數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計摘要本次課程設(shè)計的題目是電子密碼鎖設(shè)計，由輸入密碼、設(shè)定密碼、寄存電路、比較電路、顯示電路、修改密碼等模塊組成。該電子密碼鎖利用數(shù)字邏輯電路，實(shí)現(xiàn)對鎖的電子控制，突破了傳統(tǒng)的機(jī)械鎖的單一性、保密性低、易撬性的缺點(diǎn)，并且有各種附加電路保證電路能夠安全工作，具有極高的安全系數(shù)。數(shù)字電子密碼鎖具有保密性高、使用靈活性好、安全系數(shù)高的優(yōu)點(diǎn)。主要工作部分是將輸入密碼與正確密碼進(jìn)行比較，當(dāng)密碼正確時密碼鎖可以被打開，點(diǎn)亮綠色二極管亮代表密碼正確，鎖可以打開，密碼不正確時則紅色發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，連續(xù)輸入三次錯誤密碼，藍(lán)色發(fā)光二極管亮。它的電路結(jié)構(gòu)簡單，但電路具有復(fù)雜的數(shù)字邏輯關(guān)系，密碼破譯難度較大。綜合看來，此電子密碼鎖實(shí)用性強(qiáng)。密碼存儲電路與比較電路主要由開關(guān)和非門構(gòu)成，開鎖輸入主要由74LS194移位寄存器構(gòu)成，報警電路主要由74LS192和報警燈構(gòu)成。關(guān)鍵詞：電子密碼鎖；數(shù)字電路；密碼存儲電路；比較電路目錄前言………………………41.1發(fā)展前景………………41.2研究目的和意義………41.3基本要求………………51.4基本設(shè)計原理…………51.5主要性能指標(biāo)…………5設(shè)計方案簡述……………52.1方案的選擇……………52.1.1方案一…………52.1.2

方案二…………62.1.3

方案三…………62.2系統(tǒng)框圖………………6電路設(shè)計計算與分析仿真………………73.1密碼設(shè)置電路設(shè)計……………………73.1.1元器件功能介紹…………………73.2密碼驗(yàn)證電路…………73.2.1密碼驗(yàn)證電路設(shè)計與仿真………73.2.2元器件功能介紹…………………73.2.3仿真電路圖及分析………………83.3開鎖電路………………93.3.1開鎖電路設(shè)計……………………93.3.2元器件功能介紹………………93.4報警電路………………103.4.1報警電路設(shè)計……………………10第4章整體電路及工作原理…………………114.1整體原理圖……………114.2工作原理………………11第5章總結(jié)及心得………………12第6章附錄……………………13參考文獻(xiàn)…………15第1章前言1.1背景及其發(fā)展前景隨著人們生活水平的提高，對家庭防盜技術(shù)的要求也是越來越高，傳統(tǒng)的機(jī)械鎖由于其構(gòu)造的簡單，被撬的事件屢見不鮮，電子鎖由于其保密性高，使用靈活性好，安全系數(shù)高，受到了廣大用戶的歡迎?，F(xiàn)在市場上主要是基于單片機(jī)技術(shù)的電子密碼鎖，但可靠性較差。通常簡單的數(shù)字電路就可實(shí)現(xiàn)密碼不限次數(shù)重寫，也就是說現(xiàn)在的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計一樣靈活、方便。相對于基于單片機(jī)技術(shù)的電子密碼鎖，用簡單門電路來來構(gòu)成系統(tǒng)，可靠性提高，并且價格便宜。據(jù)有關(guān)資料介紹，電子密碼鎖的研究從20世紀(jì)30年代就開始了，在一些特殊場所早就有所應(yīng)用。這種鎖是通過鍵盤輸入一組密碼完成開鎖過程。研究這種鎖的初衷，就是為提高鎖的安全性。由于電子鎖的密鑰量（密碼量）極大，可以與機(jī)械鎖配合使用，并且可以避免因鑰匙被仿制留下安全隱患。電子鎖只需記住一組密碼，無需攜帶金屬鑰匙，免除了人們攜帶金屬鑰匙的煩惱，而被越來越多的人欣賞。隨著電子鎖專用集成電路的出現(xiàn)，電子鎖的體積縮小，可靠性提高，，成本較高，是適合使用在安全性要求較高的場合，且需要有電源提供能量，使用還局限在一定范圍，難以普及，所以對它的研究一直沒有明顯進(jìn)展。我國的不少電子鎖企業(yè)也引進(jìn)了世界上先進(jìn)的技術(shù)，發(fā)展前景非常可觀。希望通過不斷的努力，使電子密碼鎖能得到廣泛應(yīng)用。1.2研究目的和意義通過本次設(shè)計掌握數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計的方法，熟悉電子密碼鎖設(shè)計相關(guān)硬件的使用，了解電子密碼鎖的系統(tǒng)構(gòu)成，利用數(shù)字門電路實(shí)現(xiàn)電子密碼鎖的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)，可以加深自己對所學(xué)專業(yè)的認(rèn)識，關(guān)聯(lián)知識，增強(qiáng)自己的動手能力，此次設(shè)計還能將學(xué)到的理論知識應(yīng)用于實(shí)際，不僅能鞏固書本上的知識，而且要求我們獨(dú)立查閱資料，設(shè)計電路，焊接電路板，培養(yǎng)我們獨(dú)立思考的能力。積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為以后的工作打好基礎(chǔ)。更重要的是，在設(shè)計的過程中，與同學(xué)分工，和同學(xué)們互相探討，互相學(xué)習(xí)，互相監(jiān)督，要學(xué)會合作。1.3基本要求1、電子密碼鎖能設(shè)置四位二進(jìn)制密碼；2、輸入密碼正確時綠色發(fā)光二極管亮，輸入密碼錯誤時紅色發(fā)光二極管亮。連續(xù)輸入三次錯誤密碼，藍(lán)色發(fā)光二極管亮，并且電路會報警實(shí)現(xiàn)自鎖。（報警動作為響1分鐘，停10秒）1.4基本設(shè)計原理由移位寄存器構(gòu)成密碼輸入電路，有開關(guān)與非門構(gòu)成密碼比較與存儲電路，四個74LS192計數(shù)器分別構(gòu)成由輸入三次錯誤，報警60秒停10秒連續(xù)三次的報警電路，燈泡亮表示報警，報警再加反饋回路實(shí)現(xiàn)對前面電路的控制。1.5主要性能指標(biāo)選擇電路方案，完成對確定方案電路的設(shè)計。計算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。安裝調(diào)試設(shè)計電路，實(shí)現(xiàn)了所有基本功能和一些自由發(fā)揮功能，密碼為4位二進(jìn)制數(shù)。第2章設(shè)計方案簡述2.1方案的選擇2.1.1方案一利用開關(guān)、74LS147、74LS192、74LS21D、74LS74N、555定時器等組合而成。密碼電路由雙刀雙擲開關(guān)A、S、D、F組成,它是利用開關(guān)切換的原理實(shí)現(xiàn)密碼的修改。例如要設(shè)定密碼為1001，可以撥動開關(guān)A向上撥，S向下?lián)?，D向下?lián)埽現(xiàn)向上撥，即可實(shí)現(xiàn)密碼的修改，由于輸入的密碼要經(jīng)過A、S、D、F的選擇，也就實(shí)現(xiàn)了密碼的校驗(yàn)。本電路有16組的密碼可供修改。密碼驗(yàn)證部分采取用四個同或門和一個四輸入的與門組成，當(dāng)輸入的密碼與內(nèi)置的密碼一致時輸出高電平輸入開鎖電路實(shí)現(xiàn)開鎖。否則輸出低電平從而不能實(shí)現(xiàn)開鎖。開鎖電路部分當(dāng)輸入高電平三極管VT1、VT2導(dǎo)通，發(fā)光二極管發(fā)光，綠燈亮則開鎖，紅燈亮關(guān)鎖。報警部分由555定時器、D觸發(fā)器以及比較器組成。2.1.2方案二利用74LS373、74LS30、74LS86等組合而成。共設(shè)有八個用戶輸入鍵，74LS373為密碼儲存器件。先將74LS373的C和OC端置低電平，使其處于送數(shù)狀態(tài)。當(dāng)輸入密碼后將OC置高電平，則鎖存器將密碼信號鎖存，然后按鍵復(fù)位。當(dāng)下次開鎖時只有在規(guī)定時間內(nèi)輸入密碼才會發(fā)出開鎖信號。否則不能開鎖。2.1.3方案三采用74LS116、74LS135、74LS25、74LS194、74LS147、555時基電路等組成。其功能有：輸入0-9任意四位數(shù)字作為開鎖密碼，在下次開鎖時必須輸入設(shè)定密碼，輸入密碼確認(rèn)后開鎖電路工作。先由74LS147編碼器將輸入信號編碼，再由鎖存電路將輸入信號鎖存。由74LS194組成的移位電路控制鎖存器工作，再由74LS135、74LS25組成密碼檢驗(yàn)電路。當(dāng)密碼驗(yàn)證成功則輸出開鎖信號。三套方案各有各的優(yōu)點(diǎn)和不足，但選擇方案時應(yīng)遵循以下原則：1.設(shè)計的密碼鎖操作簡單易行。2.設(shè)計電路簡單，思路清晰。3.設(shè)計時所需的器件易于尋找。所以綜合上述原因最終我選用了第一套方案。2.2系統(tǒng)框圖黃燈亮并報警計數(shù)器3黃燈亮并報警計數(shù)器3次密碼錯誤密碼錯誤輸入密碼密碼識別按下確認(rèn)鍵密碼正確綠燈亮開鎖紅燈亮電子密碼鎖主要原理：應(yīng)用電子元件組成電路實(shí)現(xiàn)對輸入信號檢驗(yàn)功能，本設(shè)計提供了一個4位撥碼式按鍵輸入開關(guān),一個4位撥碼式按鍵密碼預(yù)設(shè)開關(guān)，如符合要求則輸出開鎖信號，否則在一定時間之內(nèi)未開鎖輸出報警信號。第3章電路設(shè)計計算與分析仿真3.1密碼設(shè)置電路設(shè)計圖3.1密碼設(shè)置電路3.1.1元器件功能介紹密碼設(shè)置電路由四個1K電阻和四個單刀雙擲開關(guān)組成，當(dāng)開關(guān)向上撥為高電平，當(dāng)開關(guān)向下?lián)転榈碗娖?，從而?shí)現(xiàn)內(nèi)部密碼的修改，可實(shí)現(xiàn)16組密碼的修改。其中，電阻起到分壓的作用。3.2密碼驗(yàn)證電路3.2.1密碼驗(yàn)證電路設(shè)計與仿真如下圖3.2.1所示3.2.2元器件功能介紹此部分是實(shí)現(xiàn)熟知的比較功能，當(dāng)輸入密碼與內(nèi)置密碼不同時，輸出“0”

為低電平。當(dāng)輸入密碼正確時，輸出“1”為高電平。此功能可由芯片74LS85（四位比較器）替換，但由于設(shè)計未找到此芯片，所以采用上述方法實(shí)現(xiàn)同一功能。圖3.2.1密碼驗(yàn)證電路3.2.3

仿真電路圖及分析為了檢驗(yàn)密碼驗(yàn)證電路的正確性，特意將前面介紹過的密碼輸入和密碼設(shè)置以及密碼驗(yàn)證電路三個電路組成模塊，進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果圖如下所示：圖3.2.2密碼驗(yàn)證仿真結(jié)果圖此次理論分析與仿真結(jié)果相同，經(jīng)過多次密碼改變，兩者均為相同。所以易得密碼驗(yàn)證電路為正確的。3.3

開鎖電路3.3.1

開鎖電路設(shè)計圖3.3.1開鎖電路3.3.2

元器件功能介紹開鎖電路部分當(dāng)輸入高電平三極管VT1（NPN）、VT2（PNP）導(dǎo)通，起作用作為驅(qū)動裝置使發(fā)光二極管發(fā)光，綠燈亮紅燈滅則開鎖，否則綠燈滅紅燈亮關(guān)鎖。圖3.3.2開鎖電路仿真圖當(dāng)密碼正確輸出高電平，既就是在最左端接電源。此時仿真后的結(jié)果如上圖所示，因此該部分電路設(shè)置正確。3.4報警電路3.4.1報警電路設(shè)計為了防止非法開鎖，本電路設(shè)計了報警電路。其功能是：從輸入第一個密碼開始計時，在規(guī)定的時間內(nèi)，如果沒有輸入正確的密碼，紅燈亮發(fā)出報警信號；還有輸入3次密碼錯誤，黃燈亮發(fā)出報警信號。若在規(guī)定時間內(nèi)，密碼驗(yàn)證電路輸出開鎖信號，密碼電路不再報警。當(dāng)電路電源開關(guān)閉合時報警電路開始工作。本電路采用標(biāo)準(zhǔn)555時基電路，組成多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，輸出穩(wěn)定矩形脈沖，其周期為1s。當(dāng)輸入正確密碼，開鎖電路輸入高電平，并反饋給74LS192的清零端使顯示為零，不發(fā)出報警信號。當(dāng)輸入錯誤密碼，開鎖電路輸入低電平，則74LS192輸入的矩形脈沖使其計數(shù)，當(dāng)顯示器顯示“5”時，紅燈亮則發(fā)出報警信號。圖3.4.1報警電路整體電路及工作原理4.1

整體原理圖圖4.1整體原理圖4.2工作原理本電路由開關(guān)、74LS147、74LS192、74LS21D、74LS74N、555定時器等組合而成。密碼電路由雙刀雙擲開關(guān)A、S、D、F組成,它是利用開關(guān)切換的原理實(shí)現(xiàn)密碼的修改。例如要設(shè)定密碼為1001，可以撥動開關(guān)A向上撥，S向下?lián)埽珼向下?lián)?，F(xiàn)向上撥，即可實(shí)現(xiàn)密碼的修改，由于輸入的密碼要經(jīng)過A、S、D、F的選擇，也就實(shí)現(xiàn)了密碼的校驗(yàn)。本電路有16組的密碼可供修改。密碼驗(yàn)證部分采取用四個同或門和一個四輸入的與門組成，當(dāng)輸入的密碼與內(nèi)置的密碼一致時輸出高電平輸入開鎖電路實(shí)現(xiàn)開鎖。否則輸出低電平從而不能實(shí)現(xiàn)開鎖。開鎖電路部分當(dāng)輸入高電平三極管VT1、VT2導(dǎo)通，發(fā)光二極管發(fā)光，綠燈亮則開鎖，紅燈亮關(guān)鎖。當(dāng)電路電源開關(guān)閉合時報警電路開始工作。本電路采用標(biāo)準(zhǔn)555時基電路，組成多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，輸出穩(wěn)定矩形脈沖，其周期為1s。當(dāng)輸入正確密碼，開鎖電路輸入高電平，并反饋給74LS192的清零端使顯示為零，不發(fā)出報警信號。當(dāng)輸入錯誤密碼，紅燈亮，開鎖電路輸入低電平，則74LS192輸入的矩形脈沖使其計數(shù)，當(dāng)顯示器顯示“3”時，黃燈亮則發(fā)出報警信號。第5章總結(jié)及心得通過這次數(shù)字電路課程設(shè)計，讓我深入理解各芯片的功能電路并充分利用它們解決我們?nèi)粘栴}。而且也讓我明白電路各元件之間工作不但要分工合作，也要讓它們之間相互通訊，使得電路中各部分協(xié)調(diào)工作。在設(shè)計電路時，首先要想到的是要解決什么問題，然后把問題劃分為幾個小問題，每個小問題用一個或幾個模塊來實(shí)現(xiàn)它的功能。像這個電子密碼鎖一樣，要設(shè)計一個密碼鎖，先要把密碼鎖的各個功能分開，分別用不同電路來解決它。由于密碼鎖每個模塊都只是解決一個小問題，所以要實(shí)現(xiàn)密碼鎖這整個功能時就要把各個模塊充分調(diào)用起來，讓它們有機(jī)結(jié)合，共同完成密碼鎖這個大功能?？偟膩碚f，一