計時輸入四位密碼鎖系統(tǒng)

1、沈陽航空航天大學(xué)課 程 設(shè) 計（說明書）計時輸入四位密碼鎖系統(tǒng)設(shè)計班 級 24060401 學(xué) 號 2012040604010 學(xué) 生 姓 名 呼皓 指 導(dǎo) 教 師 徐嵩 沈陽航空航天大學(xué)課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書課 程 名 稱 數(shù)字邏輯課程設(shè)計 課程設(shè)計題目 計時輸入四位密碼鎖系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計的內(nèi)容及要求：一、設(shè)計說明與技術(shù)指標設(shè)計一個計時輸入四位密碼鎖系統(tǒng)，技術(shù)指標如下： 基于555定時器設(shè)計該密碼鎖計時輸入系統(tǒng)，即當輸入第一位密碼時開始計時，10秒內(nèi)要輸入完所有密碼，超過10秒要重新輸入密碼； 該密碼鎖系統(tǒng)用數(shù)碼管顯示所輸入的四位密碼； 設(shè)定開鎖密碼為1011，開鎖條件為：輸入密碼正確

2、并閉合開鎖開關(guān)，開鎖信號為“1”，將鎖打開，并有二極管發(fā)光提示；否則報警信號為“1”，蜂鳴器進行報警提示。 二、設(shè)計要求1在選擇器件時，應(yīng)考慮成本。2根據(jù)技術(shù)指標，通過分析計算確定電路和元器件參數(shù)。3畫出電路原理圖（元器件標準化，電路圖規(guī)范化）。三、實驗要求1根據(jù)技術(shù)指標制定實驗方案；驗證所設(shè)計的電路，用軟件仿真。2進行實驗數(shù)據(jù)處理和分析。四、推薦參考資料1. 童詩白，華成英主編模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M北京：高等教育出版社，2006年五、按照要求撰寫課程設(shè)計報告成績評定表：序號評定項目評分成績1設(shè)計方案正確，具有可行性，創(chuàng)新性（15分）2設(shè)計結(jié)果可信（例如：系統(tǒng)分析、仿真結(jié)果）（15分）3態(tài)度認真，

3、遵守紀律（15分）4設(shè)計報告的規(guī)范化、參考文獻充分（不少于5篇）（25分）5答辯（30分）總分最終評定成績（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評定）指導(dǎo)教師簽字： 2014 年 12 月 26日一、概述本次課程設(shè)計主要設(shè)計一個計時輸入四位密碼鎖系統(tǒng)，由NE555構(gòu)成多諧振蕩器，產(chǎn)生一個穩(wěn)定的脈沖信號，將該信號輸入至由兩個74LS160制作的計時器，利用門電路，74LS194和74LS148來實現(xiàn)密碼輸入和設(shè)置，用74LS85D進行比較，同時用簡單的門電路，蜂鳴器，二極管實現(xiàn)比較輸出。設(shè)計主要包括原理圖的設(shè)計、分解單元的設(shè)計與連接和Multisim圖的正確設(shè)置和接線，做出電路并調(diào)試成功。該課程設(shè)計在飛速

4、發(fā)展的當今社會具有廣泛的應(yīng)用價值，如密碼保險箱的密碼鎖，行李箱，防盜門的密碼都可以通過本課設(shè)實現(xiàn)，為重要物品，文件提供安全保障，增加了生活中的安全系數(shù)，真正的做到貼近生活。通過對課設(shè)的認識與制作的過程掌握Multisim軟件的掌握。二、方案論證設(shè)計一個計時輸入四位密碼鎖，要求輸入的密碼可以顯示，輸入第一位時開始計時，十秒未輸入完清零，十秒內(nèi)輸入正確閉合開鎖鑰匙有發(fā)光提示，否則蜂鳴器報警。方案原理框圖如圖所示10秒計時電路輸入密碼電路開關(guān)控制電路密碼設(shè)置電路輸入鎖存電路 音響電路錯誤內(nèi)置比較電路正確顯示電路圖1 計時輸入四位密碼鎖電路的原理框圖 本次設(shè)計采用的是該方案，由555計時器產(chǎn)生的脈沖信

5、號控制時鐘，清零，思路清晰，結(jié)構(gòu)嚴謹，易于電路的制作與理解，同時節(jié)省材料與資源，性價比高。三、電路設(shè)計1.8421BCD密碼設(shè)置電路74LS148優(yōu)先編碼器，先說一下他的基本原理.他允許同時輸入兩個以上編碼信號。不過在設(shè)計優(yōu)先編碼器時已經(jīng)將所有的輸入信號按優(yōu)先順序排了隊，當幾個輸入信號同時出現(xiàn)時，只對其中優(yōu)先權(quán)最高的一個進行編。74ls148優(yōu)先編碼器管腳功能介紹:為16腳的集成芯片，電源是VCC(16)，GND(8),I0I7為輸入信號，A2,A1,A0為三位二進制編碼輸出信號，IE是使能輸入端，OE是使能輸出端，GS為片優(yōu)先編碼輸出端。通過十個開關(guān)的邏輯組合，輸入到74LS148優(yōu)先編碼器

6、的八個管腳中，從A1，A2，A3中輸出的信號經(jīng)與非門變換輸出到數(shù)碼管中，從而顯示十進制密碼。開關(guān)的意義如圖所示，key=0證明輸入的密碼為零，在數(shù)碼管中顯示為“0”以此類推。圖2 四位密碼設(shè)定系統(tǒng)電路圖2.密碼輸入電路74LS194有五種不同的模式，即并行送數(shù)計存，右移，左移，并行，及清零。其中，3D、2D、1D、0D為并行輸入端；3Q、2Q、1Q、0Q為并行輸出端；RS為右移串行輸入端；LS為左移串行輸入端；1S、0S為操作模式控制端；RC為直接無條件清零端；CP為時鐘脈沖輸入端。74LS194有5種不同操作模式：并行送數(shù)寄存；右移(方向由3Q0Q)；左移(方向由0Q3Q)；保持及清零。通過

7、74LS194實現(xiàn)8421BCD碼的輸入，其中開關(guān)A對應(yīng)數(shù)字1，B對應(yīng)數(shù)字2，C對應(yīng)數(shù)字4，D對應(yīng)數(shù)字8，通過QA,QB,QC,QD的輸出對應(yīng)到數(shù)碼管，通過ABCD四個開關(guān)的組合來實現(xiàn)十進制，然后在通過數(shù)碼管進行顯示，實現(xiàn)密碼輸入及顯示圖3 四位密碼輸入電路圖3.密碼比較電路74LS85D為4位數(shù)值比較器，共有54/7485、54/74S85、54/74LS85三種線路結(jié)構(gòu)形式74LS85D可進行二進制碼和BCD碼的比較，對兩個4位字的比較結(jié)果由三個輸出端（FAB，F(xiàn)AB，F(xiàn)AB輸出。將若干85級聯(lián)可比較較長的字，此時低級位的FAB，F(xiàn)AB，F(xiàn)AB連接到高位級相應(yīng)的輸入AB、AB、AB，并使低

8、位級的AB為高電平。由密碼輸入電路和密碼設(shè)定電路輸出的信號，分別輸入到A、B兩組管腳中，在74LS85D中實現(xiàn)信號的比較，選擇OAEQB管腳輸出，當A、B兩組的輸入完全相同時，輸出1，否則為0，從而對密碼進行比較并輸出到開關(guān)控制及輸出電路，進行處理，比較電路的邏輯表達式為 （L為輸出信號，A、B、C、D為輸入信號）圖4 密碼比較電路圖4.十秒計時電路74LS160是十進制計數(shù)器，它只能記十個數(shù)，從0000-1001（0-9）到9之后再來時鐘信號就回到0，CLK是時鐘信號的輸入端，RCO是輸出端， MR是復(fù)位端，低電頻有效load是置數(shù)信號，當其為低電平時，在時鐘信號作用下讀入D0到D3。為了使

9、161正常工作ENP和ENT端口接高電平，另外D0到D3是置數(shù)端，Q0到Q3是輸出端。當脈沖信號的輸入時，74LS160開始按脈沖的周期計數(shù)，對兩個芯片QA的輸出進行與非門邏輯組合后，輸入到十位芯片的清零端實現(xiàn)重復(fù)計時圖5 十秒計時電路圖5.脈沖信號發(fā)生器采用555定時器芯片成多諧振蕩器電路來產(chǎn)生本實驗所需要的脈沖。因為根據(jù)需要，所用到的幾個脈沖都可以用1000HZ。計算得知，可設(shè)置R1為1K，R2為6.65K，C為100nF。即可以得到約為1000HZ的脈沖。 （T為脈沖信號周期）圖6 脈沖發(fā)生器電路圖6.開關(guān)控制及輸出系統(tǒng)通過簡單的邏輯組合來實現(xiàn)，真值表如下表1 控制輸出電路真值表開關(guān)信號

10、燈蜂鳴器1110100100000100圖7 開關(guān)控制及輸出電路四、性能測試1.脈沖電源的測試表2 脈沖電路測試數(shù)據(jù)表R1值(k)R2值(k)C值(nF)頻率（Hz）周期(s)16.6510010000.001圖8a 脈沖發(fā)生器測試電路圖通過測量輸出信號的波形來判斷脈沖發(fā)生器是否正常輸出示波器圖像圖8b 脈沖發(fā)生器測試示波器圖如圖所示證明脈沖發(fā)生器正常工作2.計時器性能測試圖9a 十秒計時器測試電路圖通過測量QA管腳的示波器圖像來判斷脈沖信號是否正常輸出，計時系統(tǒng)是否完好示波器圖像圖9b 十秒計時器測試示波器圖如圖輸出的圖像說明計時功能正常3.密碼輸入測試圖10a 密碼輸入器測試電路圖測試QA

11、管腳的波形來判斷輸入密碼的情況，根據(jù)波形圖和顯示密碼的比對，判斷密碼輸入系統(tǒng)是否正常工作示波器圖像 圖10b 密碼輸入器示波器圖（PS：輸入測試與設(shè)置測試相同）4.比較電路測試圖11 比較系統(tǒng)測試電路圖當密碼輸入正確時，綠燈亮，當密碼輸入錯誤時，紅燈亮，圖為密碼輸入正確時的亮燈情況5.判斷電路測試a.輸入密碼正確時圖12a 判斷測試電路圖（輸入正確）通過邏輯組合來控制燈和蜂鳴器，當密碼輸入正確，閉合開鎖鑰匙時燈亮，鈴不響，蜂鳴器處示波器圖像如圖所示圖12b 密碼輸入正確時示波器圖b.輸入錯誤時圖12c 判斷測試電路圖（輸入錯誤）當輸入錯誤時燈不亮但鈴響，蜂鳴器示處波器圖像如圖圖12d 密碼輸入

12、錯誤時示波器圖五、結(jié)論這是一個綜合性很強的實驗。也是大學(xué)以來做的較大型的設(shè)計。和以前的實驗完全不同是沒有寫的明明白白的告訴你一步一步要怎么做的實驗書，所以思路不是特別明確。剛開始的時候，有些不知所措，甚至連題目的意思都有點想不明白。之后將題目分割成一個個獨立的模塊進行思考，才有些開竅了。盡管還有一些小的問題沒有解決，但是收獲很大。這也是我們每個人從校園走向工作崗位必須經(jīng)歷的過程。通過這次課程設(shè)計，我們進一步發(fā)現(xiàn)了自己的不足，也找到了自己前進的方向。 六、 參考文獻1李月喬，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)，中國電力出版社2008年2月第一版2董宏偉，數(shù)字電子技術(shù)實驗指導(dǎo)書，中國電力出版社2010年3月第一版3童詩白，華成英主編模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M北京：高等教育出版社，2006年4周巍，黃雄華.數(shù)字邏輯電路實驗.設(shè)計.仿真M.北京：電子科技大學(xué)出版社，2007.5閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006.6趙景波，徐江偉，施敏敏，陳松柏.電路設(shè)計與制版Protel 2004 M.北京：人民郵電出版社，2009附錄I 總電路圖附錄II 元器