数字电子密码锁设计说明书

长春建筑学院2018-2019(二)《数字电子技术基础》课程设计说明书专业：建筑电气与智能化姓名：刘琦峰班级：建电1701学号：17指导教师：孙萍张欣日期：2019年5月27日-5月31日城建学院课程设计成绩评分表设计题目:数字电子密码锁设计成绩组成评分标准满分得分设计期间工作表现出勤,遵守纪律情况30分学习态度，勤奋刻苦程度，协作精神等成果质量计算书内容全面，计算准确，字体规范，格式符合要求40分方案的合理性图纸图面清晰，设备选择合理，管线标注正确答辩情况回答问题概念清楚，准确、深入，逻辑性好30分总计100分核定成绩:评阅教师:目录一、设计题目.........................................................................................................1二、整体方案设计.................................................................................................2三、单元电路设计.................................................................................................3四、总电路原理图及器件清单.............................................................................9五、仿真结果及分析...........................................................................................10六、焊接与调试...................................................................................................12总结.....................................................................................................................14参考文献...............................................................................................................151一．设计题目1、设计目的(1)巩固和加深对电子电路基本知识的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力；(2)培养根据设计需要选学参考书籍，查阅相关手册、图表和文献资料的自学能力；(3)通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件、电路组装、调试和检测等环节，提高自身动手能力；(4)通过课程设计，培养独立设计能力、提高综合运用知识的能力，同时也有助于为以后的毕业设计打下坚实的基础；(5)随着人们生活水平的提高，如何实现家庭防盗这一问题也变的尤其的突出，传统的机械锁由于其构造的简单，被撬的事件屡见不鲜，电子锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的亲睐。2、设计要求(1)设计一个数字电子锁，有其预先设定好的密码，该密码可以修改。(2)输入密码按确定键后，若密码正确则锁打开；若密码不正确则电路发出报警信号。任意输入密码而不按确定键的话电路不会有反应。(3)任意输入密码而不按确定键的话电路不会有反应。(4)打开的持续时间为Tx，警报持续时间也为Tx,即按下确定键到松开后10秒，按住确定键不放的话一直打开或报警。2二．整体方案设计1、整体方框图2、系统方案论证（1）总体方案的设计针对题目设计要求，经过分析与思考，我拟定了以下四种方案：方案一：用TTL与CMOS芯片设计，由下而上设计整个总统，首先构成功能单元电路在再由此组装。此方案设计思路明确，所用知识简单。易于调试安装接线，但使用器件较多，系统不是很稳定，用处明显不足。但相对于初学者而言，选择此方案比较实际，易于实现。密码输入确定密码密码验证模块锁定输入计时模块逻辑组合模块修改密码开锁信号报警信号3方案二：用TTL与CMOS芯片设计，由下而上设计整个系统，首先确定系统的逻辑功能，将系统分为控制器和逻辑器，再用ASM确定控制器算法。由此方案系统集成度较高且稳定，但控制器实现算法较难设计，且接线烦乱（需用总线），鉴于设计可实现问题。方案三：用可编程逻辑器件ispLSI1061实现设计，由下而上设计整个系统，将逻辑电路输入可编程开发系统，编译成JEDEC文件实现系统电路。但是，基于初学者可编程逻辑器件知识欠缺，对系统软件平台和硬件的不熟悉，所以该设计方案有明显的难度。方案四：用单片机设计，用Keil编写一个C程序，将其拷进单片机系统，从而实现密码锁功能。此方案只需在程序上花点功夫，易于实现，但对于单片机未免大材小用，不适合大规模设计。（2）总体方案的选择方案一与其他方案最大的不同就在，方案一是基于基本要求而设计的。四种方案的基本思路相同，将整个设计电路的功能模块化，设计思想比较简单。元件种类使用的简单而且少，且都较熟悉易于组装电路。这么设计的出发点是，电路设计模块化，易于检查电路，对后面的电路组装和电路调试都很方便。为了短时间内完成设计和高效率，我选择了方案一。三、单元电路设计1）密码检测与修改电路开始时可以在电路中的key=8，key=7，key=6，key=5键设置起始开锁密码，或者在键盘上按数字8,7,6,5也可以实现。在key=E，key=F，key=G，key=H键进行输入密码并与储存密码比较，或者在键盘上按E,F,G,H也可以。只有在10s内输入密码与设置密码相同时，锁才打开（在总原理图中此时X2绿灯亮），如下图a所示。若有一个密码不同且时间超过10s时，电路则会进入报警与锁死状态（在总原理图中为X1蓝灯X3红灯同时亮）。如果想换密码也很容易，只要将电路中的密码修改区中的几个开关变换一下就可以了。4VCC5.0VU574LS85DA213B214A112B111OAGTB5A010B09A315B31OAEQB6OALTB7AEQB3ALTB2AGTB4U6A7432NJ1键=AJ2键=BJ5键=EJ4键=DJ3键=CJ6键=FJ7键=GJ8键=H图a密码检测与修改电路电路工作原理；①当一个选通端（E1）为高电平，另两个选通端（(/E2))和(/E3)）为低电平时，可将地址端（A0、A1、A2）的二进制编码在Y0至Y7对应的输出端以低电平译出。(即输出为Y0至Y7的非)比如：A2A1A0=110时，则Y6输出端输出低电平信号。②利用E1、E2和E3可级联扩展成24线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成32线译码器。③若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器。输入键盘为6个逻辑开关；74LS85D为3线-8线译码器，它的真值表如表1-1。表1-1真值表输入输出S1S2+S3A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y70XXXX11111111X1XXX1111111110000011111115100011011111110010110111111001111101111101001111011110101111110111011011111011011111111110由表1-1可知每个输出端为0时都有唯一的输入码，所以可以把S1、S2、S3、A2、A1和A0作为密码输入端，与输入键盘相连，共有26=64种输入情况。Y0-Y7只需要选择其中一端作为密码验证信号输出就行了。有8个选择，也就是修改密码时，只有8个不同的固定密码可以选。密码设定端至74LS160D,密码和密码选择端对应表如表1-2.表1-2密码和密码选择段对应表密码设定端的连接密码Y0100000Y1100001Y2100010Y3100011Y4100100Y5100101Y6100110Y71001112）键盘输入限时电路如果输入密码的时间超过10秒（一般而言用户不会超过10秒），防止他人非法操作，电路将对锁发送锁死信号并让报警器开始持续20s的报警。用XFG1（即函数信号发生器）当做脉冲源，其频率改为1HZ即可。原理图如下图b所示。6U174LS160DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U274LS160DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U6A7432NU7A7432NU9A7432NU10A74LS08JU11A74LS08JXFG1COMVCC5.0VU12A74LS04DU13A7408NU14A74LS04DS2键=空格X22.5V图b键盘限时输入电路本电路是由4个主从触发器和用作除2计数器及计数周期长度为除5的3位2进制计数器所用的附加选通所组成。有选通的零复位和置9输入。74LS160芯片同步十进制计数器（直接清零）·用于快速计数的内部超前进位·用于n位级联的进位输出·同步可编程序·有置数控制线·二极管箝位输入·直接清零·同步计数本电路是由4个主从触发器和用作除2计数器及计数周期长度为除5的3位2进制计数器所用的附加选通所组成。有选通的零复位和置9输入。74ls160特点用于快速计数的内部超前进位用于n位级联的进位输出同步可编程序有置数控制线二极管箝位输入直接清零7同步计数74LS160引脚图与功能说明RCO进位输出端ENP计数控制端QA-QD输出端ENT计数控制端CLK时钟输入端CLR异步清零端（低电平有效）LOAD同步并行置入端（低电平有效）译码器的8个输出端口分别连接到逻辑开关8个接口上面，这样就可以实现选择密码的功能，但是密码只有固定的8种。然后D触发器再把密码验证模块送来的验证结果存住。按下确定键时，单稳态触发器送过来的上升沿使触发器做出反应。如表1-3为D触发器真值表。表1-3D触发器真值表输入输出CLKDQ↑008↑11下降沿X保持3）锁定与解锁电路在输入密码与设置密码不同并超出10s时，电子密码锁关锁，红灯亮。并开始报警，即蓝灯亮，此时电路进入锁死状态，在20秒后报警结束，但电路一直保持锁死状态（X3持续亮）。其电路原理图如下图c所示。U174LS160DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U274LS160DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U3A74LS74D1D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR4U4A74LS74D1D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR4U9A7432NU11A74LS08JXFG1COMU13A7408NU14A74LS04DU15A74LS04DU16A74LS11NS1键=空格S2键=空格X12.5VX22.5VX32.5V图c锁定与解锁电路74LS04D是常用的2输入四与非门集成电路，他的作用很简单顾名思义就是实现一个与非门。此模块的两个输入端是接锁定模块的输出端A和计时模块的输出端B。两个输出端分别接开锁指示灯S和报警指示灯J。他们的真值表如表1-4所示。表1-4ABSJ00110101101111109由此可以选用74LS04D实现该模块的逻辑功能A的非直接用74LS74D的3引脚输出。四、总电路原理图及器件清单总电路原理图如图d所示：U174LS160DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U274LS160DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT