數(shù)字密碼鎖數(shù)電課程設(shè)計

1、等級: 課 程 設(shè) 計課程名稱數(shù)字電子技術(shù)課題名稱數(shù)字密碼鎖專 業(yè)電氣工程及其自動化班 級 學 號姓 名指導老師2015年 12 月 23 日報告撰寫要求（此頁不打?。┱n程設(shè)計報告是體現(xiàn)課程設(shè)計成果的載體，具體要求如下：1、課程設(shè)計報告的基本格式（1）說明書統(tǒng)一使用word文檔打印，A4紙張，頁邊距設(shè)置為：上2cm，下2cm，左2.54cm，右2cm。（2）正文采用宋體小四，行間距20磅；1級標題采用黑體小三，2級標題采用黑體四號，3級標題采用黑體小四；1和2級標題上下間距為0.5行。（3）圖表需統(tǒng)一編號，圖標標題采用黑體五號；圖標題在圖片下方，表格標題在表格上方。（4）裝訂順序為：封面、任務(wù)

2、書、報告正文、評分表。2、課程設(shè)計報告的撰寫要求（1）設(shè)計報告正文內(nèi)容為6-10頁為宜，主要內(nèi)容為自己的設(shè)計思路、設(shè)計步驟、關(guān)鍵性步驟的記錄、重要結(jié)果的記錄以及自己本次課程設(shè)計的總結(jié)。報告撰寫要求思路清晰、結(jié)構(gòu)合理、層次清晰，報告簡潔但又要能體現(xiàn)設(shè)計過程。（2）報告中圖表要求清晰、規(guī)范，圖表的尺寸大小適當。（3）課程設(shè)計報告內(nèi)容（僅供參考）：一、課程設(shè)計的任務(wù)要求：本次課程設(shè)計的任務(wù)要求，對照任務(wù)書中的任務(wù)要求。二、設(shè)計方案：對任務(wù)進行分析，提出任務(wù)的可行實現(xiàn)思路，包括系統(tǒng)框圖，各子模塊之間的協(xié)同工作方式（800字）。三、單元電路（子模塊，子程序）分析：繪制各子模塊電路圖，詳細分析其工作原理，

3、包括信號的流向，電路工作條件，數(shù)據(jù)處理，程序流程圖，有限狀態(tài)機工作原理，預期結(jié)果，必要時有子模塊的仿真結(jié)果分析。報告中必須有6-8個主要子模塊分析，每個子模塊分析不少于200字。不得拷貝元件說明書。（2000字）四、系統(tǒng)仿真/測試：對采用FPGA開發(fā)板的同學，必須設(shè)計系統(tǒng)的測試方案，編寫測試程序，打印仿真波形，分析仿真結(jié)果（600字）五、電路安裝調(diào)試：電路的安裝，調(diào)試步驟，調(diào)試過程中遇到的問題是什么？是如何解決的？調(diào)試結(jié)果（包括運行數(shù)據(jù)，圖片）（800字） 六、元件清單：所用元件列表，或所用FPGA資源七、總 結(jié)：整個課程設(shè)計過程中，你覺得學習到了什么，課程設(shè)計過程中自己做的不足的地方有哪些？

4、對自己的學習有何啟示？希望課程設(shè)計過程或者指導老師如何改進？（500字）電氣信息學院課程設(shè)計任務(wù)書課題名稱數(shù)字密碼鎖姓 名專業(yè)班級學號指導老師課程設(shè)計時間2015年12 月 14 日- 2015 年 12 月 23日一、任務(wù)及要求課程設(shè)計任務(wù)可采用數(shù)字電路實驗臺，試驗箱、單片機或FPGA開發(fā)板（由指導老師安排）完成。具體要求如下：1.任務(wù)： 1）設(shè)定的密碼為四位，由“18”八個數(shù)字組成，當輸入密碼正確時，發(fā)出開鎖信號；密碼錯誤時，發(fā)出報警信號，報警時間為35秒；2）輸入密碼后30秒，若無開鎖信號，則電路進入自鎖狀態(tài)，并發(fā)出報警信號；3）用綠色發(fā)光二極管亮表示開鎖，紅色發(fā)光二極管亮（或揚聲器發(fā)聲

5、）表示報警。4）功能擴展：電路具有消抖功能，或者功能擴展自選。2. 要求： 1）思路清晰，給出整體設(shè)計框圖；2）完成各單元電路設(shè)計，給出總電路圖、multisim軟件仿真驗證結(jié)果；3）安裝調(diào)試電路，得出測試結(jié)果；4）.用A4紙寫出設(shè)計報告二、進度安排第一周：周一：布置任務(wù)，查找資料；周二周三：設(shè)計系統(tǒng)方案，仿真；周四周日：領(lǐng)元器件，電路安裝，或程序調(diào)試；第二周：周一周二：電路安裝，調(diào)試，運行或程序調(diào)試，下載運行；周三：結(jié)果驗收；周四：收元器件，整理實驗室，撰寫報告，答辯；周五：資料整理。三、參考資料1、數(shù)字電子技術(shù)第五版 高等教育出版社-閻石 主編 2、電子技術(shù)與EDA技術(shù)實驗實驗及仿真- 孫

6、勝麟、郭照南 主編 目 錄一、課程設(shè)計的任務(wù)要求1二、設(shè)計方案 2三、單元電路（子模塊）分析 2 3.1 防抖開關(guān)的設(shè)計 2 3.2 密碼的存儲與讀取電路 3 3.3密碼的比較電路. 5 3.4 35秒報警電路的設(shè)計 6 3.5 30秒自鎖電路 7 四、系統(tǒng)仿真/測試 8 五、電路安裝調(diào)試 9 六、元件清單 10 七、總結(jié) 11一、課程設(shè)計的任務(wù)要求： 1.任務(wù)： 1）設(shè)定的密碼為四位，由“18”八個數(shù)字組成，當輸入密碼正確時，發(fā)出開鎖信號；密碼錯誤時，發(fā)出報警信號，報警時間為35秒；2）輸入密碼后30秒，若無開鎖信號，則電路進入自鎖狀態(tài)，并發(fā)出報警信號；3）用綠色發(fā)光二極管亮表示開鎖，紅色發(fā)

7、光二極管亮（或揚聲器發(fā)聲）表示報警。4）功能擴展：電路具有消抖功能，或者功能擴展自選。2. 要求： 1）思路清晰，給出整體設(shè)計框圖；2）完成各單元電路設(shè)計，給出總電路圖、multisim軟件仿真驗證結(jié)果；3）安裝調(diào)試電路，得出測試結(jié)果；4）.用A4紙寫出設(shè)計報告二、設(shè)計方案：根據(jù)本次課程設(shè)計的任務(wù)要求，結(jié)合所學知識及實驗室實際可提供的芯片我們可以將本次數(shù)字密碼鎖課題的整體電路細分為以下幾個模塊的電路，即密碼的存儲讀取電路，密碼的比較電路，計時報警電路，計時自鎖電路以及撥鍵開關(guān)的防抖電路。整個電路的設(shè)計系統(tǒng)框圖設(shè)計如下： 圖1 整體電路系統(tǒng)框圖 根據(jù)系統(tǒng)框圖，對密碼的存儲讀取電路我們可以用分別用

8、一片74LS148，74LS160，RAM2114（仿真時由于軟件原因用HM6116代替）來實現(xiàn)。其中74LS148芯片主要起編碼作用，即在輸入端分別連接好8個撥碼開關(guān)，根據(jù)撥碼開關(guān)的開斷情況（每次只撥動一個開關(guān)）使輸出端產(chǎn)生相應的二進制編碼； 74LS160主要起給定地址的作用，電路在第一次存入密碼時，每一個密碼產(chǎn)生的相應二進制編碼在存入存儲器時都需要首先給定相應的地址才能存儲成功。RAM2114則主要起存儲編碼和輸出編碼的作用，即實現(xiàn)“讀”和“寫”的功能，在第一次設(shè)置密碼時存入用戶設(shè)置的4位密碼的二進制編碼，在用戶正式使用輸入密碼時輸出之前存入的密碼編碼 。對密碼的比較電路，本次課程設(shè)計我

9、們使用了74LS85四位數(shù)值比較器芯片。在芯片的輸入端分別與編碼器和存儲器的編碼輸出端相連。 對計時報警電路和計時自鎖電路，本次課程設(shè)計均選擇使用兩片十進制同步計時器74LS160芯片，分別連接成一個30進制和35進制的計數(shù)器來實現(xiàn)。按照要求，應在用戶開始輸入第一個密碼時開始30秒的計時電路，若用戶未能在30秒內(nèi)輸入正確密碼，計時器應該輸入相應信號使得編碼器EI端電平由低電平變?yōu)楦唠娖?，即關(guān)閉編碼器的編碼功能實現(xiàn)自鎖。 在用戶輸錯密碼時，系統(tǒng)開始維時35秒的報警計時并同時給報警信號，在35秒后或者用戶輸入正確的密碼使系統(tǒng)發(fā)出開鎖信號時報警計時方終止。三、單元電路（子模塊）分析：3.1 防抖開關(guān)

10、的設(shè)計 圖2 撥碼開關(guān)的消抖電路 在實際接連線路時，當用戶撥動撥碼開關(guān)時，撥碼開關(guān)開關(guān)不可避免的會產(chǎn)生一些機械抖動，從而使輸出端產(chǎn)生不規(guī)則的震顫脈沖輸出，因此，電路中必須要消除機械開關(guān)的抖動，避免影響正常的功能實現(xiàn)。 如圖所示，本次課程設(shè)計通過使用RS鎖存器，來實現(xiàn)消除機械開關(guān)抖動。RS鎖存器的功能表特性如下： 表1 SR鎖存器的真值表 S R Q Q*1100111101010111100010103.2 密碼的存儲與讀取電路 圖1 密碼的存儲與讀取電路如圖， 密碼的存儲電路由編碼器芯片74LS148，8個撥碼開關(guān)以及計數(shù)芯片74LS160相連接組成。一方面，在用戶每次撥動開關(guān)時由編碼器產(chǎn)生

11、相應的編碼輸入到存儲器的數(shù)據(jù)線（I/O1I/O8）端口準備存儲，另一方面在用戶撥動開關(guān)時編碼器的GS端會產(chǎn)生相應的由高電平變?yōu)榈碗娖降拿}沖，將這一脈沖接入計數(shù)器74LS160的CLK端，每當撥碼開關(guān)動作一次時，計數(shù)器就會計數(shù)一次，與此同時產(chǎn)生的4個不同的地址輸入存儲器的地址端口。密碼的存儲時，應該要遵循先給地址，再存編碼數(shù)據(jù)的原則，這樣數(shù)據(jù)才能穩(wěn)定的被存儲。 74LS148 的功能表和引腳圖如下： 圖2 74LS148 的功能表和引腳圖HM6116 存儲器的功能表如下 表2 HM6116的功能CEOEWE方式I/O引腳HXX待用（未選中）高阻LLH讀出DoutLXL寫入Din 3.3密碼的比較

12、電路 圖3 密碼的比較電路 密碼的比較電路由芯片74LS85來實現(xiàn)功能。芯片的輸入端口分別接從編碼器編碼輸出端和存儲器的數(shù)據(jù)輸出端，以此來比較用戶輸入的密碼和先前用戶設(shè)置的密碼。由74LS85的功能表可知，將選擇使輸入端的使能端AB ,AB端接地，A=B端接高電平時，即能使得芯片輸出端口在比較兩組編碼為相同時產(chǎn)生相應脈沖對正確的編碼次數(shù)進行計數(shù)，當輸入四次正確時，觸發(fā)開鎖信號，綠燈亮；若比較為不同時紅燈亮，即觸發(fā)報警電路開始報警。 74LS85比較器的功能表如下： 圖4 74LS85的功能表3.4 35秒報警電路的設(shè)計 圖5 密碼鎖的35秒報警電路 當由比較電路產(chǎn)生“不等”信號（即輸入的密碼與

13、先前用戶設(shè)置的密碼不同）時，開始啟動報警電路。當產(chǎn)生報警信號時，經(jīng)過一個鎖存器將信號保存，與三態(tài)門的EN端鏈接，信號源開始不斷給脈沖，當計數(shù)到35秒時，報警燈滅，三態(tài)門EN端呈高阻態(tài)，信號源停止將脈沖輸入到計數(shù)器的CLK端，計數(shù)停止。另外，當用戶在報警的35秒時間段內(nèi)輸入了正確的密碼使產(chǎn)生了開鎖信號時，報警也應該停止，可以用一個如圖所示的三態(tài)門EN端前的與門來實現(xiàn)。 其中74LS160的功能表如下： 圖6 74LS160的功能表和管腳圖 3.5 30秒自鎖電路 圖7 密碼鎖的30秒自鎖電路 根據(jù)要求，系統(tǒng)應該在用戶輸入密碼（而不是設(shè)置密碼）時輸入第一個密碼起，就開始30秒的計時，若30秒內(nèi)系統(tǒng)

14、沒有產(chǎn)生開鎖信號則會產(chǎn)生自鎖，用戶無法再輸入密碼。首先應在儲存器的讀寫開關(guān)處設(shè)計邏輯關(guān)系，使得當用戶正式輸入密碼（存儲器為“讀”狀態(tài)）時，撥動第一個撥碼開關(guān)，編碼器GS輸出端產(chǎn)生一個脈沖信號，經(jīng)由一個鎖存器保持這個信號，再將這個信連接到信號源前三態(tài)門的EN端，使得三態(tài)門處于導通狀態(tài)，30秒計數(shù)開始。若30秒內(nèi)，用戶輸入了正確密碼，系統(tǒng)產(chǎn)生開鎖信號，30秒的計時停止；30秒內(nèi)，若系統(tǒng)無開鎖信號，30秒時將產(chǎn)生一個脈沖與編碼器74LS148的EI輸入端相連，使得EI端由低電平變?yōu)楦唠娖?，編碼器無法再次編碼從而實現(xiàn)“自鎖”功能。4、 系統(tǒng)仿真/測試： 將上述各模塊電路連成整體后整體電路圖如下： 圖8

15、 整體電路圖實際接線情況如下： 圖9 實際接線圖5、 電路安裝調(diào)試： 本次課程設(shè)計中我們主要遇到了以下幾個問題： 1）在實際調(diào)試的時候發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生地址的74LS160計時器工作不能穩(wěn)定工作，極容易 發(fā)生跳變，給出錯誤的地址。最后通過詢問指導老師才了解到，在實際連線測試電路的時候，數(shù)字電路試驗箱上的機械開關(guān)在合斷時總不可避免的會產(chǎn)生機械抖動從而使輸出端產(chǎn)生不規(guī)則的震顫脈沖輸出，使得計數(shù)器在給地址時發(fā)生跳變或者給出錯誤的地址，因此需要在撥碼開關(guān)處用RS鎖存器做一個防機械開關(guān)抖動的電路。按照老師的指導要求增加一個防抖電路后發(fā)現(xiàn)問題得已解決。 2）進行模塊測試的時候，發(fā)現(xiàn)密碼總是不能正確的存儲和讀取，從而

16、導致電路總是錯誤的產(chǎn)生開鎖信號或者報警信號。通過查詢有關(guān)資料我們才了解到存儲器在存儲編碼內(nèi)容時，必須等上一個編碼穩(wěn)定存儲之后才能再次給下一個新的地址存儲下一個編碼內(nèi)容，因此在設(shè)計存儲電路時不能使得編碼數(shù)據(jù)和地址同時進入到儲存器 ，而應該在編碼數(shù)據(jù)輸入之前先預置一個地址，按照此方法連接電路后發(fā)現(xiàn)密碼鎖存儲與讀取電路工作正常。六、元件清單：元器件數(shù)量74LS148174LS279374LS160574LS851RAM2114174LS00474LS04474LS08474LS32174LS1252發(fā)光二極管（綠）發(fā)光二極管（紅）七、總 結(jié)：通過這次的數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計，我感覺自己收獲良多，無論是

17、數(shù)字電子技術(shù)的知識方面，還是培養(yǎng)自己動手能力方面。在加深對數(shù)字電路知識理解方面，這次課程設(shè)計使得我第一次將平常在課堂上所學的理論知識完整的運用到了工程實際，使得我能夠比平時的數(shù)電實驗課更加全面和系統(tǒng)的運用我們平常在課堂上所學習過的各種芯片進行相關(guān)的邏輯連接實現(xiàn)相關(guān)的功能，了解到理論知識如何運用到實際工程上的過程，提高了我們對數(shù)字電路這門學科的興趣的同時加深了我對數(shù)字電路如何實現(xiàn)各項功能的理解。在培養(yǎng)實踐能力方面，這次課程設(shè)計中我所選擇的電子密碼所這個課題無論是在仿真設(shè)計還是實際調(diào)試過程中，都遇到了許許多多的難題，有幾個難題比如存儲電路的設(shè)計這里由于一開始我和同組同學一起討論研究了一兩天，用mu

18、ltisim仿真軟件仿真試驗過很多很多次都沒成功，于是情緒都很低落，感到有些挫敗感，最后向指導老師李老師尋求幫助，李老師耐心的幫我們分析了我們電路設(shè)計，查出了我們設(shè)計的錯誤不足之處。最后李老師還語重心長的教導我們我們電氣工程專業(yè)的學生以后無論是學習還是工程實踐中會不斷遇到諸如此類的一系列的難題，因此必須要培養(yǎng)自己的耐心，要有信心。這使得我們深刻認識到搞工程的過程實際上就是一個不斷發(fā)現(xiàn)問題，然后解決問題的過程，所以遇到問題，我們不能退縮，而要迎難而上，勤查與問題相關(guān)的文獻資料，多與同學老師交流，分析自己的設(shè)計思想與他人思想的差別之處，不斷試驗，直至解決困難。在此我們也特別要感謝指導老師李老師，不僅給與我們學科知識上的細心指導，同時還給予了我們精神上的鼓勵和指導。同時這里也要感謝一起參加