數(shù)字邏輯大作業(yè)報告

1、數(shù)字邏輯大作業(yè)報告題目：電子密碼鎖的設(shè)計成員： 指導(dǎo)老師： 目錄1 設(shè)計要求 .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)器件說明 .154 調(diào)試過程 .165 設(shè)計結(jié)論 .166 設(shè)計心得與總結(jié) .177 參考文獻 .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)計圖 .29附錄三：仿真結(jié)果 .29附錄四：小組各成員所做工作說明 每個成員對最終方案的貢獻 .31一：設(shè)計要求（1） 設(shè)計一個開鎖密碼至少為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)密碼時啟動開鎖控制

2、電路，并且用綠燈亮、紅燈滅表示開鎖狀態(tài)。（3） 從第一個按扭觸動后的5秒內(nèi)若未能將鎖打開，則電路自動復(fù)位并發(fā)出報警信號，同時用綠燈滅、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 九個部分：1按鍵部分；2輸入數(shù)字儲存部分；3密碼比對部分4輸入位置儲存選擇部分5輸入倒計時部分6鎖定倒計時部分7開鎖判斷部分8輸入數(shù)字顯示部分9倒計時顯示部分 按鍵部分一共個按鍵，一端共同姐V電源，另一端各有一個輸出，作為密碼鎖的輸入端。按鍵后面接，將按鍵輸入的進制轉(zhuǎn)換為位二進制數(shù)。按鍵后同時接個相與的與門，再有按鍵按下時輸出高電平，并傳遞給鎖定倒計時部分和數(shù)字存儲部分。

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

4、儲單元由于接收到Part 2傳入的高電平信號，將由第一部分（按鍵部分）傳入的信號存儲起來，并將信號傳入到 密碼比對部分。. 密碼比對部分此部分為8個74194N芯片組成，均分為四組。每組左端的芯片接收到密碼存儲部分Part 3傳入的信號，并與右端的設(shè)定的密碼相與，然后四組相與的結(jié)果再相與輸出一個信號。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。. 輸入位置儲存選擇部分此部分即為輸入數(shù)字儲存部分 Part 2. 上已描述，此處不再贅述。. 輸入倒計時部分此部分由2個主要Part 組成。Part 1：為74LS290D ，輸入信號為：第二部分（輸入數(shù)字儲存部分）Part 1輸出的兩位2進

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

6、0或1，時鐘為第五部分（輸入倒計時部分）。輸出信號與第六部分（鎖定倒計時部分）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為第二部分（輸入數(shù)字儲存部分）輸入存儲的結(jié)果每一組存儲單元存儲的數(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)的信號輸入到7段顯示器中。. 倒計時顯示部分此部分輸入信號為第五部分（輸入倒計時部分）的模五信號。并經(jīng)由7448 7段顯示譯碼管譯碼為相應(yīng)的信號輸入到7段顯示器中。10.開鎖、鎖定、鎖死顯示部分此部分為3個燈，X3、X1、X2，當(dāng)工作時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倒計時結(jié)束時，

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)器件說明按鍵部分：9個按鍵、74LS147D芯片、9個與門輸入數(shù)字儲存部分：74LS290D、74LS139D、16個D型觸發(fā)器密碼比對部分：8個74194N 芯片輸入倒計時部分：74LS290D、7448N芯片鎖定倒計時部分：2個74LS290D芯片級連開鎖判斷部分：D型觸發(fā)器輸入數(shù)字顯示部分、倒計時顯示部分：共5個7段顯示數(shù)碼管開鎖、鎖定、鎖死顯示部分：3個燈四：調(diào)試過程通過個路線中插入探針，在輸入過程中顯示電流變化，以追蹤錯誤、修正錯誤。五：設(shè)計結(jié)論 根據(jù)基本的數(shù)字邏輯原理能夠設(shè)計出一定復(fù)雜度的電子密碼鎖。本次課程設(shè)計，歷時1個多星期

8、，經(jīng)過不斷努力、克服各種困難，最終實現(xiàn)了任務(wù)目標(biāo)。本次設(shè)計解決的主要問題是輸入密碼存儲及判斷部分。設(shè)計是理論知識與實踐的完美結(jié)合，對于現(xiàn)代大學(xué)生的實踐能力是個很好的培養(yǎng)。短短一個星期的設(shè)計時間雖然短暫，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。這段時間，我們查閱了很多關(guān)于課程設(shè)計的書籍，對我們的幫助也很大。通過此次設(shè)計實驗，我們的動手實踐能力和興趣增加了許多。有了這次經(jīng)歷，以后的工作一定會受益匪淺。同時在實驗中，我們也看到了自己的不足。如原理知識掌握不實，曾經(jīng)學(xué)過的知識運用方存在

9、缺陷，軟件使用不熟。六：設(shè)計心得與總結(jié)王一江：作為本次大作業(yè)的主要設(shè)計人，本人在設(shè)計制作時，遇到了許多問題與麻煩，也因此獲得了許多有用的經(jīng)驗，在設(shè)計整體電路結(jié)構(gòu)以及細(xì)節(jié)實現(xiàn)方案時，通過先畫草圖形成構(gòu)思，然后再進行軟件實現(xiàn)，在設(shè)計時，由于選題的可創(chuàng)造空間較大，在設(shè)計之初為了減少返工就對將要實現(xiàn)的額外功能預(yù)留實現(xiàn)空間，從而提高了效率，在實現(xiàn)時，本小組原本打算用maxplus2進行展現(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，而且仿真真實度低，且測試抽象，難以修改，而換用multisim軟件（下文簡稱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，并最終實現(xiàn)了真實操作的效果

10、，在此期間我負(fù)責(zé)部分功能單元的實現(xiàn)與總體設(shè)計的實現(xiàn)（即將各個功能單元相連接，使得密碼鎖成功使用），在這一部分本人花費了很長世間經(jīng)行調(diào)試與修改，由于MU軟件的仿真程度高，所以設(shè)計中存在的不恰當(dāng)設(shè)計被暴露無遺，多處信號的競爭冒險導(dǎo)致電路無法正常工作，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)電阻時數(shù)碼管無法正常工作，數(shù)字閃爍，起初本人以為是電路設(shè)計錯誤并經(jīng)行了相關(guān)檢驗，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)試時充分利用了探針檢驗電路電壓，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)致仿真出錯難以發(fā)現(xiàn)，但本人用探針指示發(fā)現(xiàn)在產(chǎn)生BUG時線路電壓一般為未知，于是成功解決相應(yīng)問題。另外作為項目負(fù)責(zé)人，除了設(shè)計制作外還要對組員進行任務(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)動問題，在給組員安排任務(wù)后，有組員無法及時完成，以及不專心工作的情況發(fā)生，并且影響了項目進度，導(dǎo)致項目時間延長。在任務(wù)的分配方面，關(guān)于整個系統(tǒng)的設(shè)計組員無法完全掌握，因而導(dǎo)致組員對任務(wù)不理解和完成結(jié)果不合理等問題，使合作效率下降。總之，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:在設(shè)計多系統(tǒng)多單元的任務(wù)時，每個單元要預(yù)留接口以便

12、最終連接；在制作中遇到根源性問題時，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)該對每個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，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，我加深了對數(shù)字邏輯這個課程的理解，把老師課上講的，書上的知識真正落到實處來。在遇到不懂的知識，或者不了解的芯片時，通過查詢網(wǎng)絡(luò)，翻找書籍，這鍛煉了我的文獻檢索能力。在具體完成過程中，

13、通過與小組成員間的相互協(xié)作，這其中包含了爭論，頭腦風(fēng)暴，分工合作，互相學(xué)習(xí)幫助等，提高了我團隊合作的能力，以及相互溝通的能力。經(jīng)過了一段時間的學(xué)習(xí)后，我掌握了max plus2和multisim這兩個軟件的使用方法，尤其是multisim這款軟件，它具有極其強大的功能，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，我們把學(xué)到的東西應(yīng)用到實踐中。從中對我們學(xué)的知識有了更進一步的了解。在此次密碼鎖的設(shè)計過程中，更進一步的熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了個芯片的工作原理和其具體的使用方法。也鍛煉了自己獨立

14、思考問題的能力和通過查看相關(guān)資料來解決問題的習(xí)慣。雖然這次設(shè)計的過程并非一帆風(fēng)順，但在實驗中不斷探索檢驗，也讓我從中受益。同時，我進一步鞏固了自己運用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、漢化獨立完成。七：參考文獻1王玉龍 數(shù)字邏輯實用教程 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）在燈測試輸入端（LT）和動態(tài)滅零輸入端（RBI）都接無效電平時，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)動信號，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BI/RBO端作為輸入端，該端輸入低電平信號時，表1倒數(shù)第3行，無論LT 和RBI輸入什么電平信號，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態(tài)顯示。3).燈測試功能（LT = 0）此時BI/RBO端作為輸出端， 端輸入低電平信號時，表1最后一行，與 及DCBA輸入無關(guān)，輸出全為“1”，顯示器7個字段都點亮。該功能用于7段顯示器測試，判別是否有損壞的字段。4).動態(tài)滅零功能（LT=1，RBI=1）此時BI/RBO端也作為輸出端，LT 端輸入高電

16、平信號，RBI 端輸入低電平信號，若此時DCBA = 0000，表1倒數(shù)第2行，輸出全為“0”，顯示器熄滅，不顯示這個零。DCBA0，則對顯示無影響。該功能主要用于多個7段顯示器同時顯示時熄滅高位的零。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腳對應(yīng)、3腳和4腳對應(yīng)，5腳和6腳對應(yīng)，9腳和8腳對應(yīng)，11腳和10腳對應(yīng)，13腳和12腳對應(yīng)。742901) 異步清零端 R1,R2 為高電平時，只要置 9 端 S1,S2 有一個為低電平，就可以完成清零功

17、能；2) 當(dāng) S1,S2 均為高電平時，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 中有一個以及 S1,S2 中有一個同時為低電平時，在時鐘端/CP0,/CP1 脈沖下降沿作用下進行計數(shù)操作；4）十進制計數(shù)：應(yīng)將/CP1 與 Q0 連接，計數(shù)脈沖由/CP0 輸入；5) 二、五混合進制計數(shù)：將/CP0 與 Q1 連接，計數(shù)脈沖由/CP1 輸入；6) 二分頻、五分頻計數(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2線4 線譯碼器74LS139 為兩個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）的二進制編碼在一個對應(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，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 二/五分頻十進制計數(shù)器（1） 異步清零端 MR1,MR2 為高電平時，只要置 9 端 MS1,MS2 有一個為低電平，就可以完成清零功能；（2） 當(dāng) MS1,MS2 均為高電平時，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 中有一個以及 MS1,MS2 中有一個同時為低電平時，在時鐘端/CP0,/CP1 脈沖下降沿作用下進行計數(shù)操作： 1) 十進制計數(shù)：應(yīng)將/CP1 與 Q0 連接，計數(shù)脈沖由/CP0 輸入。 2) 二、五混合進制計數(shù)：將/CP0 與 Q1 連接，計數(shù)脈沖由/