数字电子技术课程设计——电子密码锁.doc

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1、课程设计说明书课程名称： 数字电子技术课程设计 题 目： 电子密码锁 学生姓名： 专 业： 班 级： 学 号： 指导教师： 日 期： 年 月 日 电子密码锁一、设计任务与要求1.用电子器件设计制作一个密码锁，使之在输入正确的代码时开锁。2.在锁的控制电路中设一个可以修改的4位代码，当输入的代码和控制电路的代码一致是锁打开。3.用红灯亮、绿灯灭表示关锁，绿灯亮、红灯灭表示开锁4.如5s内未将锁打开，则电路自动复位进入自锁状态，并发报警信号。二、方案设计与论证1、用按键输入四位十进制数字，输入密码要存储。 2、比较输入密码和原始密码。当输入正确密码时，给出开锁信号，开锁信号用一个绿色指示灯表示，绿

2、灯亮表示密码输入正确；如果输入密码不正确，用红灯表示。 3、锁的开关用红灯和绿灯表示，一次只能亮一盏。红灯亮、绿灯灭表示关锁，绿灯亮、红灯灭表示开锁。 4、设置倒计时电路和自锁电路。如果密码在5s内未能输入正确则发出报警声，并且自锁电路。5、 设置密码设置开关，开关闭合后，允许设置密码，设置好密码后，打开此开关。6、 需要在输入密码开始时识别输入，并由此触发计时电路。方案一 用74LS147译码器来把按键输入转化为二进制。通过8片四位寄存器74LS194实现密码功能，其中四片用来存储预置密码，另四片则用来存储输入的密码。当密码开始输入时开始计时，通过74LS192计数器实现计时功能；然后在密码

3、输入期间，用74LS138数据选择器来选片存储。数据选择器的输入端又一个两位的二进制的加法计数器来控制，当键盘有按键输入时计数器就加1，当一个按键按完后会轮到下一个芯片存储。自锁功能利用74LS138来控制。通过四片74LS85芯片判断原始密码和输入密码是否相同，接着用指示灯来表示密码的输入正确与否，如果密码没有输入正确的话，则红灯亮，否则则绿灯亮。若是没在规定时间输入正确密码，则会发出警报信号（蜂鸣器响）。方案二 也用74LS147译码器来把按键输入转化为二进制。通过8片四位寄存器74LS175实现密码的存储问题。用四个双D触发器来组成一个位移控制器来控制74LS175的存储密码，当键盘有输

4、入时双D触发器组成的位移寄存器的输出就会往右位移一位。计数器用555单稳态电路来计时。输入密码时，键盘有按键输入就开始计时，单稳态电路输出一个脉冲，等脉冲过后判断密码锁是否已解锁，若就没解锁则自锁电路。通过四片74LS85芯片判断原始密码和输入密码是否相同，接着用指示灯来表示密码的输入正确与否，如果密码没有输入正确的话，则红灯亮，否则则绿灯亮。若是没在规定时间输入正确密码，则会发出警报信号。三、 单元电路设计与参数计算 方案一和方案二对比，我选择了方案一。原因是：方案一中的倒计时单路方便显示，比较直观。而且方案一的总体思路是用一个数据总线和一个地址线来控制信号的输入存储，比起方案二更优秀。所以

5、我选择了方案一。1、 按键输入和按键信号识别 由图可以看到左边的是按键，按键J1，J2J9，J0，分别对应数字1-9，0.按键的一边接了高电平，一边接到74LS147的输入端。当有按键被按下去的时候，74LS147芯片和按键连接的输入端就会为低电平。此时，74LS147工作，把输入按键端的输入信息化为二进制码。比如说，当J1被按下去时，74LS147芯片的输入1端就会输入一个低电平，然后芯片把该信息转化为二进制码0001。图中的四个与门是用来检测键盘按键输入的。当键盘有按键输入时，和与门相连的与门输入端就会出现一个低电平与门的输出就为0，表示为有按键输入，当不按按键时，与门的输出为高电平，即是

6、输出1. 由于74LS147芯片是反码输出，所以要在输出端接上一个非门。 该电路时控制按键输入信号，当开关S1拨到下方时，进入密码输入阶段，此时74LS194芯片实行左移功能，没当按键有按键输入时，按键识别与门的电平就会发生变化，与门就会向74LS194芯片输入一个脉冲信号，使该芯片启动进行位移操作。一开始时QA输出端是为0，在输入密码期间一旦有按键输入该芯片就会启动，QA输出端就会输出1，然后无论再怎么按按键，QA输出端就一直是为高电平，该高电平就会输出到控制计时电路的时钟脉冲控制与门使计时电路工作，实现倒计时功能。 2、数据储存 数据的存储用到的芯片是74LS194 ，控制数据的存储功能的

7、芯片也是74LS194，它的主要功能是选片存储。74LS194为四位双向移存器。 74LS194 移位寄存器中的数据可以在移位脉冲作用下一次逐位右移或左移，数据既可以并行输入、并行输出，也可以串行输入、串行输出。图一 74LS194移位寄存器的引脚图以上为74LS194的引脚图，其中D0D3：并行输入端； Q0Q3：并行输出端；S0、S1：操作模式控制端； ：为直接无条件清零端；SR：右移串行输入端 SL：左移串行输入端；CP：时钟脉冲输入端；其原理如下： 若Cr=0，则清零，异步，最优先； 若Cr=1，其功能由S1，S0决定；（1）存储数据功能： S1=1，S0=1；并行装入，同步，CP上升

8、沿，d0Q0,d1Q1，d2Q2；d3Q3。 S1=0.S0=0；输出不变。（2）位移功能：S1=0，S0=1;右移串行输入，数据移动方向为：DSRQ0Q1Q2Q3.同步，CP上升沿。S1=1，S0=0;左移串行输入，数据移动方向为：DSLQ3Q2Q1Q0，同步，CP上升沿。利用移位寄存器可构成数据存储器。先使S0=S1=1，并行输入预置数值，再改变S0和S1的电平，实现左移或右移状态或者使数据不变。存储电路的简化图如下： 此图为存储电路的一块芯片，共有8块74LS194用来存储。 片选功能的电路如下： S1是控制电路的设置密码和输入密码功能的。74LS138是数据选择器，作为选片储存功能。电

9、路没有自锁时74LS138的G1端输入为1，实现数据选择功能。当S1拨到上方时，74LS138的输入端C端就会置1，这时候实现密码设置功能，此时74LS138的输出端只在Y4到Y7之间工作。74LS138的一个输出端控制一个寄存器的读写功能。两个双D触发器组成一个二进制加法器。每当键盘有按键输入时触发器的时钟脉冲端就会来一个脉冲使触发器工作一下，加法器加1.加法器的输出端接到74LS138的输入端。当按键输入时，加法器每变化一次，74LS138的输出端选择上就变化一次，以选择不同的寄存器来读写数据。3、显示功能 简略图：可以看到和74LS194和14LS192的输出端是连在数码管上的，当这两个

10、芯片输出一个二进制数时，数码管就会显示相应的十进制数。 4、定时器 在定时器的选用上，我选用了74LS192芯片作为一个定时器。 74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。(bcd,二进制)。CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。 LD为预置输入控制端，异步预置。CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出，BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。 74LS192功能表：74LS192引脚图:其原理图如下： 74LS912芯片的CLR端为0，UP端置1，LOAD端接BO端，组成一个计时器。该电路开始工作时BO端为0首先置数，置4的二进制数

11、，即是0100。然后等时钟脉冲，在密码输入时有按键输入时，就会工作，此时，BO端为1，进行二进制减数。当它减到0时，BO就会输出一个低电平，输出接旁边用双D触发器组成的二进制制计数器的时钟信号输入端。当双D触发器进1时，输出Q端就会输出0。74LS192芯片的时钟信号由方波脉冲提供，和脉冲相连的是一与门，与门的作用相当于开关，它的开关决定因数有四个，一个是旁边的双D触发器Q端输出端，开始工作时，触发器的Q输出端为1；第二个因数是按键开关，当键盘上有按键输入时，就会有按键识别电路置1，并保持为1；第三个因数是选择是输入密码还是修改密码的开关电路传来的信号，当电路的工作状态为密码输入时，该与门的输

12、入端就会置1，否则为0；第四个为方波脉冲信号，该方波脉冲信号会始终在0和1之间变化。当以上四个信号都为1时，该与门就会输出信号1，其实，当除方波脉冲信号以外的其他三个信号都为1时，该芯片就会有一个时钟信号输入。当双D触发器的输出端Q为0时，也即是说，倒计时已用完时，与门输入端会有一个0输入，74LS192芯片就会没有时钟脉冲信号输入，倒计时电路不动。 5、自锁电路和报警电路在电路的开始工作首先要有两个条件满足才行，一个是74LS192定时器旁的二进制计数器的输出端Q（Q非端）输出1，即是已经倒计时完了；第二密码锁还是为锁住状态，即亮红灯。该两个信号用一个与门来判断，和BO端的连接的输入端接一个

13、非门。当这两者条件都满足时就会向自锁电路发出一个信号1。其电路如下： 有了这先决条件后，与门的信号就会输入到74LS194芯片上，该信号时由0变1为74LS194芯片提供一个脉冲信号。74LS194芯片的SL、SR、S0、CLR端接上高电平，把74LS194构成一个右移寄存器，时钟脉冲端CLR每当有一个电平变化时，74LS194芯片的输出端就会左移一位，低位会补上1。当与门由0变1，输出端QA就会由0变174LS138的G1端就会置0，此时74LS138输出端全为1，输出信号通过非门后全为0,作为存储数据芯片的74LS194寄存器的S0和S1端都为0，寄存器的数据就会被锁住，无论寄存器的输入端

14、为多少输出端都不会变化。电路就实现了自锁功能了。当电路自锁时，左边的位移寄存器74LS194的QA输出端就会变为1和QA相连的蜂鸣器就会响，实现报警功能。图中的S1开关是控制密码的输入和设置密码功能。当开关导通下面电路时是输入密码状态，当开关拨到上面时是设置密码状态。每输入一个数字数据选择器就会输入不同的二进制数来选择不同的寄存器读写。 6、密码比较电路 密码比较电路主要是用了74LS85做为比较器。其简化电路如下：74LS85的AEQB置高电平，即是该芯片的扩展部分的Qa=Qb，使该芯片能正常比较输入的两数据大小。分别作为输入密码寄存器和预设密码寄存器的输出端接上74LS85的输入端一比较密

15、码相同位的数据是否相同，当两者相同时，74LS85的OAEQB输出1，否则输出0.如此类推再把密码的不同位进行比较，用四个74LS85芯片来比较密码，其OAEQB接四输入与门，用来比较四个密码是否都相等。其电路如下： 当密码有一位不相等时，74LS85的输出端就会有输出0，四输入与门就会输出0。与门输出与开锁、关锁电路相连。开关锁电路就会识别该信号来决定是否开锁。7、 开关锁电路 由上图可以看到当与门输出为0时LED1灯亮，当与门输出为1时，LED2亮。LED1、LED2分别为红灯、绿灯，分别代表着关锁、开锁。即是说，当与门输出为0时锁处于关闭状态，1时处于打开状态。该与门的输入端接74LS8

16、5比较器。四、总电路工作原理及元器件清单1总原理图 电路图有附件。2.电路完整工作过程描述（总体工作原理）电路工作过程如下：5s定时电路音响电路显示电路开锁控制电路密码锁存电路输入按钮开关输入锁存电路自锁锁装置 首先，进行密码设定，用开关S1实现密码的输入和设定功能。当开关S1拨到密码设定功能时，输入的密码就会存储在密码锁存器电路中。然后把开关S1拨到密码功能，通过按钮开关来输入密码。在密码输入阶段，当有按键输入时，就会激发5s定时电路进行倒计时。5s后锁还没解开就会触发自锁功能，并且触发音响电路，蜂咛器发出报警声。密码的输入都有显示电路显示输入的密码。等密码输入完后，就会进入开锁控制电路中。

17、先比较预设密码和输入密码是否相同，如果相同，就会触发锁装置的开锁功能，此时，电路的绿灯亮，红灯灭；如果密码不相同，锁装置就会亮红灯，绿灯熄灭，表示锁被锁住了。3.元件清单元件序号型号主要参数(封装)数量备注U274LS, 74LS147DIPC-7351DO161U15, U16, U2774LS, 74LS21DIPC-7351DO143U7, U8, U9, U10, U11, U12, U18, U19, U33, U3674LS, 74LS194DIPC-7351DO1610U4, U5, U1474LS, 74LS04DIPC-7351DO143U374LS, 74LS192DIPC

18、-7351DO161U21, U3574LS, 74LS74DIPC-7351DO142U174LS, 74LS08DIPC-7351DO141U34BUZZER, BUZZER 200 Hz GenericBUZZER1U17, U20, U30, U3174LS, 74LS85DIPC-7351DO164LED1LED_redUltiboardLED9R2_5V1LED2LED_greenUltiboardLED9R2_5Vg1U1374LS, 74LS138DIPC-7351DO161五、 仿真调试与分析仿真时候，首先设置好预设密码，把开关S1拨到预设密码功能，用按键开关输入4位十进制密

19、码。输入时，数码管显示相应的密码。然后，把S1开关拨下，打开输入密码功能。用按键开关输入相应的4位十进制密码。在输入密码时，倒计器开始工作，进行5s倒计时。计时器输出端连接的数码管从4到0开始倒数。计时器未启动时，数码管出现的是数字4说明计时器已成功置数。输入密码寄存器的输出端接上数码管，数码管显示相应的输入密码。如果5s倒计时完成了后，锁装置还是亮红灯的话，怎么按键盘，数码管上的数字始终不变，这说明按键输入被锁定了，电路实现了自锁功能。若密码正确，绿灯亮，红灯灭了。这说明锁的开锁功能正常。反之，当密码错误时，红灯就会亮，绿灯就会灭，锁的关锁功能正常。若密码错误且5s倒计时已过，就会出现以上所

20、说的自锁功能。整个密码锁功能实现完成。六、 结论与心得 通过这次数字电路课程设计，让我深入理解各芯片的功能电路并充分利用它们解决我们日常问题。而且也让我明白电路各元件之间工作不但要分工合作，也要让它们之间相互通讯，使得电路中各部分协调工作。在设计电路时，首先要想到的是要解决什么问题，然后把问题划分为几个小问题，每个小问题用一个或几个模块来实现它的功能。像这个电子密码锁一样，要设计一个密码锁，先要把密码锁的各个功能分开，分别用不同电路来解决它。由于密码锁每个模块都只是解决一个小问题，所以要实现密码锁这整个功能时就要把各个模块充分调用起来，让它们有机结合，共同完成密码锁这个大功能。像按键识别模块那

21、样，一有按键被按下去它就识别信号，如果是在密码输入阶段的话，它就会向计时电路发送信号使计时电路工作。而自锁功能的功能也是要条件才触发，红灯亮且计时电路已经计时完毕才会触发自锁功能。最巧妙的还是寄存器的读写功能实现。它分一个数据线，一个地址线。数据线是共用的，地址线是独用的，利用地址线来控制各个寄存器的读写功能。总的来说，一个密码锁是一个整体，它要它各自的部分协调工作才能组成一个完整的一个整体。七、参考文献1李继凯 杨艳 数字电子技术及其应用 科学出版社 2012年8月 2徐波 数字电子技术基础实验 电工电子教学与实验中心 2011年8月3彭介华 湖南大学 电子技术课程设计指导 高等教育出版社 2012年3月