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合肥工业大学电子设计1一、主要要求及指标：1．设置三个正确的密码键，实现按密码顺序输入的电路。密码键只有按顺序输入后才能输出密码正确信号。2．设置若干个伪键，任何伪键按下后，密码锁都无法打开。3．每次只能接受四个按键信号，且第四个键只能是“确认”键，其他无效。4．能显示已输入键的个数（例如显示*号）。5．第一次密码输错后，可以输入第二次。但若连续三次输入错码，密码锁将被锁住，必须系统操作员解除（复位）。二、设计方案1.方案原理图：2.基本原理：输入按键，当密码键按正确循序按下，密码信号输入D触发器构成的移位寄存器，输入正确时信号从Q1移到Q3，Q3为“1”时输出密码正确信号，亮绿灯显示正确，否则信号传递失败，灯不亮。按键同时用74164记录按键个数，无论密码键还是伪键，每次按键都产生一个脉输入控制伪码键密码键确认键按键个数计数74LS164复位返回键复位键值锁存密码顺序判别亮灯显示输出控制亮灯报警密码正确合肥工业大学电子设计2冲，输出一个按键信号使一盏灯亮。当最后位按键（第四位）不是“确认键”时，亮起红灯提示，重新按键。扩展部分：当连续三次输入错码，74164计数电路输出错误信号，亮起红灯报警，同时使用与门控制使密码锁被锁住，此时必须系统操作员解除（复位）。3.设计方案比较：按键个数计数电路我们考虑了两个方案。一是：74164记录按键个数，二是由D触发器构成移位寄存器计数。D触发器计数需使用更多元件，且增加电路复杂程度，使安全性稳定性大大降低，故我们最终选择了74164移位寄存器记录按键个数。三、单元电路设计计算1、本电路主要包含四部分，分别是密码电路、按键个数计数电路、错误输入计数电路和防抖电路。2、密码电路（硬件固化密码）1）工作原理当密码键按正确顺序按下，密码正确信号从Q1移到Q3，Q3为‘1’时表示密码正确输入。合肥工业大学电子设计32）D触发器7474N工作原理真值表：时序图：3）电路图本部分由4个D触发器和6个开关构成。其中前三个D触发器分别代表密码的三位，第四个D触发器是确认键。六个开关中前三个是密码【1】、【2】、【3】，第四个是确认键【space】，第五和第六个是伪码键【4】、【5】。只有按顺序输入【1】、合肥工业大学电子设计4【2】、【3】、【space】时才有高电平信号从第四个D触发器输出，说明密码正确，如果密码错误或者没有输入确认键将无法开锁，第四个D触发器输出信号为低电平。下图为密码部分电路：电路分析:合肥工业大学电子设计53、按键个数计数电路（集成的移位寄存器）1）工作原理无论是密码键还是伪键，每次按键都要产生一个脉冲。2）74ls164并出移位寄存器工作原理合肥工业大学电子设计6真值表：时序图：合肥工业大学电子设计7复位清“0”复位清“0”3）电路图芯片74LS164，其功能是8位移位寄存器，8端口为时钟脉冲控制端，9端口为清零端口，3、4、5、6、10、11、12、13端口为输出端。当A、B为高电平时，8端输入一个脉冲信号，使QA口输出高电平，每输入一个时钟脉冲信号，移位一次。8端口的时钟脉冲信号3个密码键和两个伪码键的按钮发出的，每输入一个密码或伪码键，都会产生一个时钟信号送入74LS164的时钟脉冲端。从而使与3、4、5口相连的LED信号灯依次点亮，最后按下确认键。连续输入四个密码而不按下确认键，QD口输出高电平，报警灯亮。每按一次确认键，8端口接受一个脉冲，当连续输入错误三次，5口变为高电平，报警灯也会亮起。下面为计数电路部分：合肥工业大学电子设计84、错误输入计数电路输入到74164移位寄存器组成的计数电路中，每来一个脉冲，就后移一次，5端口接报警信号。复位键接入异步清零端清零，当按下复位键C，图中两个开关均为报警灯清零键，若输入3个以上按键并不按确认键则用左侧A开关清零，若输入错误三次则需要由内部人员用右侧C开关对左侧红色报警灯进行清零。合肥工业大学电子设计95、防抖电路：通常我们使用的按键是每个键都是一个常开开关电路。计数器计数速度非常快,按键、触点等接触时易多次接通和断开的现象。我们感觉不到，但计数器却都记录了下来。如我们只按了一下1，计数器却记录了3次。面对这个问题，我们设计了防抖电路，如下。合肥工业大学电子设计10选择合适的电阻R和电容C,并联电容，利用电容C的放电延时，保证电容C两端的充电电压不会超过非门的开启电压。再经过施密特反相器整形之后就得到了没有毛刺的脉冲，实现平波输入。四、仿真及结果：输入过程：每按一个键无论正确密码还是伪键，左上角就亮起一个黄色小灯计数。各按键结果情况1.按序输入正确密码及确认键，结果右上角绿灯亮起，显示解锁成功。2.输入4位密码无确认键，结果左上角红色小灯亮起，提示输入错误。可输入者自行清除，重新输入。3.前两次输入3位错误密码及确认键，结果右上角绿灯不亮，显示解锁失败。合肥工业大学电子设计114.三次输入3位错误密码及确认键，结果左上角红灯亮起，显示解锁失败，且密码锁被锁死，无法再次输入。需要系统操作员解除（复位）仿真结果显示实现了各主要指标及要求。备注：仿真时由于multisim提供的是理想环境，故防抖电路未画入其中。五、完整电路图六、元器件清单表D触发器：芯片7474一片；移位寄存器：芯片74164一片；施密特反相器：芯片7414一片；或门芯片7432一片；非门:芯片7404一片；与门7：芯片7408一片；若干个电阻、电容及按键。合肥工业大学电子设计12十、参考文献[1]李晓辉.数字电路与逻辑设计.北京:国防工业出版社,2012[2]吴敏张晨彧戴雷.电工电子实验与仿真.安徽:安徽人民出版社,2007[3]康华光.电子技术基础模拟部分(第五版).北京:高等教育出版社,2013[4]张庆双.实用电子电路200例[M].北京:机械工业出版社,2003[5][6]admin.