(數(shù)電課程設(shè)計(jì))15位二進(jìn)制密碼鎖設(shè)計(jì)

1、青 島 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院數(shù) 字 電 路 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告論 文 題 目 15位二進(jìn)制密碼鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生專業(yè)班級(jí) 通信工程2011級(jí)1班 學(xué)生姓名（學(xué)號(hào)） 姜海鵬（20112735） 設(shè)計(jì)小組其他同學(xué)姓名（學(xué)號(hào)） 常樂(lè)鵬（20112675 指 導(dǎo) 教 師 宋彩霞 完 成 時(shí) 間 2013.10.23 實(shí) 習(xí) 地 點(diǎn) 信息樓214 機(jī)房 2013年 10月 24日15位二進(jìn)制數(shù)密碼鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)一 課程設(shè)計(jì)目的和任務(wù)1、 設(shè)計(jì)目的（1）熟悉課本知識(shí)。（2）了解數(shù)字電路的基本設(shè)計(jì)思路。（3）掌握電路中各個(gè)芯片的具體功能。（4）體會(huì)從理論到實(shí)踐的思想。（5）學(xué)會(huì)使用Multisim

2、軟件進(jìn)行模擬實(shí)現(xiàn)。（6）提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。2、 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求（1）具有密碼預(yù)置功能。（2）輸入密碼采用串行方式，輸入過(guò)程中不提供密碼數(shù)值信息。（3）當(dāng)輸入15位密碼完全正確時(shí)，密碼鎖打開。密碼鎖一旦打開，只有按下RST復(fù)位鍵時(shí)才能脫離開鎖狀態(tài)，并返回初始狀態(tài)。（4）密碼輸入過(guò)程中，只要輸錯(cuò)1位密碼，系統(tǒng)便進(jìn)入錯(cuò)誤狀態(tài)。此時(shí)，只有按下RST復(fù)位鍵時(shí)才能脫離錯(cuò)誤狀態(tài)，返回初始狀態(tài)。（5）如果連續(xù)3次輸錯(cuò)密碼，系統(tǒng)將報(bào)警。一旦報(bào)警，將清楚錯(cuò)誤此數(shù)記錄，且只有按下RST復(fù)位鍵才能脫離報(bào)警狀態(tài)，返回初始狀態(tài)。二 任務(wù)分析與系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、任務(wù)分析首先，要求其電路設(shè)計(jì)需要具有密碼預(yù)置功能以及要使

3、密碼輸入采用串行輸入，因此需要用到寄存器，如74LS194，集成雙向移位寄存器。又由于是15位二進(jìn)制數(shù)密碼鎖，所以需要用到四個(gè)74LS194。其次，如果輸入十五位密碼全部正確時(shí)，密碼鎖打開。此時(shí)需要用到同步十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，如74LS163。并用彩色指示燈亮?xí)r表示開鎖。此外還需要D觸發(fā)器、SR觸發(fā)器和四輸入與門74LS21等芯片來(lái)輔助這些任務(wù)的完成。再次，如果密碼輸入過(guò)程中，只要輸錯(cuò)一位密碼，系統(tǒng)便進(jìn)入錯(cuò)誤狀態(tài)。因此在每一位密碼比較時(shí)都要判斷是否出現(xiàn)錯(cuò)誤，并且錯(cuò)誤時(shí)使另一個(gè)彩色指示燈亮。當(dāng)連續(xù)三次輸錯(cuò)密碼時(shí)，使系統(tǒng)將報(bào)警，也是需用一個(gè)彩色指示燈亮。這時(shí)還需要一個(gè)十六進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，如74LS16

4、3，讓其計(jì)數(shù)到三時(shí)使指示燈亮。最后，讓一個(gè)開關(guān)RST控制這些指示燈讓其熄滅，并讓所有的電路元件恢復(fù)初始狀態(tài)。2、元器件清單芯片名稱數(shù)量/片74LS194D四位雙向移位寄存器474LS163D十六進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器274LS21D四輸入與門1D_FFD觸發(fā)器2SR_FF_POSSRRS觸發(fā)器2其他門電路，指示燈，5V電源，開關(guān)若干；15HZ脈沖發(fā)生器1個(gè)。 表1 元器件清單3、具體設(shè)計(jì)過(guò)程我們?cè)O(shè)計(jì)的數(shù)字電路圖包含密碼預(yù)置電路、密碼比較電路、計(jì)數(shù)電路、消警報(bào)警控制電路、開鎖封鎖控制電路、錯(cuò)誤初始化控制電路等部分組成。在密碼預(yù)置電路中，第一個(gè)四位移位寄存器74LS194的并行輸出端的高位QD接第二個(gè)四位

5、移位寄存器的右移串行輸入端SR，依次連接。并且第一個(gè)四位移位寄存器74LS194的并行輸入端的低位A端接地。由四片四位移位寄存器74LS194組成十五位移位寄存器。S1,S0位為選擇端，為使能端，S1,S0接高電平時(shí)，移位寄存器處在并行置數(shù)狀態(tài)。此時(shí)，在第一個(gè)四位移位寄存器74LS194的B、C、D端以及第二、三、四的四位移位寄存器74LS194的A、B、C、D端置入密碼；再將S1接低電平，此時(shí)移位寄存器處在右移工作狀態(tài)，密碼預(yù)置完畢。在密碼比較電路中，先控制CLK 脈沖按鍵，移位寄存器并行輸出的最后一位在 D觸發(fā)器輸出并與輸入密碼通過(guò)異或門判斷是否相同，相同時(shí)輸出0，不同時(shí)輸出1。當(dāng)密碼不同

6、時(shí)，比較電路輸出1，即D端為1，D觸發(fā)器上升沿觸發(fā)，Q端輸出高電平，錯(cuò)誤顯示燈亮，系統(tǒng)便進(jìn)入錯(cuò)誤狀態(tài)。按動(dòng)RST鍵，給D觸發(fā)器一脈沖，錯(cuò)誤顯示燈滅，系統(tǒng)脫離錯(cuò)誤狀態(tài)。在計(jì)數(shù)電路中，十六進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器74LS163芯片，EP ，ET為選擇端，為使能端。報(bào)警電路：74LS163芯片通過(guò)與門接成三進(jìn)制計(jì)數(shù)器，最低兩位相與作為進(jìn)位，通過(guò)非門控制使能端。比較輸出端控制EP ，ET為1時(shí)，是計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)一次，EP 為0時(shí)，計(jì)數(shù)保持。紀(jì)錄三次時(shí)進(jìn)位，并且計(jì)數(shù)器清零。開鎖電路：十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS163芯片通過(guò)四輸入二與芯片接成十五進(jìn)制計(jì)數(shù)器，由進(jìn)位取反與比較輸出取反相與共同控制使能端，有一端為0則計(jì)數(shù)器清零

7、。錯(cuò)誤計(jì)數(shù)三次進(jìn)位時(shí)，通過(guò)RS觸發(fā)器特性輸出高電平報(bào)警電路開始報(bào)警。報(bào)警持續(xù)直到按下RST鍵時(shí)，改變RS觸發(fā)器輸入使RS觸發(fā)器輸出低電平，脫離報(bào)警狀態(tài)，同時(shí)電路清零。當(dāng)正確計(jì)數(shù)十五次時(shí), 在RS觸發(fā)器S端輸出高電平，R端為低電平，此時(shí)密碼鎖打開。 按下RST鍵，改變RS觸發(fā)器輸入使RS觸發(fā)器S端為低電平，R端為高電平，此時(shí)密碼鎖封鎖。同時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入初始狀態(tài)。系統(tǒng)框圖如下：密碼預(yù)置錯(cuò)誤計(jì)數(shù)正確計(jì)數(shù)密碼比較錯(cuò)誤顯示開鎖電路密碼輸入初始化串行輸出報(bào)警電路 圖1 系統(tǒng)框圖4、確定設(shè)計(jì)方案（各功能電路模塊）（1）密碼預(yù)置電路 圖2 密碼預(yù)置電路如圖2所示，密碼預(yù)置電路是由四片四位移位寄存器74LS194

8、D 組合成十五位移位寄存器， S1，S0為選擇端， 為使能端此時(shí)接高電平，當(dāng)J6開關(guān)接高電平，即S1，S0接高電平時(shí)，移位寄存器在并行輸入狀態(tài)，此時(shí)在第一個(gè)四位移位寄存器74LS194的B、C、D端以及第二、三、四的四位移位寄存器74LS194D的A、B、C、D端置入密碼。關(guān)閉J7并打開，使其產(chǎn)生一脈沖，此時(shí)才將A、B、C、D端的數(shù)預(yù)置。將開關(guān) J6接低電平，即S1接低電平，移位寄存器在右移工作狀態(tài)，再按動(dòng)開關(guān)J7 ，產(chǎn)生脈沖使密碼一位一位的輸出。（2）密碼比較電路以及錯(cuò)誤狀態(tài)電路 DQnQn+1000010101111 圖3 密碼比較電路以及錯(cuò)誤狀態(tài)電路 表2 D觸發(fā)器功能表如圖3所示，此電

9、路通過(guò)兩個(gè)上升沿觸發(fā)的 D觸發(fā)器輸出需比較的密碼，一個(gè)是從Q端輸入的，另一個(gè)是第四個(gè)74LS194D的QD端輸入的。再通過(guò)異或門判斷是否相同,相同時(shí)輸出為0，不同為1。當(dāng)輸出為0時(shí)，D端為0，所以當(dāng)出現(xiàn)脈沖時(shí)指示燈不亮。當(dāng)輸出為1時(shí)，D端為1，所以當(dāng)出現(xiàn)脈沖時(shí)指示燈變亮，出現(xiàn)錯(cuò)誤。（3）報(bào)警狀態(tài)電路SRQnQn+1000000110100011010011011圖4 報(bào)警狀態(tài)電路 表3 RS觸發(fā)器功能表如圖4所示，當(dāng)錯(cuò)誤三次進(jìn)位時(shí)，通過(guò)RS觸發(fā)器特性S輸出高電平，R為低電平時(shí)，報(bào)警電路開始報(bào)警，即指示燈變亮。報(bào)警持續(xù)直到按下RST鍵時(shí)，觸發(fā)器S輸出低電平，R為高電平，此時(shí)脫離報(bào)警狀態(tài)，指示燈熄

10、滅。同時(shí)電路清零。（4）開鎖電路 圖 5 開鎖電路 圖6 消警和封鎖波形圖如圖所示，當(dāng)密碼輸入正確且計(jì)數(shù)為15次時(shí)，在觸發(fā)器S端為1，R端為0，密碼鎖打開，指示燈變亮。如圖6所示，按下RST鍵，此時(shí)S端為0，R端為1，密碼鎖封鎖，指示燈熄滅。同時(shí)電路清零。三 系統(tǒng)實(shí)施1、系統(tǒng)運(yùn)行操作說(shuō)明 圖 7 系統(tǒng)電路圖如圖所示，將每部分連接起來(lái)就組成了15位二進(jìn)制數(shù)密碼鎖。首先，打開電源，先將J6接高電平，撥動(dòng)J7產(chǎn)生脈沖，使74LS194D并行置數(shù)，再將J6接低電平，使74LS194D開始右移?？刂崎_關(guān)J5輸入要比較的密碼，如果輸入的15位全部正確，則開鎖的指示燈變亮。如果出現(xiàn)錯(cuò)誤一次，即錯(cuò)誤指示燈變亮

11、時(shí)，則斷開開關(guān)5，按下RST(J10)開關(guān)，讓錯(cuò)誤指示燈熄滅。同時(shí)電路清零。再將J6接高電平，重新預(yù)置數(shù)。再將J6接低電平，控制開關(guān)J5重新輸入要比較的密碼，繼續(xù)比較。如果輸入三次都出現(xiàn)錯(cuò)誤，則報(bào)警指示燈變亮。按下RST開關(guān)，指示燈熄滅，電路清零。3、 系統(tǒng)運(yùn)行狀況（1） 解鎖：（2） 密碼錯(cuò)誤：（3） 報(bào)警：四 總結(jié)與體會(huì)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我掌握了基本的數(shù)字電路的設(shè)計(jì)方法，對(duì)電路中每個(gè)芯片的功能有了親身體會(huì)，學(xué)會(huì)了用Multisim軟件進(jìn)行模擬實(shí)現(xiàn)，了解了數(shù)字電路的基本設(shè)計(jì)思路。兩人一組，既加強(qiáng)了我們的動(dòng)手能力，又讓我們學(xué)會(huì)了團(tuán)結(jié)一致，共同合作才能研究出最好的方案，必須發(fā)揚(yáng)團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。某個(gè)人的離群都可能導(dǎo)致導(dǎo)致整項(xiàng)工作的失敗。實(shí)習(xí)中只有一個(gè)人知道原理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須讓每個(gè)人都知道，否則一個(gè)人的錯(cuò)誤，就有可能導(dǎo)致整個(gè)工作失敗。團(tuán)結(jié)協(xié)作是我們實(shí)習(xí)成功的一項(xiàng)非常重要的保證。我們將理論聯(lián)系實(shí)際，在交流中取得進(jìn)步，從問(wèn)題中提高自己。這次課程設(shè)計(jì)不僅鞏固了我的數(shù)電知識(shí)更讓我進(jìn)一步體會(huì)到團(tuán)隊(duì)合作的重要性。我主要設(shè)計(jì)了密碼鎖的密碼比較、密碼報(bào)錯(cuò)及兩個(gè)計(jì)數(shù)電路，隊(duì)友設(shè)計(jì)了密碼輸入和預(yù)置電路。從接受課題到設(shè)計(jì)到實(shí)施到調(diào)試都包含著我們的心血。通過(guò)此次數(shù)字電路設(shè)計(jì),我們初步的了解了電路設(shè)計(jì)的基本思路和設(shè)計(jì)方法,更進(jìn)一步的掌握了各種芯片的功能和特性