課程設(shè)計說明書密碼鎖

1、燕 山 大 學 課 程 設(shè) 計 說 明 書 共 頁 第 頁燕山大學課課 程程 設(shè)設(shè) 計計 說說 明明 書書題目：題目： 密碼鎖密碼鎖 學院（系）：學院（系）： 電氣工程學院電氣工程學院 年級專業(yè)：年級專業(yè)：1111 級電力系統(tǒng)及其自動化級電力系統(tǒng)及其自動化學學 號：號： 學生姓名：學生姓名： 王正王正 指導教師：指導教師： 任文舉任文舉 鄭兆兆鄭兆兆 教師職稱：教師職稱： 實驗師實驗師 實驗師實驗師 燕 山 大 學 課 程 設(shè) 計 說 明 書 共 頁 第 頁燕山大學課程設(shè)計（論文）任務(wù)書燕山大學課程設(shè)計（論文）任務(wù)書院（系）：電氣工程學院 基層教學單位：電子實驗中心 學 號1101030300

2、24學生姓名王正專業(yè)（班級）電力 1 班設(shè)計題目密碼鎖設(shè)計技術(shù)參數(shù)設(shè)計 3 位密碼鎖，用一個開關(guān)表示設(shè)密碼開鎖當密碼輸入正確時，指示燈亮，表示開鎖成功當密碼輸入錯誤時，蜂鳴器響 5 秒時，表示開鎖失敗設(shè)計要求密碼可以任意設(shè)置，且在數(shù)碼管上顯示用撥碼開關(guān)輸入密碼（位撥碼開關(guān)表示一位數(shù)）在數(shù)碼管上顯示輸入的密碼用蜂鳴器發(fā)出蜂鳴工作量學會使用 Max+PlusII 軟件和實驗箱；獨立完成電路設(shè)計，編程下載、連接電路和調(diào)試；參加答辯并書寫任務(wù)書。工作計劃1.了解 EDA 的基本知識，學習使用軟件 Max+PlusII，下發(fā)任務(wù)書，開始電路設(shè)計；2.學習使用實驗箱，繼續(xù)電路設(shè)計；3.完成電路設(shè)計；4.編

3、程下載、連接電路、調(diào)試和驗收；5.答辯并書寫任務(wù)書。參考資料數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ). 常丹華主編. 電子工業(yè)出版社. 2011 年EDA 課程設(shè)計指導書. 張強主編. 2013 年指導教師簽字基層教學單位主任簽字李鑫濱說明：此表一式四份，學生、指導教師、基層教學單位、系部各一份。年 月 日 燕 山 大 學 課 程 設(shè) 計 說 明 書 共 頁 第 頁目錄目錄第一章第一章 摘要摘要.4第二章第二章 設(shè)計原理設(shè)計原理.52.1 EDA 簡介 .5 2.2 總體設(shè)計思路 .5第三章第三章 模塊設(shè)計及波形仿真模塊設(shè)計及波形仿真.63.1 鎖存器模塊.63.1.1 鎖存器模塊電路圖.63.1.2 鎖存器模塊波形

4、圖.73.2 設(shè)置密碼/開鎖模塊.73.2.1 設(shè)置密碼/開鎖模塊電路圖.83.2.2 設(shè)置密碼/開鎖模塊波形圖.93.3 蜂鳴器模塊.93.3.1 蜂鳴器簡介.93.3.2 蜂鳴器模塊電路圖.103.3.23.3.3 蜂鳴器模塊波形圖.10第四章第四章 總電路圖及波形仿真總電路圖及波形仿真.114.1 總電路圖分析.114.2 總電路圖仿真.12第五章第五章 真值表真值表.135.1 十進制計數(shù)器 74160 真值表.135.2 數(shù)據(jù)比較器 7485 真值表.135.3 總電路部分真值表.14第六章第六章 管腳鎖定及硬件連接管腳鎖定及硬件連接.15第七章第七章 心得體會心得體會 .16 參考

5、文獻參考文獻 .17附：燕山大學課程設(shè)計評審意見表附：燕山大學課程設(shè)計評審意見表燕 山 大 學 課 程 設(shè) 計 說 明 書 共 頁 第 頁第一章第一章 摘要摘要隨著科學技術(shù)的發(fā)展，我們的生活越來越好。而數(shù)字電路產(chǎn)品以其獨特的優(yōu)越性走進我們的生活，為我們的生活帶來方便。 ，包括計算機、電子表、智能儀器表及其它很多領(lǐng)域中，它給我們帶來的不僅是工作上的方便，而且也給我們的生活娛樂添滋加彩。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，我們的生活越來越好。而數(shù)字電路產(chǎn)品以其獨特的優(yōu)越性走進我們的生活，為我們的生活帶來方便。數(shù)字電路主要是基于兩個信號（我們可以簡單的說是有電壓和無電壓） ，用數(shù)字信號完成對數(shù)字量進行算術(shù)運算和邏輯

6、運算的電路我們稱之為數(shù)字電路，它具有邏輯運算和邏輯處理等功能，數(shù)字電路可分為組合邏輯電路和時序邏輯電路。 在這次 EDA 課程設(shè)計中，我的題目是密碼鎖。報告從電路原理著手，首先介紹一下我的設(shè)計思路，其次詳細介紹其各個模塊以及工作原理，然后是用 MAX+PLUSII 設(shè)計的電路模塊，仿真結(jié)果及真值表。最后是此次設(shè)計的心得體會和參考書。燕 山 大 學 課 程 設(shè) 計 說 明 書 共 頁 第 頁第二章第二章 設(shè)計原理設(shè)計原理2.12.1 EDAEDA 簡介簡介EDA（Electronics Design Automation）技術(shù)是隨著集成電路和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展應(yīng)運而生的一種高級、快速、有效的電

7、子設(shè)計自動化工具。它是為解決自動控制系統(tǒng)設(shè)計而提出的，從 70 年代經(jīng)歷了計算機輔助設(shè)計（CAD） ，計算機輔助工程（CAE） ，電子系統(tǒng)設(shè)計自動化（ESDA）3 個階段。前兩個階段的 EDA 產(chǎn)品都只是個別或部分的解決了電子產(chǎn)品設(shè)計中的工程問題；第三代 EDA 工具根據(jù)工程設(shè)計中的瓶頸和矛盾對設(shè)計數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)了統(tǒng)一管理，并提出了并行設(shè)計環(huán)境概念，提供了獨立于工藝和廠家的系統(tǒng)級的設(shè)計工具。EDA 關(guān)鍵技術(shù)之一就是采用硬件描述語言對硬件電路進行描述，且具有系統(tǒng)級仿真和綜合能力。2.22.2 總體設(shè)計思路總體設(shè)計思路 本設(shè)計名稱為密碼鎖，設(shè)計分為三部分:設(shè)置密碼模塊、開鎖模塊、蜂鳴器模塊。通過這三個

8、部分來實現(xiàn)密碼鎖的功能。設(shè)計所要實現(xiàn)的功能為：1、手動用 12 個撥碼開關(guān)設(shè)置三位密碼（0-9） 。2、輸入密碼開鎖，當密碼輸入正確時，指示燈亮，表示開鎖成功。3、當密碼輸入錯誤時，蜂鳴器響三秒，表示開鎖失敗。設(shè)計的主要思路為：本設(shè)計中首先用撥碼開關(guān)設(shè)計密碼，此時的密碼通過數(shù)碼管顯示，用總開關(guān) EN 切換設(shè)置密碼和開鎖。當打開總開關(guān) EN 時，進入設(shè)置密碼狀態(tài)；設(shè)置好密碼后關(guān)閉 EN，進入開鎖狀態(tài)，此時指示燈處于熄滅狀態(tài)。再輸入三位數(shù)字進行開瑣，輸入完畢后打開撥碼開關(guān) ENTER，此時如果輸入的密碼正確則指示燈亮，表示開瑣成功；否則蜂鳴器發(fā)出響聲，并持續(xù) 5 秒鐘，表示開鎖失敗。之后關(guān)閉開關(guān)

9、ENTER，重新輸入密碼后并打開開關(guān) ENTER 可再次驗證。燕 山 大 學 課 程 設(shè) 計 說 明 書 共 頁 第 頁第三章第三章 模塊設(shè)計及波形仿真模塊設(shè)計及波形仿真3.13.1 鎖存器模塊鎖存器模塊在密碼鎖設(shè)計中，我采用十二個 D 觸發(fā)器來實現(xiàn)對設(shè)計的密碼的鎖存，當使能端 EN為高電平時輸入設(shè)計的密碼，設(shè)計好后將使能端 EN 置為低電平，此時密碼被保存在觸發(fā)器中用來跟再次輸入的密碼比較。3.1.13.1.1 鎖存器鎖存器模塊模塊電路圖電路圖在電路中我將四個觸發(fā)器封裝成一個整體，實現(xiàn)對一位密碼（四位二進制數(shù)）的鎖存，其電路及封裝圖如下：圖 3-1 鎖存器模塊電路圖圖 3-2 鎖存器模塊封裝

10、圖燕 山 大 學 課 程 設(shè) 計 說 明 書 共 頁 第 頁3.1.23.1.2 鎖存器鎖存器模塊模塊波形圖波形圖當 EN 端為高電平輸入數(shù)據(jù)，低電平時鎖存。如圖可得到數(shù)據(jù)的鎖存。圖 3-3 鎖存器波形仿真圖3.23.2 設(shè)置密碼設(shè)置密碼/ /開鎖模塊開鎖模塊對于設(shè)計密碼開鎖模塊，我首先用一個總開關(guān) EN 來控制輸密碼和開鎖，當總開關(guān)為高電平時，使鎖存器的使能端為高電平，開始設(shè)計密碼，且設(shè)計的密碼用數(shù)碼管顯示。設(shè)計完成后將總開關(guān)為低電平，即設(shè)計好初始密碼。然后再用撥碼開關(guān)輸入密碼，將輸入的密碼與鎖存器中儲存的密碼比較，同時在數(shù)碼管上顯示。若比較的結(jié)果為相同，則比較器的 AEBO 端輸出高電平，

11、否則該端輸出低電平。燕 山 大 學 課 程 設(shè) 計 說 明 書 共 頁 第 頁3.2.13.2.1 設(shè)置密碼設(shè)置密碼/ /開鎖模塊電路圖開鎖模塊電路圖圖 3-4 設(shè)置密碼/開鎖模塊電路圖為簡化電路，我將上述模塊電路封裝如下：圖 3-5 設(shè)置密碼/開鎖模塊封裝圖燕 山 大 學 課 程 設(shè) 計 說 明 書 共 頁 第 頁3.2.23.2.2 設(shè)置密碼設(shè)置密碼/ /開鎖模塊波形圖開鎖模塊波形圖圖 3-6 設(shè)置密碼/開鎖模塊波形圖由以上波形圖可知，當 EN 端為 1 時，輸入的三位密碼 A,B,C 分別為 2,3,4，當 EN端為 0 時，開始開鎖，當輸入密碼錯誤時，如 0，0，0 或 2,4,4，比

12、較器的輸出 OUT 為0，表示輸入的密碼與初始設(shè)定密碼不同。僅當輸入密碼為 2,3,4 時，比較器的輸出 OUT為 1，表示輸入密碼與初始密碼相同，即開鎖成功；同時三位數(shù)碼管 L0，L1，L2 一直跟蹤顯示輸入的密碼。3.33.3 蜂鳴器模塊蜂鳴器模塊3.3.13.3.1 蜂鳴器簡介蜂鳴器簡介蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型 。本設(shè)計所使用的蜂鳴器模塊包含 1 個蜂鳴器 BUZZER 和一個跳線器 JBUZZER。當使用蜂

13、鳴器時，此跳線器短接。同時獨立擴展下載板 CPLD/FPZA 的 JP2_CF 的 SPEAKER 接高電平時，蜂鳴器工作。燕 山 大 學 課 程 設(shè) 計 說 明 書 共 頁 第 頁 3.3.23.3.2 蜂鳴器模塊電路圖蜂鳴器模塊電路圖圖 3-8 蜂鳴器模塊電路圖3.3.33.3.3 蜂鳴器模塊波形圖蜂鳴器模塊波形圖圖 3-8 蜂鳴器模塊波形圖由上圖可知，當使能端 EN 為高電平時或由設(shè)置密碼/開鎖模塊輸入的 IN 端為高電平時，蜂鳴器不工作；僅當使能端 EN 置為 0（開始比較密碼狀態(tài)） ，且 IN 端輸入為低電圖 3-6 蜂鳴器模塊圖 3-7 蜂鳴器原理結(jié)構(gòu)燕 山 大 學 課 程 設(shè) 計

14、 說 明 書 共 頁 第 頁平時，蜂鳴器工作，響五秒鐘后自動停止。第四章第四章 總電路圖及波形仿真總電路圖及波形仿真4.14.1 總電路圖分析總電路圖分析圖 4-1 密碼鎖總電路圖以上是我設(shè)計的密碼鎖的總電路圖，我將鎖存、加鎖、開鎖、蜂鳴器等復雜的電路封裝成一個模塊，使電路簡單易讀，并分別對模塊進行獨立測試，提高了電路設(shè)計的質(zhì)量。當發(fā)現(xiàn)問題或需要用于其它設(shè)計中時，我僅需對模塊部分進行修改，不僅省時省力，還避免了重復設(shè)計可能引入的差錯。此外，我還增設(shè)了一個確認鍵“ENTER” 。在開鎖狀態(tài)下，當密碼輸入完畢后，打開ENTER 開關(guān)，使該端口輸出高電平，此時指示燈或蜂鳴器才能正常工作。該開關(guān)的引入

15、使題目的要求更易觀察和驗證，同時使設(shè)計更加人性化。燕 山 大 學 課 程 設(shè) 計 說 明 書 共 頁 第 頁4.24.2 總電路圖仿真總電路圖仿真圖 4-2 密碼鎖總波形圖由以上波形圖可知，當 EN 端為 1 時，輸入的三位密碼 NUM0，NUM1，NUM2 分別為5,5,5，此時指示燈 LIGHT 和蜂鳴器 BEEP 均為不工作；當 EN 端為 0 時，進入開鎖狀態(tài)，當輸入的密碼為 3,4,2 并打開確認鍵 ENTER 后，指示燈不亮，蜂鳴器發(fā)聲，并響在 5 秒后停止，表示密碼錯誤；此時拉下 ENTER 鍵并重新輸入密碼 5,5,5，再次打開 ENTER 鍵后指示燈發(fā)亮，蜂鳴器不工作，表示開

16、鎖成功，即輸入的密碼正確。與此同時，三位數(shù)碼管 L0，L1，L2 一直跟蹤實時顯示輸入的密碼。燕 山 大 學 課 程 設(shè) 計 說 明 書 共 頁 第 頁第五章第五章 真值表真值表5.15.1 十進制計數(shù)器十進制計數(shù)器 7416074160 真值表真值表 表 5-1 十進制計數(shù)器 74160 真值表5.25.2 數(shù)據(jù)比較器數(shù)據(jù)比較器 74857485 真值表真值表A AB BALBOALBOAEBOAEBOAGB0AGB00000100000110000101000011100010010001011000110100011110010000101001001101000110110011100

17、0011101001111000111111000001表 5-2 數(shù)據(jù)比較器 7485 真值表燕 山 大 學 課 程 設(shè) 計 說 明 書 共 頁 第 頁由真值表可知，當兩個輸入量 AB 時，ALBO 端輸出高電平，AEBO 和 AGBO 端輸出低電平；當兩個輸入量 AB 時，AGBO 端輸出高電平，AEBO 和 ALBO 端輸出低電平；僅當兩個數(shù)值相等 A=B 時，AEBO 端才能輸出為高電平。因此我們可以利用 AEBO 端判斷兩個輸入量是否相等，即輸入的密碼正確時 AEBO 端輸出高電平，否則輸出低電平為。5.35.3 總電路部分真值表總電路部分真值表表 5-3 總電路部分真值表 此上表可

18、知，當 ENTER 鍵打開，且輸入的密碼與設(shè)定密碼相同時，指示燈亮，密碼不同時，蜂鳴器響；當 ENTER 鍵關(guān)閉時，無論輸入的密碼與設(shè)定密碼是否相同，蜂鳴器與指示燈均布工作。燕 山 大 學 課 程 設(shè) 計 說 明 書 共 頁 第 頁第六章第六章 管腳鎖定及硬件連接管腳鎖定及硬件連接引腳符號引腳符號鎖定鎖定引腳符號引腳符號鎖定鎖定NUM0_0PIN39L0_0PIN136NUM0_1PIN40L0_1PIN135NUM0_2PIN41L0_2PIN134NUM0_3PIN44L0_3PIN133NUM1_0PIN45L1_0PIN132NUM1_1PIN46L1_1PIN131NUM1_2PIN

19、47L1_2PIN128NUM1_3PIN53L1_3PIN127NUM2_0PIN68L2_0PIN142NUM2_1PIN69L2_1PIN141NUM2_2PIN70L2_2PIN140NUM2_3PIN71L2_3PIN139ENPIN73LIGHTPIN12CLKPIN173BEEPPIN38ENTERPIN74W0PIN94W1PIN95W2PIN96 試驗箱上一共有 7 根線，將 PIN68、PIN69、PIN70、PIN71、PIN73、PIN74 分別與外接的六個撥碼開關(guān)相連。PIN173 與 1HZ 脈沖相連。在經(jīng)過前面幾個階段的設(shè)計與驗證后，密碼管的各個模塊已經(jīng)設(shè)計完畢，

20、根據(jù)總體設(shè)計時的方案框圖，將各個子電路組合起來，并且為各個輸入和輸出選擇合適的管腳(如上所示)。將1Hz 的時鐘信號加到計時器 clk 信號上，開關(guān) EN 控制使能端，開關(guān)ENTER 為確認鍵用于確認密碼是否輸入完畢。經(jīng)測試，電路可完美正常工作，可以設(shè)置密碼、開鎖，相關(guān)指示模塊亦能正常指示密碼輸入是否正確，實現(xiàn)了任務(wù)書所要求的全部工作；同時，新加入的 ENTER 鍵能完美決定輸入密碼過程的完成與否，即：僅當確認件 ENTER 按下后，才判斷輸入的密碼是否正確并作出相關(guān)指示。燕 山 大 學 課 程 設(shè) 計 說 明 書 共 頁 第 頁第七章第七章 心得體會心得體會在緊張與忙碌中，一周的 EDA 課程設(shè)計就要結(jié)束了，通過這次設(shè)計，使我對 EDA 產(chǎn)生了濃厚的興趣。特別是當每一個子模塊編寫調(diào)試成功時，心里特別的開心。這次課設(shè)給了我一次自己編寫電路自己上箱實驗的機會使我可以把理論知識應(yīng)用于實踐。在編寫蜂鳴器模塊時，我遇到了很大的困難，一直被定時問題所困擾，解決了這個問題時，我特