數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)電子密碼鎖

數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)電子密碼鎖數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)電子密碼鎖數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)電子密碼鎖數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)電子密碼鎖編制僅供參考審核批準(zhǔn)生效日期地址：電話(huà)：傳真:郵編:課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)課程名稱(chēng)：數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目：電子密碼鎖學(xué)生姓名：專(zhuān)業(yè)：班級(jí)：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：日期：年月日電子密碼鎖一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.用電子器件設(shè)計(jì)制作一個(gè)密碼鎖，使之在輸入正確的代碼時(shí)開(kāi)鎖。2.在鎖的控制電路中設(shè)一個(gè)可以修改的4位代碼，當(dāng)輸入的代碼和控制電路的代碼一致是鎖打開(kāi)。3.用紅燈亮、綠燈滅表示關(guān)鎖，綠燈亮、紅燈滅表示開(kāi)鎖4.如5s內(nèi)未將鎖打開(kāi)，則電路自動(dòng)復(fù)位進(jìn)入自鎖狀態(tài)，并發(fā)報(bào)警信號(hào)。二、方案設(shè)計(jì)與論證1、用按鍵輸入四位十進(jìn)制數(shù)字，輸入密碼要存儲(chǔ)。2、比較輸入密碼和原始密碼。當(dāng)輸入正確密碼時(shí)，給出開(kāi)鎖信號(hào)，開(kāi)鎖信號(hào)用一個(gè)綠色指示燈表示，綠燈亮表示密碼輸入正確；如果輸入密碼不正確，用紅燈表示。3、鎖的開(kāi)關(guān)用紅燈和綠燈表示，一次只能亮一盞。紅燈亮、綠燈滅表示關(guān)鎖，綠燈亮、紅燈滅表示開(kāi)鎖。4、設(shè)置倒計(jì)時(shí)電路和自鎖電路。如果密碼在5s內(nèi)未能輸入正確則發(fā)出報(bào)警聲，并且自鎖電路。設(shè)置密碼設(shè)置開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)閉合后，允許設(shè)置密碼，設(shè)置好密碼后，打開(kāi)此開(kāi)關(guān)。需要在輸入密碼開(kāi)始時(shí)識(shí)別輸入，并由此觸發(fā)計(jì)時(shí)電路。方案一用74LS147譯碼器來(lái)把按鍵輸入轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制。通過(guò)8片四位寄存器74LS194實(shí)現(xiàn)密碼功能，其中四片用來(lái)存儲(chǔ)預(yù)置密碼，另四片則用來(lái)存儲(chǔ)輸入的密碼。當(dāng)密碼開(kāi)始輸入時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，通過(guò)74LS192計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能；然后在密碼輸入期間，用74LS138數(shù)據(jù)選擇器來(lái)選片存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)選擇器的輸入端又一個(gè)兩位的二進(jìn)制的加法計(jì)數(shù)器來(lái)控制，當(dāng)鍵盤(pán)有按鍵輸入時(shí)計(jì)數(shù)器就加1，當(dāng)一個(gè)按鍵按完后會(huì)輪到下一個(gè)芯片存儲(chǔ)。自鎖功能利用74LS138來(lái)控制。通過(guò)四片74LS85芯片判斷原始密碼和輸入密碼是否相同，接著用指示燈來(lái)表示密碼的輸入正確與否，如果密碼沒(méi)有輸入正確的話(huà)，則紅燈亮，否則則綠燈亮。若是沒(méi)在規(guī)定時(shí)間輸入正確密碼，則會(huì)發(fā)出警報(bào)信號(hào)（蜂鳴器響）。方案二也用74LS147譯碼器來(lái)把按鍵輸入轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制。通過(guò)8片四位寄存器74LS175實(shí)現(xiàn)密碼的存儲(chǔ)問(wèn)題。用四個(gè)雙D觸發(fā)器來(lái)組成一個(gè)位移控制器來(lái)控制74LS175的存儲(chǔ)密碼，當(dāng)鍵盤(pán)有輸入時(shí)雙D觸發(fā)器組成的位移寄存器的輸出就會(huì)往右位移一位。計(jì)數(shù)器用555單穩(wěn)態(tài)電路來(lái)計(jì)時(shí)。輸入密碼時(shí)，鍵盤(pán)有按鍵輸入就開(kāi)始計(jì)時(shí)，單穩(wěn)態(tài)電路輸出一個(gè)脈沖，等脈沖過(guò)后判斷密碼鎖是否已解鎖，若就沒(méi)解鎖則自鎖電路。通過(guò)四片74LS85芯片判斷原始密碼和輸入密碼是否相同，接著用指示燈來(lái)表示密碼的輸入正確與否，如果密碼沒(méi)有輸入正確的話(huà)，則紅燈亮，否則則綠燈亮。若是沒(méi)在規(guī)定時(shí)間輸入正確密碼，則會(huì)發(fā)出警報(bào)信號(hào)。單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算方案一和方案二對(duì)比，我選擇了方案一。原因是：方案一中的倒計(jì)時(shí)單路方便顯示，比較直觀。而且方案一的總體思路是用一個(gè)數(shù)據(jù)總線(xiàn)和一個(gè)地址線(xiàn)來(lái)控制信號(hào)的輸入存儲(chǔ)，比起方案二更優(yōu)秀。所以我選擇了方案一。按鍵輸入和按鍵信號(hào)識(shí)別由圖可以看到左邊的是按鍵，按鍵J1，J2……J9，J0，分別對(duì)應(yīng)數(shù)字1-9，0.按鍵的一邊接了高電平，一邊接到74LS147的輸入端。當(dāng)有按鍵被按下去的時(shí)候，74LS147芯片和按鍵連接的輸入端就會(huì)為低電平。此時(shí)，74LS147工作，把輸入按鍵端的輸入信息化為二進(jìn)制碼。比如說(shuō)，當(dāng)J1被按下去時(shí)，74LS147芯片的輸入1端就會(huì)輸入一個(gè)低電平，然后芯片把該信息轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制碼0001。圖中的四個(gè)與門(mén)是用來(lái)檢測(cè)鍵盤(pán)按鍵輸入的。當(dāng)鍵盤(pán)有按鍵輸入時(shí)，和與門(mén)相連的與門(mén)輸入端就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)低電平與門(mén)的輸出就為0，表示為有按鍵輸入，當(dāng)不按按鍵時(shí)，與門(mén)的輸出為高電平，即是輸出1.由于74LS147芯片是反碼輸出，所以要在輸出端接上一個(gè)非門(mén)。該電路時(shí)控制按鍵輸入信號(hào)，當(dāng)開(kāi)關(guān)S1撥到下方時(shí)，進(jìn)入密碼輸入階段，此時(shí)74LS194芯片實(shí)行左移功能,每當(dāng)按鍵有按鍵輸入時(shí)，按鍵識(shí)別與門(mén)的電平就會(huì)發(fā)生變化，與門(mén)就會(huì)向74LS194芯片輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，使該芯片啟動(dòng)進(jìn)行位移操作。一開(kāi)始時(shí)QA輸出端是為0，在輸入密碼期間一旦有按鍵輸入該芯片就會(huì)啟動(dòng)，QA輸出端就會(huì)輸出1，然后無(wú)論再怎么按按鍵，QA輸出端就一直是為高電平，該高電平就會(huì)輸出到控制計(jì)時(shí)電路的時(shí)鐘脈沖控制與門(mén)使計(jì)時(shí)電路工作，實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)功能。2、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)用到的芯片是74LS194，控制數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)功能的芯片也是74LS194，它的主要功能是選片存儲(chǔ)。74LS194為四位雙向移存器。74LS194移位寄存器中的數(shù)據(jù)可以在移位脈沖作用下一次逐位右移或左移，數(shù)據(jù)既可以并行輸入、并行輸出，也可以串行輸入、串行輸出。圖一74LS194移位寄存器的引腳圖以上為74LS194的引腳圖，其中D0~D3：并行輸入端；Q0~Q3：并行輸出端；S0、S1：操作模式控制端；：為直接無(wú)條件清零端；SR：右移串行輸入端SL：左移串行輸入端；CP：時(shí)鐘脈沖輸入端；其原理如下：若Cr=0，則清零，異步，最優(yōu)先；若Cr=1，其功能由S1，S0決定；（1）存儲(chǔ)數(shù)據(jù)功能：S1=1，S0=1；并行裝入，同步，CP上升沿，d0→Q0,d1→Q1，d2→Q2；d3→Q3。S1==0；輸出不變。（2）位移功能：S1=0，S0=1;右移串行輸入，數(shù)據(jù)移動(dòng)方向?yàn)椋篋SR→Q0→Q1→Q2→Q3.同步，CP上升沿。S1=1，S0=0;左移串行輸入，數(shù)據(jù)移動(dòng)方向?yàn)椋篋SL→Q3→Q2→Q1→Q0，同步，CP上升沿。利用移位寄存器可構(gòu)成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。先使S0=S1=1，并行輸入預(yù)置數(shù)值，再改變S0和S1的電平，實(shí)現(xiàn)左移或右移狀態(tài)或者使數(shù)據(jù)不變。存儲(chǔ)電路的簡(jiǎn)化圖如下：此圖為存儲(chǔ)電路的一塊芯片，共有8塊74LS194用來(lái)存儲(chǔ)。片選功能的電路如下：S1是控制電路的設(shè)置密碼和輸入密碼功能的。74LS138是數(shù)據(jù)選擇器，作為選片儲(chǔ)存功能。電路沒(méi)有自鎖時(shí)74LS138的G1端輸入為1，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)選擇功能。當(dāng)S1撥到上方時(shí)，74LS138的輸入端C端就會(huì)置1，這時(shí)候?qū)崿F(xiàn)密碼設(shè)置功能，此時(shí)74LS138的輸出端只在Y4到Y(jié)7之間工作。74LS138的一個(gè)輸出端控制一個(gè)寄存器的讀寫(xiě)功能。兩個(gè)雙D觸發(fā)器組成一個(gè)二進(jìn)制加法器。每當(dāng)鍵盤(pán)有按鍵輸入時(shí)觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖端就會(huì)來(lái)一個(gè)脈沖使觸發(fā)器工作一下，加法器加1.加法器的輸出端接到74LS138的輸入端。當(dāng)按鍵輸入時(shí)，加法器每變化一次，74LS138的輸出端選擇上就變化一次，以選擇不同的寄存器來(lái)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。3、顯示功能簡(jiǎn)略圖：可以看到和74LS194和14LS192的輸出端是連在數(shù)碼管上的，當(dāng)這兩個(gè)芯片輸出一個(gè)二進(jìn)制數(shù)時(shí)，數(shù)碼管就會(huì)顯示相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。4、定時(shí)器在定時(shí)器的選用上，我選用了74LS192芯片作為一個(gè)定時(shí)器。74LS192是雙時(shí)鐘方式的十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器。(bcd,二進(jìn)制)。CPU為加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端，CPD為減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端。LD為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。CR為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除。CO為進(jìn)位輸出：1001狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出，BO為借位輸出：0000狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。74LS192功能表：74LS192引腳圖:其原理圖如下：74LS912芯片的CLR端為0，UP端置1，LOAD端接BO端，組成一個(gè)計(jì)時(shí)器。該電路開(kāi)始工作時(shí)BO端為0首先置數(shù)，置4的二進(jìn)制數(shù)，即是0100。然后等時(shí)鐘脈沖，在密碼輸入時(shí)有按鍵輸入時(shí)，就會(huì)工作，此時(shí)，BO端為1，進(jìn)行二進(jìn)制減數(shù)。當(dāng)它減到0時(shí)，BO就會(huì)輸出一個(gè)低電平，輸出接旁邊用雙D觸發(fā)器組成的二進(jìn)制制計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)輸入端。當(dāng)雙D觸發(fā)器進(jìn)1時(shí)，輸出Q端就會(huì)輸出0。74LS192芯片的時(shí)鐘信號(hào)由方波脈沖提供，和脈沖相連的是一與門(mén)，與門(mén)的作用相當(dāng)于開(kāi)關(guān)，它的開(kāi)關(guān)決定因數(shù)有四個(gè)，一個(gè)是旁邊的雙D觸發(fā)器Q端輸出端，開(kāi)始工作時(shí)，觸發(fā)器的Q輸出端為1；第二個(gè)因數(shù)是按鍵開(kāi)關(guān)，當(dāng)鍵盤(pán)上有按鍵輸入時(shí)，就會(huì)有按鍵識(shí)別電路置1，并保持為1；第三個(gè)因數(shù)是選擇是輸入密碼還是修改密碼的開(kāi)關(guān)電路傳來(lái)的信號(hào)，當(dāng)電路的工作狀態(tài)為密碼輸入時(shí)，該與門(mén)的輸入端就會(huì)置1，否則為0；第四個(gè)為方波脈沖信號(hào)，該方波脈沖信號(hào)會(huì)始終在0和1之間變化。當(dāng)以上四個(gè)信號(hào)都為1時(shí)，該與門(mén)就會(huì)輸出信號(hào)1，其實(shí)，當(dāng)除方波脈沖信號(hào)以外的其他三個(gè)信號(hào)都為1時(shí)，該芯片就會(huì)有一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)輸入。當(dāng)雙D觸發(fā)器的輸出端Q為0時(shí)，也即是說(shuō)，倒計(jì)時(shí)已用完時(shí)，與門(mén)輸入端會(huì)有一個(gè)0輸入，74LS192芯片就會(huì)沒(méi)有時(shí)鐘脈沖信號(hào)輸入，倒計(jì)時(shí)電路不動(dòng)。5、自鎖電路和報(bào)警電路在電路的開(kāi)始工作首先要有兩個(gè)條件滿(mǎn)足才行，一個(gè)是74LS192定時(shí)器旁的二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出端~Q（Q非端）輸出1，即是已經(jīng)倒計(jì)時(shí)完了；第二密碼鎖還是為鎖住狀態(tài)，即亮紅燈。該兩個(gè)信號(hào)用一個(gè)與門(mén)來(lái)判斷，和BO端的連接的輸入端接一個(gè)非門(mén)。當(dāng)這兩者條件都滿(mǎn)足時(shí)就會(huì)向自鎖電路發(fā)出一個(gè)信號(hào)1。其電路如下：有了這先決條件后，與門(mén)的信號(hào)就會(huì)輸入到74LS194芯片上，該信號(hào)時(shí)由0變1為74LS194芯片提供一個(gè)脈沖信號(hào)。74LS194芯片的SL、SR、S0、~CLR端接上高電平，把74LS194構(gòu)成一個(gè)右移寄存器，時(shí)鐘脈沖端CLR每當(dāng)有一個(gè)電平變化時(shí)，74LS194芯片的輸出端就會(huì)左移一位，低位會(huì)補(bǔ)上1。當(dāng)與門(mén)由0變1，輸出端QA就會(huì)由0變174LS138的G1端就會(huì)置0，此時(shí)74LS138輸出端全為1，輸出信號(hào)通過(guò)非門(mén)后全為0,作為存儲(chǔ)數(shù)據(jù)芯片的74LS194寄存器的S0和S1端都為0，寄存器的數(shù)據(jù)就會(huì)被鎖住，無(wú)論寄存器的輸入端為多少輸出端都不會(huì)變化。電路就實(shí)現(xiàn)了自鎖功能了。當(dāng)電路自鎖時(shí)，左邊的位移寄存器74LS194的QA輸出端就會(huì)變?yōu)?和QA相連的蜂鳴器就會(huì)響，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。圖中的S1開(kāi)關(guān)是控制密碼的輸入和設(shè)置密碼功能。當(dāng)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通下面電路時(shí)是輸入密碼狀態(tài)，當(dāng)開(kāi)關(guān)撥到上面時(shí)是設(shè)置密碼狀態(tài)。每輸入一個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)選擇器就會(huì)輸入不同的二進(jìn)制數(shù)來(lái)選擇不同的寄存器讀寫(xiě)。6、密碼比較電路密碼比較電路主要是用了74LS85做為比較器。其簡(jiǎn)化電路如下：74LS85的AEQB置高電平，即是該芯片的擴(kuò)展部分的Qa=Qb，使該芯片能正常比較輸入的兩數(shù)據(jù)大小。分別作為輸入密碼寄存器和預(yù)設(shè)密碼寄存器的輸出端接上74LS85的輸入端一比較密碼相同位的數(shù)據(jù)是否相同，當(dāng)兩者相同時(shí)，74LS85的OAEQB輸出1，否則輸出0.如此類(lèi)推再把密碼的不同位進(jìn)行比較，用四個(gè)74LS85芯片來(lái)比較密碼，其OAEQB接四輸入與門(mén)，用來(lái)比較四個(gè)密碼是否都相等。其電路如下：當(dāng)密碼有一位不相等時(shí)，74LS85的輸出端就會(huì)有輸出0，四輸入與門(mén)就會(huì)輸出0。與門(mén)輸出與開(kāi)鎖、關(guān)鎖電路相連。開(kāi)關(guān)鎖電路就會(huì)識(shí)別該信號(hào)來(lái)決定是否開(kāi)鎖。開(kāi)關(guān)鎖電路由上圖可以看到當(dāng)與門(mén)輸出為0時(shí)LED1燈亮，當(dāng)與門(mén)輸出為1時(shí)，LED2亮。LED1、LED2分別為紅燈、綠燈，分別代表著關(guān)鎖、開(kāi)鎖。即是說(shuō)，當(dāng)與門(mén)輸出為0時(shí)鎖處于關(guān)閉狀態(tài)，1時(shí)處于打開(kāi)狀態(tài)。該與門(mén)的輸入端接74LS85比較器。四、總電路工作原理及元器件清單1．總原理圖電路圖有附件。2.電路完整工作過(guò)程描述（總體工作原理）電路工作過(guò)程如下：5s定時(shí)電路5s定時(shí)電路音響電路顯示電路開(kāi)鎖控制電路密碼鎖存電路輸入按鈕開(kāi)關(guān)輸入鎖存電路自鎖鎖裝置首先，進(jìn)行密碼設(shè)定，用開(kāi)關(guān)S1實(shí)現(xiàn)密碼的輸入和設(shè)定功能。當(dāng)開(kāi)關(guān)S1撥到密碼設(shè)定功能時(shí)，輸入的密碼就會(huì)存儲(chǔ)在密碼鎖存器電路中。然后把開(kāi)關(guān)S1撥到密碼功能，通過(guò)按鈕開(kāi)關(guān)來(lái)輸入密碼。在密碼輸入階段，當(dāng)有按鍵輸入時(shí)，就會(huì)激發(fā)5s定時(shí)電路進(jìn)行倒計(jì)時(shí)。5s后鎖還沒(méi)解開(kāi)就會(huì)觸發(fā)自鎖功能，并且觸發(fā)音響電路，蜂嚀器發(fā)出報(bào)警聲。密碼的輸入都有顯示電路顯示輸入的密碼。等密碼輸入完后，就會(huì)進(jìn)入開(kāi)鎖控制電路中。先比較預(yù)設(shè)密碼和輸入密碼是否相同，如果相同，就會(huì)觸發(fā)鎖裝置的開(kāi)鎖功能，此時(shí)，電路的綠燈亮，紅燈滅；如果密碼不相同，鎖裝置就會(huì)亮紅燈，綠燈熄滅，表示鎖被鎖住了。3.元件清單元件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)(封裝)數(shù)量備注U274LS,74LS147DIPC-7351\DO161U15,U16,U2774LS,74LS21DIPC-7351\DO143U7,U8,U9,U10,U11,U12,U18,U19,U33,U3674LS,74LS194DIPC-7351\DO1610U4,U5,U1474LS,74LS04DIPC-7351\DO143U374LS,74LS192DIPC-7351\DO161U21,U3574LS,74LS74DIPC-7351\DO142U174LS,74LS08DIPC-7351\DO141U34BUZZER,BUZZER200HzGeneric\BUZZER1U17,U20,U30,U3174LS,74LS85DIPC-7351\DO164LED1LED_redUltiboard\LED9R2_5V1LED2LED_greenUltiboard\LED9R2_5Vg1U1374LS,74LS138DIPC-7351\DO161仿真調(diào)試與分析仿真時(shí)候，首先設(shè)置好預(yù)設(shè)密碼，把開(kāi)關(guān)S1撥到預(yù)設(shè)密碼功能，用按鍵開(kāi)關(guān)輸入4位十進(jìn)制密碼。輸入時(shí)，數(shù)碼管顯示相應(yīng)的密碼。然后，把S1開(kāi)關(guān)撥下，打開(kāi)輸入密碼功能。用按鍵開(kāi)關(guān)輸入相應(yīng)的4位十進(jìn)制密碼。在輸入密碼時(shí)，倒計(jì)器開(kāi)始工作，進(jìn)行5s倒計(jì)時(shí)。計(jì)時(shí)器輸出端連接的數(shù)碼管從4到0開(kāi)始倒數(shù)。計(jì)時(shí)器未啟動(dòng)時(shí)，數(shù)碼管出現(xiàn)的是數(shù)字4說(shuō)明計(jì)時(shí)器已成功置數(shù)。輸入密碼寄存器的輸出端接上數(shù)碼管，數(shù)碼管顯示相應(yīng)的輸入密碼。如果5s倒計(jì)時(shí)完成了后，鎖裝置還是亮紅燈的話(huà)，怎么按鍵盤(pán)，數(shù)碼管上的數(shù)字始終不變，這說(shuō)明按鍵輸入被鎖定了，電路實(shí)現(xiàn)了自鎖功能。若密碼正確，綠燈亮，紅燈滅了。這說(shuō)明鎖的開(kāi)