数字电路课程设计——电子锁的设计

数字电路课程设计——电子锁的设计课程设计（说明书）电子锁电路的设计班级 / 学号学生姓名指导教师沈阳航空航天大学课程设计任务书课程名称数字逻辑课程设计课程设计题目电子锁电路的设计课程设计的内容及要求：一、设计说明与技术指标设计一个电子锁电路，其密码为8位二进制代码，开...

课程设计（说明书）电子锁电路的设计班级 / 学号学生姓名指导教师沈阳航空航天大学课程设计任务书课程名称数字逻辑课程设计课程设计题目电子锁电路的设计课程设计的内容及要求：一、设计说明与技术指标设计一个电子锁电路，其密码为8位二进制代码，开锁指令为串行输入码。 1、当开锁输入码与密码一致时，锁被打开； 2、当开锁输入码与密码不一致时，则报警，报警时间持续15秒，停3秒后再重复出现； 3、设置一个系统复位开关，所有的时间数据均用数码管显示出来。二、设计原理本设计可以用8个数码开关设置密码，密码输入为串行输入，每次用拨码开关输入1位密码，按单步脉冲把这个密码输入。输入8次后才与原始密码相比较。密码的串行输入可以由移位寄存器的左移或右移功能来实现。另外单步脉冲需要进行消抖处理。三、原理框图四、设计要求 1．在选择器件时，应考虑成本。 2．根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。 3．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。五、实验要求 1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用软件仿真。 2．进行实验数据处理和分析。六、推荐参考资料 1. 童诗白，华成英主编．模拟电子技术基础．[M]北京：高等教育出版社，2006年七、按照要求撰写课程设计报告成绩指导教师日期一、概述电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务的电子产品。它的种类很多，有简易的电路产品，也有基于芯片的性价比较高的产品。现在应用较广的电子密码锁是以芯片为核心，通过编程来实现的。其性能和安全性已大大超过了机械锁。其特点如下：保密性好，编码量多，远远大于弹子锁。随机开锁成功率几乎为零；密码可变，用户可以随时更改密码，防止密码被盗，同时也可以避免因人员的更替而使锁的密级下降；误码输入保护，当输入密码多次错误时，报警系统自动启动；无活动零件，不会磨损，寿命长；使用灵活性好，不像机械锁必须佩带钥匙才能开锁；电子密码锁操作简单易行，一学即会。该电子锁利用数字电路的理论和知识进行设计，密码为8位二进制代码，当开锁输入码与密码一致时，锁被打开，当开锁输入码与密码不一致时，则报警。整体思路是：先用开关预置密码，当开关闭合时表示输入高电平，即本位对应的密码是1，否则对应的密码是0；然后利用串行密码输入模块进行输入，接着用密码比较模块进行原始密码与输入密码进行比较，若密码输入与预置密码相同（两次相等），则锁被打开，并驱动门铃产生响声；若输入密码与预置密码不相同（大于或小于），则报警，并驱动报警系统产生响声，该响声响15秒，停3秒，并重复进行此动作。二、方案论证设计一个电子锁电路，其密码为8位二进制代码，开锁指令为串行输入码，满足一下要求当开锁输入码与密码一致时，锁被打开；当开锁输入码与密码不一致时，则报警，报警时间持续15秒，停3秒后再重复出现；设置一个系统复位开关，所有的时间数据均用数码管显示出来。方案一：采用两片7485（四位数字比较器）级联方式构成八位数据比较，即为数据比较模块；采用两片74194（四位双向通用移位寄存器）级联成八位数据输入模块，即为串行输入模块；用八个波段开关构成密码输入模块；另外采用555定时器构成的多谐震荡器产生15秒高电平3秒低电平并驱动蜂鸣器发声的报警模块，用555定时器构成的单稳态触发器构成开锁门铃模块；用74160和数码管构成时间显示模块。最后将各个模块连接到一起构成电子锁电路。原理框图如下图1所示。图1 电子锁电路的原理框图方案二：采用以单片机为核心的控制方案，一般来说在选取单片机时从下面几个方面考虑：性能、存储器、运行速度、I/O口、定时/计数器、串行接口、模拟电路功能、工作电压、功耗、封装形式、抗干扰性、保密性。基于以上因素用单片机AT89S51作为本设计的核心元件，利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口，及其控制的准确性，实现基本的密码锁功能。在单片机的外围电路外接输入键盘用于密码的输入和一些功能的控制，外接AT24C02芯片用于密码的存储，外接LCD1602显示器用于显示作用。密码输完后按下确认键，如果密码输入正确则开锁，密码不正确则发出报警。本设计采用的是方案一，利用74系列芯片和555定时器以及数码管作为本次设计的主要电子元器件构成密码输入模块、串行输入模块、数据比较模块、报警模块、开锁门铃模块和计时模块等。三、电路设计 1. 预置密码模块如图2所示，预置密码模块由八个波段开关构成，表示每一位的数据，分别接到高位7485和低位7485上。另一端接5V电源，当按键接通时表示“1”，当案件未接通时，表示“0”。 2. 串行输入模块如图3所示，串行输入模块采用两片74194（四位双向通用移位寄存器）级联成八位数据输入模块，开关J1控制密码输入，J4接5V表示高电平即为1，J4接地表示低电平即为0，然后按一下轻触开关，将密码传入比较模块中。图2 预置密码模块图下图为串行输入模块：图3 串行输入模块图 3. 数据比较模块如图4所示，数据比较模块采用两片7485（四位数字比较器）级联成八位数据比较，用高4位的芯片的输出端（YA=YB,YAYB）控制开锁门铃和报警电路。图4 数据比较模块图 4. 时钟模块如图5所示，时钟模块用来产生标准的秒脉冲给电路提供时序，用555定时器构成多谐震荡器，产生1Hz,占空比为53%的波形。图5 时钟模块图 5. 计时模块如图6所示，计时模块用来显示当报警声音响起后，记录响的时间（15秒）已经暂停的时间（3秒）。该计时模块开始计时的信号来源于报警模块产生的信号。图6 计时模块图 6. 报警模块如图7所示，当输入密码与预置密码不一致时，报警模块开始报警。该模块采用555定时器构成多谐震荡器，产生15秒的高电平，3秒的低电平，经计算得周期为18秒，占空比为83%，波形如图8所示。图7 报警模块图图8 报警信号波形图 7. 开锁门铃模块如图9所示，采用555定时器构成的单稳态触发器，当输入密码与预置密码一致时，触发开锁门铃模块开始工作。图9 开锁门铃模块图四、性能的测试 1.密码输入模块仿真如图10所示，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，右侧LED亮起。经观察，仿真结果和电路设计一致。图10 密码输入仿真图 2.报警模块仿真如图7和图8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。 3.计时模块仿真如图6所示，为计时模块仿真电路，产生的波形如图11所示。图11 计时模块输出波形图 4.总仿真电路模块如图12所示，为本次设计的总仿真电路。图12 总仿真电路图五、结论由测试结果可以看出，该电子锁已经具备了密码预置、密码输入、密码判断功能，若输入密码与预置的密码相同，则驱动开锁门铃模块进行工作，LED显示灯发光，并且产生门铃响声；若输入密码与预置的密码不相同，则驱动报警模块进行工作，LED显示灯发光，并且产生报警响声。该电子锁电路设计符合设计要求各项性能和参数满足要求。六、性价比该电子锁电路设计需要的电子元器件种类较少，且较为常见，价格便宜，该电子锁可应用于实际生产和生活当中，原理简单，操作方便，密码破译难度较大，保密性好，编码量多，远远大于弹子锁。随机开锁成功率几乎为零；密码可变，用户可以随时更改密码，防止密码被盗，同时也可以避免因人员的更替而使锁的密级下降；误码输入保护，当输入密码多次错误时，报警系统自动启动；无活动零件，不会磨损，寿命长；使用灵活性好，不像机械锁必须佩带钥匙才能开锁；电子密码锁操作简单易行，一学即会。七、课设体会及合理化建议通过本次数字电子课程设计，使我更加熟悉和掌握了电子电路设计的知识和技巧，对数字电子技术有了更深层次的理解。同时，更加全面的解了74系列芯片的功能和型号，对今后的工作和学习由很大帮助。在电路仿真过程中，也遇到了很多问题。比如，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。通过请教指导老师和自己摸索，进行了正确而的设置，解决了问题。再如,报警模块中需要报警声音响15秒停3秒，然后重复这一动作，这个问题我遇到了麻烦，通过指导教师认真的分析与讲解，我明白了可以设计两个计时电路，一个记的是15进制，即响声的持续时间，另一个是3进制，用来表示暂停的时间。还有就是，在进行最后的设计时，报警模块与门铃模块分别用一个开关来接入，这样就出现了矛盾，即首先需要知道输入的是否是正确的密码，这显然与实际情况不相符合，在老师的指导下，我意识到了可以将这两个模块的电源公用为一个电源，并且接入一个总开关来控制，这样就解决了原来出现的问题。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。以后上课要多注意听讲，看书要仔细，细节决定成败。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。另外，非常感谢我的指导老师给予我的很多的帮助，是老师的帮助，让我学到了更多的知识，我会继续以一种谦虚谨慎的学习态度来面对未来的学习和生活。参考文献 [1]王义军. 数字电子技术基础. 北京：中国电力出版社，2007 [2]韩学军. 模拟电子技术基础. 北京：中国电力出版社，2008 [3]孙育才. MCS-51单片微型计算机及其应用. 南京：东南大学出版社，2004 [4]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 [5] 阎石主编. 数字电子技术. [M]北京：高等教育出版社，2006年 [6] 陈振官等编著. 新颖高效声光报警器. [M]北京：国防工业出版社，2005年附录I 总电路图如图13和图14所示，为总仿真电路。图13 总电路图1 图14 总电路图2 附录II 元器件清单如表1所示，为本实验元器件的清单元器件标号封装型号数量电阻器 R0－R19 AXIAL-0.4 Res2 20 电容器 C1－C7 RAD-0.3 Cap 7 二极管 D1, D2 DO-41 Diode 1N4001 2 数码管 DS1, DS2 LEDDIP-10 Dpy Red-CC 2 蜂鸣器 LS1 PIN2 Bell 1 消抖器 P1 SSOP MAX6818 1 三极管 Q1 TO-92A 8550 1 波段开关 S1 DIP_SW_8WAY_SMD SW DIP-8 1 按键开关 S2, S3 SPST-2 SW-SPST 2 单刀双掷开关 S4 TL36WW15050 SW-SPDT 1 轻触开关 S5 SPST-2 SW-PB 1 BCD译码器 U1, U2 DIP16 SN74LS48N 2 十进制计数器 U3, U4 DIP14 SN74LS290N 2 时基电路 U5, U7, U13 DIP10 LM555CN 3 反相器 U6 DIP20 74AC11204N 1 数据比较器 U8, U9 DIP20 SN74LS85N 2 或门电路 U10 DIP20 SN74LS32D 1 串入并出寄存器 U11, U12 DIP16 SN74LS194AD 2 表1 元器件清单声响模块扬声器原始密码数码管串行输入模块比较模块计时模块扫描电路预置密码输入密码开锁门铃系统报警系统计时系统数据比较模块

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