數(shù)字密碼鎖數(shù)電課程設(shè)計(jì)

1、等級(jí): 課 程 設(shè) 計(jì)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(dòng)化班 級(jí) 學(xué) 號(hào)姓 名指導(dǎo)老師2015年 12 月 23 日?qǐng)?bào)告撰寫要求（此頁(yè)不打印）課程設(shè)計(jì)報(bào)告是體現(xiàn)課程設(shè)計(jì)成果的載體，具體要求如下：1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告的基本格式（1）說(shuō)明書統(tǒng)一使用word文檔打印，A4紙張，頁(yè)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(jí)標(biāo)題采用黑體小三，2級(jí)標(biāo)題采用黑體四號(hào)，3級(jí)標(biāo)題采用黑體小四；1和2級(jí)標(biāo)題上下間距為0.5行。（3）圖表需統(tǒng)一編號(hào)，圖標(biāo)標(biāo)題采用黑體五號(hào)；圖標(biāo)題在圖片下方，表格標(biāo)題在表格上方。（4）裝訂順序?yàn)椋悍饷妗⑷蝿?wù)

2、書、報(bào)告正文、評(píng)分表。2、課程設(shè)計(jì)報(bào)告的撰寫要求（1）設(shè)計(jì)報(bào)告正文內(nèi)容為6-10頁(yè)為宜，主要內(nèi)容為自己的設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)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(jì)的總結(jié)。報(bào)告撰寫要求思路清晰、結(jié)構(gòu)合理、層次清晰，報(bào)告簡(jiǎn)潔但又要能體現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程。（2）報(bào)告中圖表要求清晰、規(guī)范，圖表的尺寸大小適當(dāng)。（3）課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容（僅供參考）：一、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)要求：本次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)要求，對(duì)照任務(wù)書中的任務(wù)要求。二、設(shè)計(jì)方案：對(duì)任務(wù)進(jìn)行分析，提出任務(wù)的可行實(shí)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(xì)分析其工作原理，

3、包括信號(hào)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(jī)工作原理，預(yù)期結(jié)果，必要時(shí)有子模塊的仿真結(jié)果分析。報(bào)告中必須有6-8個(gè)主要子模塊分析，每個(gè)子模塊分析不少于200字。不得拷貝元件說(shuō)明書。（2000字）四、系統(tǒng)仿真/測(cè)試：對(duì)采用FPGA開(kāi)發(fā)板的同學(xué)，必須設(shè)計(jì)系統(tǒng)的測(cè)試方案，編寫測(cè)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(guò)程中遇到的問(wèn)題是什么？是如何解決的？調(diào)試結(jié)果（包括運(yùn)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(gè)課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，你覺(jué)得學(xué)習(xí)到了什么，課程設(shè)計(jì)過(guò)程中自己做的不足的地方有哪些？

4、對(duì)自己的學(xué)習(xí)有何啟示？希望課程設(shè)計(jì)過(guò)程或者指導(dǎo)老師如何改進(jìn)？（500字）電氣信息學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課題名稱數(shù)字密碼鎖姓 名專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)指導(dǎo)老師課程設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)任務(wù)可采用數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)臺(tái)，試驗(yàn)箱、單片機(jī)或FPGA開(kāi)發(fā)板（由指導(dǎo)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(gè)數(shù)字組成，當(dāng)輸入密碼正確時(shí)，發(fā)出開(kāi)鎖信號(hào)；密碼錯(cuò)誤時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，報(bào)警時(shí)間為35秒；2）輸入密碼后30秒，若無(wú)開(kāi)鎖信號(hào)，則電路進(jìn)入自鎖狀態(tài)，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)；3）用綠色發(fā)光二極管亮表示開(kāi)鎖，紅色發(fā)光二極管亮（或揚(yáng)聲器發(fā)聲

5、）表示報(bào)警。4）功能擴(kuò)展：電路具有消抖功能，或者功能擴(kuò)展自選。2. 要求： 1）思路清晰，給出整體設(shè)計(jì)框圖；2）完成各單元電路設(shè)計(jì)，給出總電路圖、multisim軟件仿真驗(yàn)證結(jié)果；3）安裝調(diào)試電路，得出測(cè)試結(jié)果；4）.用A4紙寫出設(shè)計(jì)報(bào)告二、進(jìn)度安排第一周：周一：布置任務(wù)，查找資料；周二周三：設(shè)計(jì)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(yùn)行或程序調(diào)試，下載運(yùn)行；周三：結(jié)果驗(yàn)收；周四：收元器件，整理實(shí)驗(yàn)室，撰寫報(bào)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(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)及仿真- 孫

6、勝麟、郭照南 主編 目 錄一、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)要求1二、設(shè)計(jì)方案 2三、單元電路（子模塊）分析 2 3.1 防抖開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì) 2 3.2 密碼的存儲(chǔ)與讀取電路 3 3.3密碼的比較電路. 5 3.4 35秒報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 6 3.5 30秒自鎖電路 7 四、系統(tǒng)仿真/測(cè)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(jì)的任務(wù)要求： 1.任務(wù)： 1）設(shè)定的密碼為四位，由“18”八個(gè)數(shù)字組成，當(dāng)輸入密碼正確時(shí)，發(fā)出開(kāi)鎖信號(hào)；密碼錯(cuò)誤時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，報(bào)警時(shí)間為35秒；2）輸入密碼后30秒，若無(wú)開(kāi)鎖信號(hào)，則電路進(jìn)入自鎖狀態(tài)，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)；3）用綠色發(fā)光二極管亮表示開(kāi)鎖，紅色發(fā)

7、光二極管亮（或揚(yáng)聲器發(fā)聲）表示報(bào)警。4）功能擴(kuò)展：電路具有消抖功能，或者功能擴(kuò)展自選。2. 要求： 1）思路清晰，給出整體設(shè)計(jì)框圖；2）完成各單元電路設(shè)計(jì)，給出總電路圖、multisim軟件仿真驗(yàn)證結(jié)果；3）安裝調(diào)試電路，得出測(cè)試結(jié)果；4）.用A4紙寫出設(shè)計(jì)報(bào)告二、設(shè)計(jì)方案：根據(jù)本次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)要求，結(jié)合所學(xué)知識(shí)及實(shí)驗(yàn)室實(shí)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(xì)分為以下幾個(gè)模塊的電路，即密碼的存儲(chǔ)讀取電路，密碼的比較電路，計(jì)時(shí)報(bào)警電路，計(jì)時(shí)自鎖電路以及撥鍵開(kāi)關(guān)的防抖電路。整個(gè)電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)如下： 圖1 整體電路系統(tǒng)框圖 根據(jù)系統(tǒng)框圖，對(duì)密碼的存儲(chǔ)讀取電路我們可以用分別用

8、一片74LS148，74LS160，RAM2114（仿真時(shí)由于軟件原因用HM6116代替）來(lái)實(shí)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(gè)撥碼開(kāi)關(guān)，根據(jù)撥碼開(kāi)關(guān)的開(kāi)斷情況（每次只撥動(dòng)一個(gè)開(kāi)關(guān)）使輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的二進(jìn)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(shí)，每一個(gè)密碼產(chǎn)生的相應(yīng)二進(jìn)制編碼在存入存儲(chǔ)器時(shí)都需要首先給定相應(yīng)的地址才能存儲(chǔ)成功。RAM2114則主要起存儲(chǔ)編碼和輸出編碼的作用，即實(shí)現(xiàn)“讀”和“寫”的功能，在第一次設(shè)置密碼時(shí)存入用戶設(shè)置的4位密碼的二進(jìn)制編碼，在用戶正式使用輸入密碼時(shí)輸出之前存入的密碼編碼 。對(duì)密碼的比較電路，本次課程設(shè)計(jì)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(chǔ)器的編碼輸出端相連。 對(duì)計(jì)時(shí)報(bào)警電路和計(jì)時(shí)自鎖電路，本次課程設(shè)計(jì)均選擇使用兩片十進(jìn)制同步計(jì)時(shí)器74LS160芯片，分別連接成一個(gè)30進(jìn)制和35進(jìn)制的計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。按照要求，應(yīng)在用戶開(kāi)始輸入第一個(gè)密碼時(shí)開(kāi)始30秒的計(jì)時(shí)電路，若用戶未能在30秒內(nèi)輸入正確密碼，計(jì)時(shí)器應(yīng)該輸入相應(yīng)信號(hào)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(shí)現(xiàn)自鎖。 在用戶輸錯(cuò)密碼時(shí)，系統(tǒng)開(kāi)始維時(shí)35秒的報(bào)警計(jì)時(shí)并同時(shí)給報(bào)警信號(hào)，在35秒后或者用戶輸入正確的密碼使系統(tǒng)發(fā)出開(kāi)鎖信號(hào)時(shí)報(bào)警計(jì)時(shí)方終止。三、單元電路（子模塊）分析：3.1 防抖開(kāi)關(guān)

10、的設(shè)計(jì) 圖2 撥碼開(kāi)關(guān)的消抖電路 在實(shí)際接連線路時(shí)，當(dāng)用戶撥動(dòng)撥碼開(kāi)關(guān)時(shí)，撥碼開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)不可避免的會(huì)產(chǎn)生一些機(jī)械抖動(dòng)，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(jī)械開(kāi)關(guān)的抖動(dòng)，避免影響正常的功能實(shí)現(xiàn)。 如圖所示，本次課程設(shè)計(jì)通過(guò)使用RS鎖存器，來(lái)實(shí)現(xiàn)消除機(jī)械開(kāi)關(guān)抖動(dòng)。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(chǔ)與讀取電路 圖1 密碼的存儲(chǔ)與讀取電路如圖， 密碼的存儲(chǔ)電路由編碼器芯片74LS148，8個(gè)撥碼開(kāi)關(guān)以及計(jì)數(shù)芯片74LS160相連接組成。一方面，在用戶每次撥動(dòng)開(kāi)關(guān)時(shí)由編碼器產(chǎn)生

11、相應(yīng)的編碼輸入到存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)線（I/O1I/O8）端口準(zhǔn)備存儲(chǔ)，另一方面在用戶撥動(dòng)開(kāi)關(guān)時(shí)編碼器的GS端會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的由高電平變?yōu)榈碗娖降拿}沖，將這一脈沖接入計(jì)數(shù)器74LS160的CLK端，每當(dāng)撥碼開(kāi)關(guān)動(dòng)作一次時(shí)，計(jì)數(shù)器就會(huì)計(jì)數(shù)一次，與此同時(shí)產(chǎn)生的4個(gè)不同的地址輸入存儲(chǔ)器的地址端口。密碼的存儲(chǔ)時(shí)，應(yīng)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(chǔ)。 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(chǔ)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(lái)實(shí)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(chǔ)器的數(shù)據(jù)輸出端，以此來(lái)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(shí)，即能使得芯片輸出端口在比較兩組編碼為相同時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)脈沖對(duì)正確的編碼次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)輸入四次正確時(shí)，觸發(fā)開(kāi)鎖信號(hào)，綠燈亮；若比較為不同時(shí)紅燈亮，即觸發(fā)報(bào)警電路開(kāi)始報(bào)警。 74LS85比較器的功能表如下： 圖4 74LS85的功能表3.4 35秒報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 圖5 密碼鎖的35秒報(bào)警電路 當(dāng)由比較電路產(chǎn)生“不等”信號(hào)（即輸入的密碼與

13、先前用戶設(shè)置的密碼不同）時(shí)，開(kāi)始啟動(dòng)報(bào)警電路。當(dāng)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)時(shí)，經(jīng)過(guò)一個(gè)鎖存器將信號(hào)保存，與三態(tài)門的EN端鏈接，信號(hào)源開(kāi)始不斷給脈沖，當(dāng)計(jì)數(shù)到35秒時(shí)，報(bào)警燈滅，三態(tài)門EN端呈高阻態(tài)，信號(hào)源停止將脈沖輸入到計(jì)數(shù)器的CLK端，計(jì)數(shù)停止。另外，當(dāng)用戶在報(bào)警的35秒時(shí)間段內(nèi)輸入了正確的密碼使產(chǎn)生了開(kāi)鎖信號(hào)時(shí)，報(bào)警也應(yīng)該停止，可以用一個(gè)如圖所示的三態(tài)門EN端前的與門來(lái)實(shí)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(yīng)該在用戶輸入密碼（而不是設(shè)置密碼）時(shí)輸入第一個(gè)密碼起，就開(kāi)始30秒的計(jì)時(shí)，若30秒內(nèi)系統(tǒng)

14、沒(méi)有產(chǎn)生開(kāi)鎖信號(hào)則會(huì)產(chǎn)生自鎖，用戶無(wú)法再輸入密碼。首先應(yīng)在儲(chǔ)存器的讀寫開(kāi)關(guān)處設(shè)計(jì)邏輯關(guān)系，使得當(dāng)用戶正式輸入密碼（存儲(chǔ)器為“讀”狀態(tài)）時(shí)，撥動(dòng)第一個(gè)撥碼開(kāi)關(guān)，編碼器GS輸出端產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，經(jīng)由一個(gè)鎖存器保持這個(gè)信號(hào)，再將這個(gè)信連接到信號(hào)源前三態(tài)門的EN端，使得三態(tài)門處于導(dǎo)通狀態(tài)，30秒計(jì)數(shù)開(kāi)始。若30秒內(nèi)，用戶輸入了正確密碼，系統(tǒng)產(chǎn)生開(kāi)鎖信號(hào)，30秒的計(jì)時(shí)停止；30秒內(nèi)，若系統(tǒng)無(wú)開(kāi)鎖信號(hào)，30秒時(shí)將產(chǎn)生一個(gè)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(wú)法再次編碼從而實(shí)現(xiàn)“自鎖”功能。4、 系統(tǒng)仿真/測(cè)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(shí)際接線情況如下： 圖9 實(shí)際接線圖5、 電路安裝調(diào)試： 本次課程設(shè)計(jì)中我們主要遇到了以下幾個(gè)問(wèn)題： 1）在實(shí)際調(diào)試的時(shí)候發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生地址的74LS160計(jì)時(shí)器工作不能穩(wěn)定工作，極容易 發(fā)生跳變，給出錯(cuò)誤的地址。最后通過(guò)詢問(wèn)指導(dǎo)老師才了解到，在實(shí)際連線測(cè)試電路的時(shí)候，數(shù)字電路試驗(yàn)箱上的機(jī)械開(kāi)關(guān)在合斷時(shí)總不可避免的會(huì)產(chǎn)生機(jī)械抖動(dòng)從而使輸出端產(chǎn)生不規(guī)則的震顫脈沖輸出，使得計(jì)數(shù)器在給地址時(shí)發(fā)生跳變或者給出錯(cuò)誤的地址，因此需要在撥碼開(kāi)關(guān)處用RS鎖存器做一個(gè)防機(jī)械開(kāi)關(guān)抖動(dòng)的電路。按照老師的指導(dǎo)要求增加一個(gè)防抖電路后發(fā)現(xiàn)問(wèn)題得已解決。 2）進(jìn)行模塊測(cè)試的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)密碼總是不能正確的存儲(chǔ)和讀取，從而

16、導(dǎo)致電路總是錯(cuò)誤的產(chǎn)生開(kāi)鎖信號(hào)或者報(bào)警信號(hào)。通過(guò)查詢有關(guān)資料我們才了解到存儲(chǔ)器在存儲(chǔ)編碼內(nèi)容時(shí)，必須等上一個(gè)編碼穩(wěn)定存儲(chǔ)之后才能再次給下一個(gè)新的地址存儲(chǔ)下一個(gè)編碼內(nèi)容，因此在設(shè)計(jì)存儲(chǔ)電路時(shí)不能使得編碼數(shù)據(jù)和地址同時(shí)進(jìn)入到儲(chǔ)存器 ，而應(yīng)該在編碼數(shù)據(jù)輸入之前先預(yù)置一個(gè)地址，按照此方法連接電路后發(fā)現(xiàn)密碼鎖存儲(chǔ)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(guò)這次的數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，我感覺(jué)自己收獲良多，無(wú)論是

17、數(shù)字電子技術(shù)的知識(shí)方面，還是培養(yǎng)自己動(dòng)手能力方面。在加深對(duì)數(shù)字電路知識(shí)理解方面，這次課程設(shè)計(jì)使得我第一次將平常在課堂上所學(xué)的理論知識(shí)完整的運(yùn)用到了工程實(shí)際，使得我能夠比平時(shí)的數(shù)電實(shí)驗(yàn)課更加全面和系統(tǒng)的運(yùn)用我們平常在課堂上所學(xué)習(xí)過(guò)的各種芯片進(jìn)行相關(guān)的邏輯連接實(shí)現(xiàn)相關(guān)的功能，了解到理論知識(shí)如何運(yùn)用到實(shí)際工程上的過(guò)程，提高了我們對(duì)數(shù)字電路這門學(xué)科的興趣的同時(shí)加深了我對(duì)數(shù)字電路如何實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能的理解。在培養(yǎng)實(shí)踐能力方面，這次課程設(shè)計(jì)中我所選擇的電子密碼所這個(gè)課題無(wú)論是在仿真設(shè)計(jì)還是實(shí)際調(diào)試過(guò)程中，都遇到了許許多多的難題，有幾個(gè)難題比如存儲(chǔ)電路的設(shè)計(jì)這里由于一開(kāi)始我和同組同學(xué)一起討論研究了一兩天，用mu

18、ltisim仿真軟件仿真試驗(yàn)過(guò)很多很多次都沒(méi)成功，于是情緒都很低落，感到有些挫敗感，最后向指導(dǎo)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(jì)，查出了我們?cè)O(shè)計(jì)的錯(cuò)誤不足之處。最后李老師還語(yǔ)重心長(zhǎng)的教導(dǎo)我們我們電氣工程專業(yè)的學(xué)生以后無(wú)論是學(xué)習(xí)還是工程實(shí)踐中會(huì)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(rèn)識(shí)到搞工程的過(guò)程實(shí)際上就是一個(gè)不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，然后解決問(wèn)題的過(guò)程，所以遇到問(wèn)題，我們不能退縮，而要迎難而上，勤查與問(wèn)題相關(guān)的文獻(xiàn)資料，多與同學(xué)老師交流，分析自己的設(shè)計(jì)思想與他人思想的差別之處，不斷試驗(yàn)，直至解決困難。在此我們也特別要感謝指導(dǎo)老師李老師，不僅給與我們學(xué)科知識(shí)上的細(xì)心指導(dǎo)，同時(shí)還給予了我們精神上的鼓勵(lì)和指導(dǎo)。同時(shí)這里也要感謝一起參加