完成自己的部分時(shí)不能偷懶胡做，而應(yīng)該更仔細(xì)認(rèn)真，如果草草處理只可能使后期處理更加困難，導(dǎo)致1+1<1的情況發(fā)生不如一人制作。區(qū)志祥：在這次大作業(yè)中，我加深了對(duì)數(shù)字邏輯這個(gè)課程的理解，把老師課上講的，書上的知識(shí)真正落到實(shí)處來(lái)。在遇到不懂的知識(shí)，或者不了解的芯片時(shí)，通過查詢網(wǎng)絡(luò)，翻找書籍，這鍛煉了我的文獻(xiàn)檢索能力。在具體完成過程中，

13、通過與小組成員間的相互協(xié)作，這其中包含了爭(zhēng)論，頭腦風(fēng)暴，分工合作，互相學(xué)習(xí)幫助等，提高了我團(tuán)隊(duì)合作的能力，以及相互溝通的能力。經(jīng)過了一段時(shí)間的學(xué)習(xí)后，我掌握了max plus2和multisim這兩個(gè)軟件的使用方法，尤其是multisim這款軟件，它具有極其強(qiáng)大的功能，和非常方便的使用方法，這大大加快了我們小組的工作程成：我們學(xué)習(xí)了數(shù)邏輯課程，對(duì)電子技術(shù)有了一些初步了解，但那都是一些理論的東西。通過這次密碼鎖的設(shè)計(jì)，我們把學(xué)到的東西應(yīng)用到實(shí)踐中。從中對(duì)我們學(xué)的知識(shí)有了更進(jìn)一步的了解。在此次密碼鎖的設(shè)計(jì)過程中，更進(jìn)一步的熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了個(gè)芯片的工作原理和其具體的使用方法。也鍛煉了自己獨(dú)立

14、思考問題的能力和通過查看相關(guān)資料來(lái)解決問題的習(xí)慣。雖然這次設(shè)計(jì)的過程并非一帆風(fēng)順，但在實(shí)驗(yàn)中不斷探索檢驗(yàn)，也讓我從中受益。同時(shí)，我進(jìn)一步鞏固了自己運(yùn)用max +plus 2及Multisim 的能力和技巧，在軟件的使用過程中，從安裝程序，到應(yīng)用破解、漢化獨(dú)立完成。七：參考文獻(xiàn)1王玉龍 數(shù)字邏輯實(shí)用教程 清華大學(xué)出版社八：附錄一：總體器件表及相關(guān)器件的功能表、管腳分布 器件名稱管腳分布圖功能介紹7448 7段顯示譯碼管1).7段譯碼功能（LT=1，RBI=1）在燈測(cè)試輸入端（LT）和動(dòng)態(tài)滅零輸入端（RBI）都接無(wú)效電平時(shí)，輸入DCBA經(jīng)7448譯碼，輸出高電平有效的7段字符顯示器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，顯示

15、相應(yīng)字符。除DCBA = 0000外，RBI也可以接低電平，見表1中116行。2).消隱功能（BI=0）此時(shí)BI/RBO端作為輸入端，該端輸入低電平信號(hào)時(shí)，表1倒數(shù)第3行，無(wú)論LT 和RBI輸入什么電平信號(hào)，不管輸入DCBA為什么狀態(tài)，輸出全為“0”，7段顯示器熄滅。該功能主要用于多顯示器的動(dòng)態(tài)顯示。3).燈測(cè)試功能（LT = 0）此時(shí)BI/RBO端作為輸出端， 端輸入低電平信號(hào)時(shí)，表1最后一行，與 及DCBA輸入無(wú)關(guān)，輸出全為“1”，顯示器7個(gè)字段都點(diǎn)亮。該功能用于7段顯示器測(cè)試，判別是否有損壞的字段。4).動(dòng)態(tài)滅零功能（LT=1，RBI=1）此時(shí)BI/RBO端也作為輸出端，LT 端輸入高電

16、平信號(hào)，RBI 端輸入低電平信號(hào)，若此時(shí)DCBA = 0000，表1倒數(shù)第2行，輸出全為“0”，顯示器熄滅，不顯示這個(gè)零。DCBA0，則對(duì)顯示無(wú)影響。該功能主要用于多個(gè)7段顯示器同時(shí)顯示時(shí)熄滅高位的零。7404 6非門Vcc（14腳）為工作電源腳；GND（7腳）為電源地；1、3、5、9、11、13腳分別為反相器通道16的輸入，2、4、6、8、10、12腳分別為反相器通道16的輸出，1腳和2腳對(duì)應(yīng)、3腳和4腳對(duì)應(yīng)，5腳和6腳對(duì)應(yīng)，9腳和8腳對(duì)應(yīng)，11腳和10腳對(duì)應(yīng)，13腳和12腳對(duì)應(yīng)。742901) 異步清零端 R1,R2 為高電平時(shí)，只要置 9 端 S1,S2 有一個(gè)為低電平，就可以完成清零功

17、能；2) 當(dāng) S1,S2 均為高電平時(shí)，不管其他輸入端狀態(tài)如何，就可以完成置9功能；3) 當(dāng) R1,R2 中有一個(gè)以及 S1,S2 中有一個(gè)同時(shí)為低電平時(shí)，在時(shí)鐘端/CP0,/CP1 脈沖下降沿作用下進(jìn)行計(jì)數(shù)操作；4）十進(jìn)制計(jì)數(shù)：應(yīng)將/CP1 與 Q0 連接，計(jì)數(shù)脈沖由/CP0 輸入；5) 二、五混合進(jìn)制計(jì)數(shù)：將/CP0 與 Q1 連接，計(jì)數(shù)脈沖由/CP1 輸入；6) 二分頻、五分頻計(jì)數(shù)：Q0 為二分頻輸出，Q1Q3 為五分頻輸出。7408 4-2輸入與門Vcc（14腳）為工作電源腳；GND（7腳）為電源地；1和2，4和5，9和10，13和12為輸入端；3，6，8，11為輸出端。7432 4-

18、2輸入或門或門 Y=A+B以集成塊的一側(cè)有缺口的為左起：左下1-1A，2-1B，3-1Y；4-2A，5-2B，6-2Y；7-GND；右起：右上8-3Y，9-3A，10-3B；11-4Y，12-4A，13-4B；14-VCC其中A，B為輸入端，Y為輸出端，GND為電源負(fù)極，VCC為電源正極。74139 兩個(gè)2線4 線譯碼器74LS139 為兩個(gè)2線4 線譯碼器，共有 54/74S139和 54/74LS139 兩種線路結(jié)構(gòu)型式，當(dāng)選通端（G1）為低電平，可將地址端（A、B）的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端以低電平譯出。 若將選通端（G1）作為數(shù)據(jù)輸入端時(shí)，139 還可作數(shù)據(jù)分配器。7402 4-2

19、輸入或非門1A4A 輸入端1B4B 輸入端1Y4Y 輸出端7474N 帶置位復(fù)位正觸發(fā)D觸發(fā)器74LS290 二/五分頻十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（1） 異步清零端 MR1,MR2 為高電平時(shí)，只要置 9 端 MS1,MS2 有一個(gè)為低電平，就可以完成清零功能；（2） 當(dāng) MS1,MS2 均為高電平時(shí)，不管其他輸入端狀態(tài)如何，就可以完成置9功能；（3） 當(dāng) MR1,MR2 中有一個(gè)以及 MS1,MS2 中有一個(gè)同時(shí)為低電平時(shí)，在時(shí)鐘端/CP0,/CP1 脈沖下降沿作用下進(jìn)行計(jì)數(shù)操作： 1) 十進(jìn)制計(jì)數(shù)：應(yīng)將/CP1 與 Q0 連接，計(jì)數(shù)脈沖由/CP0 輸入。 2) 二、五混合進(jìn)制計(jì)數(shù)：將/CP0 與 Q1 連接，計(jì)數(shù)脈沖由/