電子鎖及門鈴電路設(shè)計(jì)

1、1設(shè)計(jì)目的利用數(shù)字電路的理論和知識進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)一個(gè)電子鎖，密碼為8位二進(jìn)制代碼，當(dāng)開鎖輸入碼與密碼一致時(shí)，鎖被打開，當(dāng)開鎖輸入碼與密碼不一致時(shí)，則報(bào)警。1.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1.1.1 設(shè)計(jì)指標(biāo) 設(shè)計(jì)一個(gè)電子鎖，其密碼為8位二進(jìn)制代碼，開鎖指令為串行輸入碼。,開鎖輸入碼與密碼一致時(shí)，鎖被打開。 當(dāng)開鎖輸入碼與密碼不一致時(shí)，則報(bào)警。報(bào)警時(shí)間持續(xù)15秒，停3秒后再出現(xiàn) 報(bào)警器可以兼作門鈴使用，門鈴時(shí)間為 10秒。 設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)復(fù)位開關(guān)，所有的時(shí)間數(shù)據(jù)用數(shù)碼管顯示出來。1.1.2 原理框圖圖1原理框圖2系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算2.1 設(shè)計(jì)思路1、數(shù)據(jù)比較模塊。數(shù)據(jù)比較模塊是電子鎖的核心部分。由于是八

2、位數(shù)據(jù)比較，所以采用兩片7485（四位數(shù)字比較器）級聯(lián)方式。用高4位的芯片的輸出端（YA=YB,YA<YB,YA>YB ）控制門鈴和報(bào)警電 路。2、原始密碼輸入模塊。由八個(gè)波段開關(guān)構(gòu)成，表示每一位的數(shù)據(jù)，分別接到高位 7485和低位7485 上。另一端接5V電源，當(dāng)按鍵接通時(shí)表示“ 1”，當(dāng)案件未接通時(shí)，表示“ 0”。3、串行密碼輸入模塊。采用兩片 74194 （四位雙向通用移位寄存器）級聯(lián)成八位數(shù)據(jù)輸入模塊，分 別接到數(shù)據(jù)比較模塊的高四位和低四位。具體輸入電路見下文分析。4、時(shí)鐘模塊。計(jì)時(shí)模塊用來產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的秒脈沖給電路提供時(shí)序。可采用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器，也可以使用8051

3、單片機(jī)定時(shí)器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)方波。在電路仿真時(shí)采用軟件自帶的電壓信號產(chǎn)生器。5、計(jì)時(shí)模塊。采用兩片74290 （二五分頻十進(jìn)制計(jì)數(shù)器）級聯(lián)方式構(gòu)成十進(jìn)制、可顯示 0-99計(jì)時(shí) 模塊。芯片輸出BCD碼，由7448 （BCD-7段譯碼器 內(nèi)部上拉輸出驅(qū)動）驅(qū)動兩個(gè)數(shù)碼管（共陰極）。6、顯示模塊。時(shí)間顯示采用兩個(gè) 7段共陰極數(shù)碼管。7、門鈴模塊。采用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器?？梢杂?555定時(shí)器構(gòu)成，也可以用集成芯片構(gòu)成。我采用集成芯 片74123 （單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器）。8、報(bào)警模塊。采用多諧振蕩器，周期 18秒，占空比63%o由555定時(shí)器構(gòu)成。9、聲響模塊。采用直流驅(qū)動蜂鳴器。由門鈴模塊和報(bào)警模塊驅(qū)動。10、復(fù)位開

4、關(guān)。若各模塊的芯片有清零端 使能端，則接到一起，設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)位開關(guān)控制。若沒有， 則將其接地端串聯(lián)到一個(gè)復(fù)位開關(guān)。2.2 各模塊詳細(xì)設(shè)計(jì)2.2.1 數(shù)據(jù)比較和原始密碼輸入模塊器件選擇采用兩片7485 （四位數(shù)字比較器）級聯(lián)方式。用高 4位的芯片的輸出（YA=YB,YA<YB,YA>YB ）控 制門鈴和報(bào)警電路。具引腳圖和功能表如圖 2和表1所示。OuaMn-Lirie PackageMH IHhH9圖2 7485引腳圖Truth TableCompart Input*Cascading InputtOutputsA3, 83A2.B2A1,B1AD. BOA > B A <

5、; B A BA >日A< BA - BA3 > B3A3 < B3A3 - B3A3 = 03A3 = B3A3 = B3A3 = B3A3 = B3A3 = 口 3A3 - B3A3 = B3A3 = B3A3 = B3XX a 5H 7A2 = B2>>>>>>>>>II II N 1 II II A V X X X X rniriiTiirnrTirrinii-HfflAO > 00 AO < BO AD - BO AO BQ AO -印 A0= BO AD = BOXXX XXX XXX xx&

6、gt;XXX Xxx XXX xxx HLLLHLXXHHHLLLLHLLLHLHLLLHLHLLLHLHLLLHLHLLLHLLLHLLLHHL表1 7485功能表電路設(shè)計(jì)圖3數(shù)據(jù)比較模和原始密碼輸入模塊電路圖如圖3所示兩片7485級聯(lián)成八位數(shù)據(jù)比較模塊，左邊為低四位，右邊為高四位。P 口由5V VCC經(jīng)編碼開關(guān)接入，設(shè)定原始密碼。Q 口由串行數(shù)據(jù)輸入模塊接入。高位芯片 5、6、7引腳輸出電平表示開 鎖密碼是否正確。若正確，則6腳為高，另兩腳為低。若不正確，則 5腳或7腳為高，六腳為低。5、7 腳通過或門電路（7432）接報(bào)警模塊。6腳接門鈴模塊。2.2.2 串行輸入模塊器件選擇采用兩片74

7、194 （四位雙向通用移位寄存器）級聯(lián)成八位數(shù)據(jù)輸入模塊。具引腳圖和功能表如圖4和表2所小圖4 74194引腳圖ifhCMl SEMLIMHJTMMlhlH'lJ ICRS1S0cp功能0XXX清零100X保持101T右移110T左移111并行輸入表2 74194功能表-9 -電路設(shè)計(jì)圖5串行輸入模塊電路圖如圖5所示，兩片7449構(gòu)成八位申行輸入并行輸出模塊，左側(cè)為低位，右側(cè)為高位。采用功能表第 三行（右移）模式。輸入密碼時(shí)，按下START按鍵，使模塊由清零進(jìn)入工作狀態(tài)。單刀雙擲開關(guān)決定 模塊輸入“1”或“0"。按下PUT IN輕觸開關(guān)時(shí)，兩芯片獲得同步脈沖，此時(shí)所有數(shù)據(jù)向高

8、位移動一位 低位的卒&出端QD連接高位的輸入端SR,完成由低位向高位的數(shù)據(jù)傳送。兩芯片的輸出端分別接到數(shù) 據(jù)比較模塊的低位和高位?！咀ⅰ坑捎趯?shí)際應(yīng)用中開關(guān)存在抖動現(xiàn)象，這里僅做原理闡述，并沒有加入去抖電路，加入去抖電路后 的電路見總電路圖。2.2.3 時(shí)鐘模塊電路設(shè)計(jì)如圖6所示，由555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器，OUT為輸出端，為計(jì)時(shí)模塊產(chǎn)生秒脈沖。該電路產(chǎn)生 周期為1Hz,占空比為53%的波形。計(jì)算公式為：高電平持續(xù)時(shí)間Ti=0.7（Ri+R2）Ci。低電平持續(xù)時(shí)間T2=0.7R2Ci。2.2.4 計(jì)時(shí)模塊器件選擇采用兩片74290 （二五分頻十進(jìn)制計(jì)數(shù)器）級聯(lián)方式構(gòu)成十進(jìn)制、可顯示 0

9、-99計(jì)時(shí)模塊。芯片輸出 BCD碼，由7448 （BCD-7段譯碼器 內(nèi)部上拉輸出驅(qū)動）驅(qū)動兩個(gè)數(shù)碼管（共陰極）。74290引腳圖如圖 7所示，7448弓I腳圖如圖8所示，74290功能表如表3所示。Reset/Count Truth TableReset inputsOutputsR0(1)R02R9(DR9QdQc Qb QaHHLXLL L LHHXLLL L LXHHHLLHIXXLCOUNTLLXCOUNTILXLCOUNTXLXCOUNT圖7 74290引腳圖uai-In-Line Package圖8 7448引腳圖表3 74290功能表電路設(shè)計(jì)圖9計(jì)時(shí)模塊電路圖如圖9所示，該電路

10、為十進(jìn)制、099顯示電路。左側(cè)為十位，右側(cè)為個(gè)位。74290 A端為脈沖輸入， 低位的QD接到高位的A,完成十進(jìn)制進(jìn)位。輸出BCD碼進(jìn)入7448數(shù)碼管譯碼器。7448為內(nèi)部上拉高 效譯碼輸出，用來驅(qū)動共陰極數(shù)碼管。使用時(shí)需要串聯(lián)保護(hù)電阻，經(jīng) Multisim軟件仿真，阻值大約280Q。數(shù)碼管K端接地2.2.5 門鈴模塊當(dāng)輸入密碼一致時(shí)，系統(tǒng)開鎖，并觸發(fā)門鈴模塊。門鈴模塊采用由555電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器穩(wěn)態(tài)時(shí)間計(jì)算公式：T=RC電路設(shè)計(jì)如圖所示，由555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。OUT為輸出端，驅(qū)動門鈴（蜂鳴器）。暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間約為10秒。隨后電路回到穩(wěn)定狀態(tài)。由于555定時(shí)器的性質(zhì)，觸發(fā)端 T

11、RIG是下降沿觸發(fā)，而不是低電平觸發(fā)。若 TRIG端低電平持續(xù) 時(shí)間大于暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間，則系統(tǒng)進(jìn)入到不穩(wěn)定狀態(tài)。所以在觸發(fā)端 TRIG之前加入RC電路和反相器。整 個(gè)系統(tǒng)由高電平驅(qū)動，當(dāng)觸發(fā)電平由低變高時(shí)， TRIG端收到一個(gè)下降沿，隨后電容充電完畢，TRIG回 到高電平，整個(gè)過程持續(xù)時(shí)間小于暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間。2.2.6 報(bào)警模塊如圖11所示，報(bào)警電路由555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器RST當(dāng)作使能端。高電平觸發(fā)。OUT為輸出 端，產(chǎn)生15秒高、3秒低的波形，觸發(fā)蜂鳴器。經(jīng)計(jì)算，該電路構(gòu)成頻率 0.056Hz,占空比83%的波形 輸出。計(jì)算公式見上文時(shí)鐘模塊設(shè)計(jì)。2.2.7 聲響模塊根據(jù)題目要求，門鈴和報(bào)

12、警模塊公用一個(gè)蜂鳴器。因擔(dān)心驅(qū)動能力不夠，所以采用三極管放大電路。門鈴和報(bào)警模塊輸出端通過反相器接到 8550PNP三極管基極。當(dāng)基極接收到低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，驅(qū) 動蜂鳴器。電路圖如圖12所示2.2.8 按鍵去抖模塊采用美信公司的MAX6818按鍵消消抖器。具引腳圖如圖13所示，具體連接方式見總電路圖圖13Ld叵叵I匡I叵叵叵叵 甫 i®nlItH艇旅闌 MEMAX6818引腳圖2.2.9 系統(tǒng)復(fù)位電路采用開關(guān)復(fù)位設(shè)計(jì)。即系統(tǒng)電源開關(guān)就是系統(tǒng)復(fù)位開關(guān)。設(shè)計(jì)圖略2.3 總電路圖- 14 -圖14 總電路圖2.4 元器件清單兀器件代封裝型號數(shù)量電阻器R0-R19AXIAL-0.4Res220電容器C1 -C7RAD-0.3Cap7二極管D1, D2DO-41Diode 1N40012數(shù)碼管DS1, DS2LEDDIP-10Dpy Red-CC2蜂鳴器LS1PIN2Bell1消抖器P1SSOPMAX68181三極管Q1TO-92A85501波段開關(guān)S1DIP_SW_8WAY_SMDSW DIP-81按鍵開關(guān)S2, S3SPST-2SW-SPST2單刀雙擲開關(guān)S4TL36WW15050SW-SPDT1輕觸開關(guān)S5SPS