电子电路课程设计电子密码锁的设计.doc

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1、电子电路课程设计电子密码锁的设计班级：2011级通信工程1班姓名：张娜 学号：P111813684 成绩： 电子密码锁的设计专业：通信工程 姓名：张娜 指导老师：王建华摘要本设计采用了两片74LS194双向移位寄存器，实现8位二进制码串行输入。利用两片74LS85对预置好的密码与输入密码进行比较。若密码正确则开锁电路实现开锁功能；若密码不正确，则报警。利用两片74LLS192芯片设计成70进制计数器，控制报警时间为60S，停10S之后循环，同时报警系统可兼做门铃使用，利用74LS192同步十进制可逆计数器控制门铃响铃时间为10S。数字60,10,10通过3个数码管显示出来。关键字：电子锁，门铃

2、，移位寄存器，计数器，脉冲，蜂鸣目录1设计目的1 1.1设计内容及要求1 1.2原理框图12系统具体设计及参数计算12.1设计思路12.2元器件清单22.3各模块详细设计32.3.1数据比较和原始密码输入模块32.3.2串行输入模块52.3.3时钟模块62.3.4计时模块72.3.5报警模块82.3.6门铃模块92.3.7声响模块10 2.3.8按键去抖模块11 2.3.9系统复位电路112.4总电路图113仿真12 3.1密码输入模块仿真13 3.2门铃模块仿真13 3.3报警模块仿真14 3.4计时电路仿真14 3.5总仿真电路图154调试和总结164.1工作进程16 4.2调试164.3

3、总结17 4.3.1工作中遇到的问题17 4.3.2心得体会185参考文献19 1.设计目的利用数字电路的理论和知识进行设计，设计一个电子密码锁，密码为8为二进制代码，当输入密码与原密码一致时，锁被打开，当输入密码与原密码不一致是，则报警。1.1设计内容及要求 设计一个电子锁，其密码为8位二进制代码，开锁指令为串行输入码。开锁输入密码与原密码一致时，电子锁被打开。当输入密码与原密码不一致时，则报警。褒奖时间持续60秒，停10秒后再重复出现。报警器可以兼做门铃使用，门铃时间为10秒。设置一个系统复位开光，所有的时间数据用数码管显示出来。1.2原理框图原始密码串行输入密码比较模块声响模块计时模块扬

4、声器扫描电路数码管图1 原理框图2. 系统具体设计及参数计算2.1设计思路1. 原始密码输入模块：使用8位数码开关，分别接到高位74LS85和地位74LS85上，另一端接5V电源，当按键接通时表示高电平“1”，当按键未接通时，表示低电平“0”。2. 串行密码输入模块：采用两片74LS194双向移位寄存器联级成八位数据输入模块，分别接到高位的74LS85和地位的74LS85上。3. 数据比较模块：采用两片4位数值比较器74LS85联级成8位数值比较器，用高位的芯片输出端,和控制门铃和报警电路。当时，电子密码锁被打开；当或者时，则报警响铃。4. 时钟模块：计时模块用来产生标准的秒脉冲给电路提供时序

5、。采用555定时器构成多谐振荡器。5. 计时模块：采用两片同步十进制可逆计数器74LS192联级成0099计时模块。芯片输出BCD码。由74LS48（共阴）驱动两个共阴LED数码管。6. 显示模块：时间显示采用两个7段共阴极数码管。7. 报警模块：采用多谐振荡器，周期为70秒，其中响铃60秒，再暂停10秒，占空比为85.7%。由555定时器构成。8. 门铃模块：和报警模块一样采用多谐振荡器，由芯片74123构成。9. 声响模块：采用直流驱动蜂鸣器，由k报警模块和门铃模块驱动。10. 复位模块：将各个模块的芯片的清零端或使能端连在一起，设计一个复位开关控制。若芯片没有清零端，将其接地端串联到复位

6、开关。11. 按键去抖：采用美信公司的MAX6818消抖开关。2.2元器件清单表1 元器件清单序号元器件名称数量1电阻202电容器73二极管2续表1 元气件清单4数码管25蜂鸣器16消抖器17三极管18波段开关19按键开关210单刀双掷开关111轻触开关112BCD译码器74LS48213十进制计数器74LS192214数值比较器74LS85215移位寄存器74LS194216时基电路317反相器118或门电路12.3各模块详细设计2.3.1数据比较模块和原始密码输入模块器件选择采用两片数值比较器74LS85联级成八位数值比较器，用高4位的芯片输出端,和控制门铃和报警电路。其引脚图和功能表入图

7、2和表2所示。图2 74LS85引脚排列图表2 74LS85功能表输入数据来自低位的比较结果输出结果A3,B3A2,B2A1,B1A0,B0I(AB)I(A=B)I(AB)Y(A=B)Y(AXXXXXX100XXXXX100=xxxx100=xxx100=xxx001=100100=001001=x1x001=101000=000101电路设计如图3所示两片74LS85级联成八位数据比较模块，左边为低四位，右边为高四位。P口由5V VCC经编码开关接入，设定原始密码。Q口由串行数据输入模块接入。高位芯片5、6、7引脚输出电平表示开锁密码是否正确。若正确，则6脚为高，另两脚为低。若不正确，则5脚

8、或7脚为高，六脚为低。5、7脚通过或门电路（7432）接报警模块。6脚接门铃模块。图3数据比较模和原始密码输入模块电路图2.3.2串行输入模块器件选择采用两片四位双向通用移位寄存器74LS194，级联成八位数据输入模块。其引脚图和功能表如图4和表3所示。图4 74LS194引脚图表3 74LS194的功能表S1S0cp功能0清零100保持101右移110左移111置数电路设计如图5所示，两片74LS194构成八位串行输入并行输出模块，左侧为低位，右侧为高位。采用功能表第三行（右移）模式。输入密码时，按下START按键，使模块由清零进入工作状态。单刀双掷开关决定模块输入“1”或“0”。按下PUT

9、 IN轻触开关时，两芯片获得同步脉冲，此时所有数据向高位移动一位。低位的输出端QD连接高位的输入端SR，完成由低位向高位的数据传送。两芯片的输出端分别接到数据比较模块的低位和高位。图5 串行输入模块电路图2.3.3时钟模块电路设计如图6所示，由555定时器构成多谐振荡器，OUT为输出端，为计时模块产生秒脉冲。该电路产生周期为1Hz，占空比为53%的波形。计算公式为：高电平持续时间 T1=0.7(R1+R2)C1。 低电平持续时间 T2=0.7R2C1。图6 时钟模块电路图2.3.4计时模块器件选择采用两片同步十进制可逆计数器74LS192级联方式构成可显示0-99计时模块。芯片输出BCD码，由

10、74LS48（BCD-7段译码器内部上拉输出驱动）驱动两个数码管（共阴极）。74LS192引脚图如图7所示，74LS48引脚图如图8所示，74LS192功能表如表4所示。 图7 74LS192的引脚排列 图8 74LS48的引脚排列表4 74LS192的功能表输入输出CRLDCPUCPDD3D2D1D0Q3Q2Q1Q01XXXXXXX000000XXabcdabcd011xxxx加计数011xxxx减计数电路设计如图9所示，该电路为十进制099显示电路。左侧为十位，右侧为个位。74LS194的A端为脉冲输入，低位的QD接到高位的A，完成十进制进位。输出BCD码进入74LS48数码管译码器。74

11、LS48为内部上拉高效译码输出，用来驱动共阴极数码管。使用时需要串联保护电阻，阻值大约280。数码管K端接地。图9 计时模块电路图2.3.5报警模块电路设计如图10所示，报警电路由555定时器构成多谐振荡器RST当作使能端。高电平触发。OUT为输出端，产生60秒高、10秒低的波形，触发蜂鸣器。经计算，该电路构成频率0.014Hz，占空比85.7%的波形输出。计算公式见上文时钟模块设计。图10 报警模块电路图2.3.6门铃模块器件选择当输入密码一致时，系统开锁，并触发门铃模块。门铃模块采用由555电路构成的单稳态触发器。稳态时间计算公式：T=RC电路设计如图11所示，由555定时器构成单稳态触发

12、器。OUT 为输出端，驱动门铃（蜂鸣器）。暂稳态持续时间约为10 秒。随后电路回到稳定状态。由于555定时器的性质，触发端TRIG是下降沿触发，而不是低电平触发。若TRIG端低电平持续时间大于暂稳态时间，则系统进入到不稳定状态。所以在触发端TRIG之前加入RC电路和反相器。整个系统由高电平驱动，当触发电平由低变高时，TRIG端收到一个下降沿，随后电容充电完毕，TRIG回到高电平，整个过程持续时间小于暂稳态持续时间。图11 门铃模块电路图2.3.7声响模块器件选择根据题目要求，门铃和报警模块公用一个蜂鸣器。因担心驱动能力不够，所以采用三极管放大电路。门铃和报警模块输出端通过反相器接到8550PN

13、P三极管基极。当基极接收到低电平时，三极管导通,驱动蜂鸣器。电路设计电路图如图12所示。图12 声响模块电路图2.3.8按键去抖模块采用美公司的MAX6818按键消消抖器。其引脚图如图13所示，具体连接方式见总电路图。 图13 MAX6818引脚排列2.3.9系统复位模块采用开关复位设计。即系统电源开关就是系统复位开关。2.4总电路图图14 总电路图3电路仿真Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。本次设计采用Multisim 1

14、0进行仿真。3.1密码输入模块仿真如图15所示为串行密码输入模块和数据比较模块仿真电路图。当输入密码与预先编码一致时，中间LED亮起，若不一致，左侧或右侧LED亮起。经观察，仿真结果和电路设计一致。图15 串行密码输入和数据比较模块仿真电路图3.2门铃模块仿真如图16所示为门铃模块仿真电路图。左上角开关模拟开锁门铃信号输入。右侧LED和蜂鸣器表示门铃响起。当开关闭合式，触发单稳态触发器，同时由于RC电路影响，555定时器触发端一段时间后回到高电平，保证了输入信号长时间保持高电平时，电路的稳定 。图17为单稳态触发器波形图。仿真结果与电路设计一致。图16 门铃模块仿真电路图 图17单稳态触发器输

15、出波形3.3报警模块的仿真如图18所示为报警模块仿真电路图，开关模拟报警信号输入，高电平触发。LED和蜂鸣器表示铃响。图19为多谐振荡器输出端波形图。经观察，仿真结果和电路设计一致。 图18 报警模块仿真电路图 图19 多谐振荡器输出波形图3.4计时电路仿真 如图20所示为计时模块仿真电路图，由555定时器构成多谐振荡器产生秒脉冲，右侧开关模拟报警和门铃模块信号输入。数码管显示时间。图21为秒脉冲输出端波形图。经观察，仿真结果和电路设计一致。 图21 多谐振荡器输出波形图 图20 计时模块仿真电路图3.5总仿真电路图图22 总仿真电路图4调试和总结4.1进程先将74LS194的级联，将拨码开关

16、接入级联好后的74LS194中，用VCC供电，再接入消抖后的单步脉冲信号，串行输入8位密码。7485比较器级联后，输入密码部分连入74LS85输入的A中4个引脚，拨码开关连入B中4个引脚，检查引脚连接是否有误，检查后，经比较器对输入密码进行测试，若输入正确密码则开锁；若输入错误密码则报警。调试后电路若可以正常运行，则密码输入与比较部分工作结束。报警部分用74LS192计数器级联设计后用来控制循环报警时间，并通过74LS48译码管译码和数码显示管显示所用时间。同时并连一个555定时振荡电路及扬声器用作报警，通过各种门电路来控制实现计数器与该555时基电路同时工作。门铃部分用一个555单稳态触发电

17、路及扬声器来实现。门铃响应时间10s通过计数器74LS192来实现，且通过译码管及数码显示管将之显示出来。4.2调试首先要保证连线正确，掌握连线顺序。通常是先短线，后长线，或先连不易连接的线，使已经连接好的线不影响下一步的布线。特别注意连好各集成器件的地线和电源线，否则会损坏器件。因此在实验板上接好各器件的地线和电源线，并用万用表测量，以保证电源的地线和电源线畅通无阻。电路连接完成后用万用表检查各个界限是否正确。要防止错线，漏线，接触不良等现象。对于集成电路中不用的出入端，必须接到一个无效电平上去。各器件的输入端在理论中悬空是表示接高电平，但是实际的逻辑器件如果输入端本该接高电平而没接，可能会

18、导致元件的工作不稳定。在实际联电路时，会出现接触不好等情况。这是由于面包板的质量和连线时线头裸露部分没有完好的接触面包板的铜片造成的。灯不亮，极有可能正负极接反，调整过来。高低电平区分不出，应仔细检查。最后，也存在芯片坏的，那就需要自己判断，比如非门进1出0。完成搭接工作后，做一次系统检查，如果各个部分连线正确，方可接通电源，进行调试，调试时应先对子系统进行调试，子系统调试成功后，在进行子系统之间的连接，然后进行总调试。4.3总结4.3.1工作中遇到的问题1问题：输入正确密码并确认后并不能开锁。解决办法：重新检查74LS194的级联，输入端口的高低电平接入情况。2问题：数码显示60秒时间不准确

19、解决办法：调整方波脉冲3问题：报警系统不循环工作解决办法：系统加入TTL门电路组合，使系统构成循环装置4问题：输入密码时报警器与指示灯同时工作解决办法：比较器后加一个确认开关，使密码锁存不输出。确认键闭合时才输出。5问题：555定时器构成单稳态触发器时，触发端下降沿有效，但是低电平时间不能大于暂稳态时间。解决办法：将单片机上电复位的电路应用到单稳态触发器的触发电路。4.3.2心得体会在本次课程设计中，使我充分了解了数字电子在实际中的应用，各元器件的工作原理及过程。让我认识到自己对实践环节知识的缺乏，锻炼了我的实践能力。此外，我还得到了许多体会，大约有以下几点：一、 在拿到课程设计题目时，思绪全

20、无，举步维艰，此时感到自己缺乏理论知识。于是我重拾教材与实验手册，对知识系统而全面地进行了梳理，这样才会了如何思考的思维方式，找到了设计的灵感。二、 在设计过程中，由于有些细小的问题没有注意到，导致了电路仿真不好使。这些的知识老师课上都讲过，只是当时没有注意到。譬如短路开路，现实中引脚悬空呈现大电阻特性即高电平。以后上课要多注意听讲，看书要仔细，细节决定成败。三、 在电路仿真过程中，遇到了许多问题，Multisim 软件仿真时，需要进行仿真时间步长设置。如果设置步长过小，现实中过去一分钟，软件中可能只运行几秒。四、创新求发展。“创新”目前在我国已经提升到国家发展战略地位，在设计中求创新是非常重

21、要的。因此，我们要从小处着手，顺应时代发展潮流，在课程设计中不忘在小处创新，未必是创新技术，但凡创新思维亦可，只要实现创新思维培育和锻炼即可。对我们而言，知识上的收获很重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！希望以后还能够有像这次一样自己动手的机会。5参考文献【1】阎石 数字电子技术基础（第五版）北京：高等教育出版社，2006【2】唐诗白 模拟电子技术基础（第四版）北京：高等教育出版社，2006【3】郭锁利 基于Multisim 9的电子系统设计仿真与综合应用 北京：人民邮电出版社，2008【4】数字电子技术实验指导书 西北民族大学电气工程学院【5】潘永雄 电子线路CAD实用教程 西安：西安电子科技大学出版社，2007