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1、.目 录1 课题背景11.1 目的意义11.2 基本理论基础12 方案比较与选择22.1 方案一22.2 方案二32.3 方案选择33 组合逻辑电路43.1组合逻辑电路的分析方法43.2组合逻辑电路的设计54 TTL与非门电路64.1 74LS00芯片引脚图及功能表74.2 74LS20芯片引脚图及功能表95 电路原理图106 总结与心得10参考文献12.1 课题背景1.1 目的意义随着电子工业的发展，数字电子技术已经深入到了人们生活的各个层面，而且各种各样的电子产品也正在日新月异地向着高精尖技术发展。由于电子产品的功能不断增加，使用也越来越方便，有些产品已经成为了人们日常生活中不可缺少的必备
2、物品。发展历史悠久的机械式门锁，因其功能单一，安全性能较差等缺点，必将被新一代的电子门锁所代替。新颖的多功能电子门锁，集电子门锁、防盗报警器，门铃等功能于一身，而且还具有定时器呼唤，断电自动报知，显示屋内有无人和自动留言等诸多附加功能。在未来的生活中，数字密码锁必将在学领域再创新的成绩，将给我们的生活带来更大的便利，前景不可估量。1.2 基本理论基础TTL门电路基础芯片为基本，通过芯片间功能的组合，可实现各种实用的功能。本实验主要用与非门电路元件芯片实现试验目的。并自拟以下两种方案。2 方案比较与选择2.1 方案一方案一如图2.1所示。图2.1 方案一由4个单刀双掷开关构成密码开关，用户可以通
3、过控制开关来控制A、B、C、D四个输入端的电平的高低，进而控制输出电平的高低以及报警信号的工作。当输入端与设置的密码相符时，则输出为高电平，二极管亮，否则输出为低电平，并且发出报警，即蜂鸣器发出响声，至此完成电路的设计。2.2 方案二方案二如图2.2所示。图2.2 方案二用4个异或门连接输入端，并分别于反相器连接，再相与。当输入密码与设置密码相同时，电路输出为高电平，发光二极管不亮，当输入密码与设置密码不相同时，电路输出为低电平，发出报警，发光二极管亮。至此完成电路的设计。2.3 方案选择两种方案都充分用到了门电路及数字电子技术课程上所学的知识。两种方案都需要74LS00、74LS04、74L
4、S20三种门电路芯片，可有实验室供应设备。另外也同时具备LED及扬声器报警之类的报警电路。但由于方案二中需要的异或门连接输入端与XCR_2反相器较一相比过于复杂而又难以搜集元件。虽方案一中需要4只单刀双掷开关，但可以用导线的断连临时代替双掷的效果。最终决定使用方案一进行实验。3 组合逻辑电路组合逻辑电路是用各种门电路组成的，用于实现某种组合逻辑功能的复杂逻辑电路。组合逻辑电路在逻辑功能上的特点是任意时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入，与电路原来的状态无关。因此，组合逻辑电路在电路结构上的特点是：输出与输入之间一般没有反馈贿赂；电路中没有记忆单元；当输入信号的状态组合改变时，输出状态也随着改变。组
5、合逻辑电路的功能以逻辑图、逻辑表达式、真值表等形式进行描述。逻辑图是描述实现逻辑功能的电路结构，但对功能的描述不够直观；逻辑表达式和真值表能够直观、明显的描述逻辑功能，所以进行逻辑电路分析和逻辑问题的实际电路设计时，通常使用列出真值表分析逻辑电路的逻辑功能，或者列出真值表分析实际逻辑问题的逻辑关系，并从真值表得出逻辑命题的函数表达式，设计实现逻辑命题的逻辑电路。3.1组合逻辑电路的分析方法组合逻辑电路的分析，就是找出给定逻辑电路输出和输入之间的逻辑关系，从而了解给定逻辑电路的逻辑功能。组合逻辑电路的分析方法通常采用代数法，分析过程一般按下列步骤进行：（1）根据给定组合逻辑电路的逻辑图，以每个门
6、电路的输入端输入信号为自变量，写出各种逻辑门输出端的逻辑表达式，对于中间变量最好在写出表达式的同时化简，以免积累到最后。（2）化简总输出端的逻辑表达式。（3）列出真值表。（4）从逻辑函数表达式或真值表，分析出给定组合逻辑电路的逻辑功能。3.2组合逻辑电路的设计对于第一个逻辑表达工式或逻辑电路，其真值表可以是惟一的，但其对应的逻辑电路或逻辑表达式可能有多种实现形式，所以，一个特定的逻辑问题，其对应的真值表是惟一的，但实现它的逻辑电路是多种多样的。在实际设计工作中，如果由于某些原因无法获得某些门电路，可以通过变换逻辑表达式变电路，从而能使用其他器件来代替该器件。同时，为了使逻辑电路的设计更简洁，通
7、过各方法对逻辑表达式进行化简是必要的。组合电路可用一组逻辑表达式来描述。设计组合电路直就是实现逻辑表达式。要求在满足逻辑功能和技术要求基础上，力求使电路简单、经济、可靠、实现组合逻辑函数的途径是多种多样的，可采用基本门电路，也可采用中、大规模集成电路。组合逻辑电路的设计一般可按以下步骤进行:（1）逻辑抽象。将文字描述的逻辑命题转换成真值表叫逻辑抽象。首先要分析逻辑命题，确定输入、输出变量；然后用二值逻辑的0、1两种状态分别对输入、输出变量进行逻辑赋值，即确定0、1的具体含义；最后根据输出与输入之间的逻辑关系列出真值表。（2）选择器件类型。根据命题的要求和器件的功能及其资源情况决定采用哪种器件。
8、（3）根据真值表和选用逻辑器件的类型，写出相应的逻辑函数表达式。（4）根据逻辑函数表达式及选用的逻辑器件画出逻辑电路图。实际设计时，还要进行生产工艺设计，包括进行生产工艺设计，包括器件安装机箱、电源、控制开关、输入开关、相关显示电路、外观布置、生产工艺等的设计。4 TTL与非门电路全称Transistor-Transistor Logic,即BJT-BJT逻辑门电路，是数字电子技术中常用的一种逻辑门电路，应用较早，技术已比较成熟。TTL主要有BJT（Bipolar Junction Transistor 即双极结型晶体管，晶体三极管）和电阻构成，具有速度快的特点。最早的TTL门电路是74系列，
9、后来出现了74H系列，74L系列，74LS,74AS,74ALS等系列。TTL电平信号被利用的最多是因为通常数据表示采用二进制规定，+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”，这被称做TTL（晶体管-晶体管逻辑电平）信号系统，这是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。TTL电平信号对于计算机处理器控制的设备内部的数据传输是很理想的，首先计算机处理器控制的设备内部的数据传输对于电源的要求不高以及热损耗也较低，另外TTL电平信号直接与集成电路连接而不需要价格昂贵的线路驱动器以及接收器电路；再者，计算机处理器控制的设备内部的数据传输是在高速下进行的，而TTL接口的操作恰能满足这个要求
10、。TTL型通信大多数情况下，是采用并行数据传输方式，而并行数据传输对于超过10英尺的距离就不适合了。这是由于可靠性和成本两面的原因。因为在并行接口中存在着偏相和不对称的问题，这些问题对可靠性均有影响。基本TTL反相器不难改变成为多输入端的与非门 。它的主要特点是在电路的输入端采用了多发射极的BJT。下图4.1是采用多发射极BJT用作2输入端TTL与非门的输入器件的一个实例。当任一输入端为低电平时，T1的发射结将正向偏置而导通，T2将截止。结果将导致输出为高电平。只有当全部输入端为高电平时，T1将转入倒置放大状态，T2和T3均饱和，输出为低电平。图4.1 TTL二输入与非门当任一输入端为低电平时
11、，T1的发射结将正向偏置而导通，T2将截止。结果将导致输出为高电平。只有当全部输入端为高电平时，T1将转入倒置放大状态，T2和T3均饱和，输出为低电平。4.1 74LS00芯片引脚图及功能表74LS00是一个4个二输入与非门芯片，其引脚图如下：图4.2 74LS00的引脚图其功能表如表4.1表4.1 74LS00的真值表输 入输 出ABYLLHLHHHLHHHL4.2 74LS20芯片引脚图及功能表74LS20是一个四输入与非门，其引脚图如图4.3：图4.3 74LS20的引脚图其真值表如表4.2表4.2 74LS20的真值表输 入输 出ABCDYxxxLHxxLxHxLxxHLxxxHHHH
12、HL5 电路原理图图5.1 电路原理图5.1图中，U1、U2为与非门，U3为非门，D1为发光二极管。当输出密码与设置密码相同时，U2输出端为低电平，输出为高电平1，发光二极管不亮。当输出密码与设置的密码不相同时，U2输出端为高电平，则电路的输出为低电平，同时发出报警，发光二极管亮。当输入密码为1010时，输出为1，报警灯不亮。得到的结果与设计要求一模一样。当输入的密码与设置的密码不相同时，输出为0，发光二极管亮，与设计要求也相同。说明设计的电路是正确的。6 总结与心得以上为我们所设计的电子密码锁电路，它经过多次修改和整理，以是一个比较不错的设计，可以满足人们的基本要求，但因为水平有限，此电路中
13、也存在一定的问题，譬如说电路的密码不能遗忘，一旦遗忘，就很难打开，这可以通过增加电路解决，但过于复杂，本次设计未其中；而且此次实验并未加入备用电源部分，在实际应用中若出现停电断电情况则启动备用电源以继续实现密码锁功能。电路密码只有16种可供修改，但由于他人不知道密码的位数，而且还要求在规定的时间内按一定的顺序开锁，所以他人开锁的几率很小；电路中未加显示电路，但可通过其它数字模块实现这一功能。这需要一段时间的进一步改进，如果有好的意见，希望老师给以支持。通过这几天的学习，我感觉有很大的收获：首先，通过学习使自己对课本上的知识可以应用于实际，使的理论与实际相结合，加深自己对课本知识的更好理解，同时
14、实习也段练了我个人的动手能力：能够充分利用图书馆去查阅资料，增加了许多课本以外的知识。对我们学生来说，理论与实际同样重要，这是我们以后在工作中说明自己能力的一个重要标准。通过对各元器件的引脚功能、真值表的分析、并设计其原理图，且利用电子电路计算机进行仿真使得学习研究电子技术变得更加简单、直观，学习效果进一步提高，带动了学习的积极性。通过学习使自己对课本上的知识能够应用于实际，使得理论与实际相结合，加深了对课本上知识的理解，并能够利用到图书馆查阅资料，增加了许多课本以外的知识，且实习也锻炼了我个人的动手能力，通过书写电子密码锁论文同时也锻炼了我的文字表达能力。在设计过程中，我感受到了老师对学生的那种悔人不卷的精神，每天的固定时间，老师都来给我们指导，使我们少走弯路，顺利完成实习任务，请允许我向你们致意崇高的敬意，感谢你们，老师！参考文献1伍时和.数字电子技术基础.北京：清华大学出版社，20092康华光.电子技术基础（第四版）.北京：高等教育出版社，19983梁宗善.新型集成块应用M.武汉:华中理工大出版社，20044张庆双.实用电子电路200例M.北京：机械工业出版社，20035梅开乡.数字逻辑电路：电子工业出版社，20046沈任元,吴勇.数字电子技术基础M.北京：机械工业出版社，2001完稿日期：2013年9月3日.
