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1、东 莞 理 工 学 院专 科 毕 业 设 计毕业设计题目：三维密码开关学生姓名：徐前智 学 号：200631307213系 别：电子工程系专业班级：06 电子信息工程技术 2 班指导教师姓名及职称：杨杰 副教授起止时间：2009 年 2 月 2009 年 6 月摘要设计了一套三维电子密码开关设备，利用电路的高低电平使EN555 电路工作在不同的状态来控制开关的开与断，只要是用来做成数字密码锁，在现实生活中经常可以看到和用到。由于该电路设计比较简单，成本低，功能强大，防盗极高等，在一些要求保密防盗性比较高的系统和设备都需要用到。本文的电子密码开关利用数字逻辑电路，核心部件是十进制计数分频器 CD
2、4017,实现对门的电子控制，并且有各种附加电路保证电路能够安全工作，有极高的安全系数。关键词 电子密码锁 电压比较器 555 单稳态电路1目录1引言.22主要元器件的有关资料.22.1 十进制计数分频器 CD4017 22.2 EN555 集成电路.42.3 继电器 .83总体方案设计.83.1 设计思路83.2 总体方框图.93.3 设计原理分析.94设计过程和调试.1041 操作限时控制开关电路.1042 伪码和封锁电路1143 操作顺序加次数控制电路、开关控制电路.125总结 14附录14参考文献16致谢1621引言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得尤其的突出，大到
3、大公司、大集团等对防盗保密安全这一问题更为重视，防盗保密性对每个国家来说更是一个首要的要加强巩固的问题。在现代科学技术发展的同时,防盗保密也不断地发展越来越先进，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昵。设计本课题时构思了两种方案：一种是用以 AT89C2051 为核心的单片机控制方案；另一种是用以十进制计数器 CD4017 构成的数字逻辑电路控制方案。考虑到单片机方案原理复杂，而且调试较为繁琐，所以本文采用后一种方案。2主要元器件的有关资料2.3 十进制计数分频器 CD4017cd4017 是常用的 coms 十进
4、制计数器芯片，常用在各种数字电路中的记数脉冲等功能电路中，应用十分的广泛.2.3.1 CD4017 的引脚图和原理十进制计数分频器 CD4017，其内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是 O0、O1、O2、O9 依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。CD4017 有 10 个输出端（O0O9）和 1 个进位输出端O5-9。每输入 10 个计数脉冲，O5-9 就可得到 1 个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。CD4017 有 3 个输（MR、CP0 和CP1），MR 为清零端，当在 MR 端上加高电平或正脉冲时其输出 O0 为高电
5、平，其余输出端（O1O9）均为低电平。CP0 和CPl 是 2 个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由 CP0 端输入；若要用下降沿来计数，则信号由CPl 端输入。设置 2 个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。由此可见，当 CD4017 有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。3引出端功能符号CO：进位脉冲输渊CP：时钟输入端CR：清除端INH：禁止端Q0-Q9 计数脉冲输出端VDD：正电源VSS：地真值表输入输出CP INH CR Q0-Q9 CO H Q0 L LH L计数计数脉冲为 Q0-Q4时：CO=HL L L L保持为 Q
6、5-Q94时：CO=Lcd4017 管脚图2.3.2 cd4017 管脚功能介绍cd4017 引脚功能:芯片有 10 个译码输出 Q0Q9;MR 为清零端,CP0 和CPl是 2 个时钟输入端,三个输出端的控制. 0Y1Y2Y。每个译码输出一般处于低电平,且在时钟脉冲由低到高的上升沿输出高电平;每个高电平输出维持 1 个时钟周期;每输入 10 个时钟脉冲,输出一个进位脉冲,因而进位输出信号可作为下一级计数器的时钟信号.在清零输入端(R)加高电平或正脉冲时,只有输出端 Q0 为高电平,其余各输出端都为低电平0.2.2 EN555 集成电路555 定 时 器 可 以 说 是 模 拟 电 路 与 数
7、 字 电 路 结 合 的 典 范 。2.1.1 555 定时器原理图555 定时器原理图及引线排列如图 9、1 所示5表 9、1 555 定时器的功能表其功能见表 9、1。定时器内部由比较器、分压电路、RS 触发器及放电三极管等组成。555 定时器由 3 个阻值为 5k 的电阻组成的分压器、两个电压比较器 C1 和 C2、基本 RS 触发器、放电三极管 TD 和缓冲反相器 G4 组成。虚线边沿标注的数字为管脚号。其中，1 脚为接地端；2 脚为低电平触发端，由此输入低电平触发脉冲；6 脚为高电平触发端，由此输入高电平触发脉冲；4 脚为复位端，输入负脉冲（或使其电压低于 0.7V）可使 555 定
8、时器直接复位；5 脚为电压控制端，在此端外加电压可以改变比较器的参考电压，不用时，经 0.01uF 的电容接地，以防止引入干扰；7 脚为放电端，555 定时器输出低电平时，放电晶体管TD 导通，外接电容元件通过 TD 放电；3 脚为输出端，输出高电压约低于电源电压 1V3V，输出电流可达 200mA，因此可直接驱动继电器、发光二极管、指示图 9、1 555 定时器内部框图 图 9、2 555 定时器引脚排列6灯等；8 脚为电源端，可在 5V18V 范围内使用。2.1.2 555 定时器工作原理555 定时器工作时过程分析如下： 5 脚经 0.01uF 电容接地，比较器 C1 和 C2 的比较电
9、压为：UR1=2/3VCC、UR2=1/3VCC。 当 VI12/3VCC，VI21/3VCC 时，比较器 C1 输出低电平，比较器 C2 输出高电平，基本 RS 触发器置 0，G3 输出高电平，放电三极管 TD 导通，定时器输出低电平。 当 VI12/3VCC，VI21/3VCC 时，比较器 C1 输出高电平，比较器 C2 输出高电平。555 定 时 器 可 以 说 是 模 拟 电 路 与 数 字 电 路 结 合 的 典 范 。两 个 比 较 器 C1 和 C2 各 有 一 个 输 入 端 连 接 到 三 个 电 阻 R 组 成 的 分 压 器 上 ，比 较 器 的 输 出 接 到 RS 触
10、 发 器 上 。 此 外 还 有 输 出 级 和 放 电 管 。 输 出 级 的 驱 动电 流 可 达 200mA。比 较 器 C1 和 C2 的 参 考 电 压 分 别 为 UA 和 UB， 根 据 C1 和 C2 的 另 一 个 输入 端 触 发 输 入 和 阈 值 输 入 ， 可 判 断 出 RS 触 发 器 的 输 出 状 态 。 当 复 位 端为 低 电 平 时 ， RS 触 发 器 被 强 制 复 位 。 若 无 需 复 位 操 作 ， 复 位 端 应 接 高 电 平 。555 定 时 器 是 一 种 模 拟 和 数 字 功 能 相 结 合 的 中 规 模 集 成 器 件 。 一
11、般 用 双极 性 工 艺 制 作 的 称 为 555， 用 CMOS 工 艺 制 作 的 称 为 7555， 除 单 定 时 器 外 ，还 有 对 应 的 双 定 时 器 556/7556。 555 定 时 器 的 电 源 电 压 范 围 宽 ， 可 在 4.5V16V 工 作 ， 7555 可 在 318V 工 作 ， 输 出 驱 动 电 流 约 为 200mA， 因而 其 输 出 可 与 TTL、 CMOS 或 者 模 拟 电 路 电 平 兼 容 。 555 定 时 器 成 本 低 ， 性 能 可 靠 ， 只 需 要 外 接 几 个 电 阻 、 电 容 ， 就 可 以 实现 多 谐 振 荡
12、 器 、 单 稳 态 触 发 器 及 施 密 特 触 发 器 等 脉 冲 产 生 与 变 换 电 路 。 它 也常 作 为 定 时 器 广 泛 应 用 于 仪 器 仪 表 、 家 用 电 器 、 电 子 测 量 及 自 动 控 制 等 方 面 。555 定 时 器 的 内 部 电 路 框 图 和 外 引 脚 排 列 图 分 别 如 图 2.9.1 和 图 2.9.2 所 示 。 它 内 部 包 括 两 个 电 压 比 较 器 ， 三 个 等 值 串 联 电 阻 ， 一 个 RS 触 发 器 ，一 个 放 电 管 T 及 功 率 输 出 级 。 它 提 供 两 个 基 准 电 压 VCC /3
13、和 2VCC /3 555 定 时 器 的 功 能 主 要 由 两 个 比 较 器 决 定 。 两 个 比 较 器 的 输 出 电 压 控 制 RS 触 发 器 和 放 电 管 的 状 态 。 在 电 源 与 地 之 间 加 上 电 压 ， 当 5 脚 悬 空 时 ，则 电 压 比 较 器 A1 的 反 相 输 入 端 的 电 压 为 2VCC /3， A2 的 同 相 输 入 端 的 电压 为 VCC /3。 若 触 发 输 入 端 TR 的 电 压 小 于 VCC /3， 则 比 较 器 A2 的 输出 为 1， 可 使 RS 触 发 器 置 1， 使 输 出 端 OUT=1。 如 果 阈
14、 值 输 入 端 TH 的电 压 大 于 2VCC/3， 同 时 TR 端 的 电 压 大 于 VCC /3， 则 A1 的 输 出 为 1， A2 的 输 出 为 0， 可 将 RS 触 发 器 置 0， 使 输 出 为 0 电 平 。555 定时器是一种数字与模拟混合型的中规模集成电路，应用广泛。外加电阻、电容等元件可以构成多谐振荡器，单稳电路，施密特触发器等。21.3 典型应用7(1)、构成单稳态触发器电路如图 9、2 所示，接通电源电容 C 充电（至 2/3Vcc）RS 触发器置0V0=0，T 导通，C 放电，此时电路处于稳定状态。当 2 加入 VI1000PF,只要满足 VI 的重复
15、周期大于 tp0 ,电路即可工作，实现较精确的定时。(2) 多谐振荡器电路如图 9、4 所示，电路无稳态，仅存在两个暂稳态，亦不需外加触发信号，即可产生振荡（振荡过程自行分析）。电容 C 在 1/3Vcc-2/3Vcc 之间充电和放电，输出信号的振荡参数为：周期 T=0.7C(R1+2R2)频率 f=1/T=1.44/(R1+2R2)C,占空比 D=( R1+R2 )/( R1+2R2)。555 电路要求 R1 与 R2 均应大于或等于 1k ，使 R1+R2 应小于或等于3.3M。 图 9、3 单稳态触发器 图 9、4 多谐振荡器8(3)密特触发器电路如图 9、4 所示。Vs 为正弦波，经 D 半波整
