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1、北京林业大学工学院电子技术课程设计报告电子密码锁电子密码锁专 业： 自 XX 指导教师： 闫磊 设计时间： 2014.6.30-2014.7.4 姓名学号手机qqXXXXXXXXXXXX1XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX1XXXXXXXXXXXXXXX摘要摘要电子密码锁主要由设置密码、输入密码、验证密码、错误锁定等几部分组成。设置密码电路：可修改密码，通过锁存器与输入端开关组的配合，将开关组的密码锁存在锁存器输出端。输入密码电路：由开关组和锁存器构成，从开关组输入密码，传入锁存器记录，在锁存器使能端控制下传输给验证密码电路。验证密码电路：主要由数值比较器实现密码验证功能，密码正
2、确时，输出开锁/改密信号，密码错误时，输出密码错误信号。错误锁定电路：密码错误信号作为脉冲通入计数器，当错误次数达到 3 次时产生清零信号，同时清零信号作为计时器触发信号，使计时器开始计时 3 分钟，计时器输出信号控制输入密码电路的锁存器锁定 3 分钟，使密码锁 3 分钟内无法输入密码。设置密码电路由开锁信号和改密开关共同控制，当且仅当改密开关断开且有开锁信号时，方可修改密码。关键词：关键词： 密码锁，计数，计时，锁存器，数值比较器目目 录录摘要摘要2 21.1.设计任务书设计任务书4 41.11.1 设计任务设计任务4 41.21.2 要求要求4 42.2.设计框图及电路系统概述设计框图及电
3、路系统概述5 52.12.1 功能设计框图功能设计框图5 52.22.2 电路系统概述电路系统概述5 53.3.各单元电路的设计方案及原理说明、参数计算各单元电路的设计方案及原理说明、参数计算7 73.13.1 密码验证电路密码验证电路7 73.23.2 密码输入电路密码输入电路8 83.33.3 密码修改电路密码修改电路8 83.43.4 输入错误锁定电路输入错误锁定电路10104.4.调试过程及结果分析调试过程及结果分析12124.14.1 仿真仿真12124.24.2 实物实物12125.5.设计、安装及调试中的体设计、安装及调试中的体会会14146.6.参考文献参考文献 18181.1
4、.设计任务书设计任务书1.11.1 设计任务设计任务电子密码锁主要具有密码验证、密码输入、密码设置、错误锁定这四大功能。密码验证功能由数值比较器实现，本设计采用 2 片 74LS85 级联实现 8 位密码（256 种密码组合）的验证。密码由开关组输入，并经过锁存器 74LS373 的控制输入到密码验证电路中。密码设置由 8D 锁存器 74LS373 和输入电路开关组配合使用实现，并有一片 555 定时器计时，在 1 分钟内完成设置密码动作方可实现密码的修改和锁存，否则密码不变。错误锁定电路主要由计数器 74LVC161 和 555 定时器组成，计数器对错误信号次数计数，达到 3 次时计数器产生
5、清零信号，同时清零信号通入记时器中，计时器输出高电平，通过控制锁存器使能端从而使输入电路锁定 5 分钟，5 分钟后计时器输出回复低电平。1.21.2 要求要求整个电路共使用 7 片集成电路，导线开关若干，要求先使用multisim 软件进行仿真实验，再在面包板上搭建实物，用绿、红、黄、蓝 LED 灯表示开锁信号、密码错误信号、设置密码信号、密码置数，最终以仿真和实物形式完成电子密码锁电路，并实现预期功能。2.2.设计框图及电路系统概述设计框图及电路系统概述2.12.1 功能设计框图功能设计框图错误计数锁定计时正确错误 开锁信号选择是否 修改密码错误信号清零信号2.22.2 电路系统概述电路系统
6、概述电子密码锁整个电路设计中共有 13 个彩灯、一个开关组和三个按钮开关。其中 8 个蓝灯为开关组置数信号显示，绿灯为开锁信号，黄灯为修改密码提示信号，三个红灯分别为输入密码错误次数信号，从左到右（LED12、LED17、LED9）依次为错误 1、2、3 次信号，前两次错误时可以重新输入，连续第 3 次错误时 LED9 亮 3 分钟，密码锁锁定 3 分钟。正常工作状态下只要密码正确一次，之前错误计数全部清零（红灯全灭） 。开关组（J2）为密码输入端，对应蓝灯亮时为 1，蓝灯灭为 0；按钮 J1 为输入密码确认按钮，输入密码完毕时按下 J1 便可显示密码输入是否正确（绿/红灯亮）同时进行错误计数
7、；开关 J3 为是否设置密码验证密码输入密码修改密码选择开关，按钮 J5 为改密确认按钮，J3 闭合时为密码锁正常工作状态，不可修改密码，J3 断开且有开锁信号时，黄灯亮 1分钟，一分钟内可以修改密码，新密码输入完毕后按下 J5，新密码被锁存到密码锁中，设置密码成功，一分钟后黄灯灭，密码锁恢复正常工作状态。3.3.各单元电路的设计方案及原理说明、参数计算各单元电路的设计方案及原理说明、参数计算下图即为整体电路图3.13.1 密码验证电路密码验证电路密码验证电路的核心是由 2 片 74LS85 级联而成的 8 位数值比较器，输入端 An 和 Bn 分别为修改密码端锁存输出和输入密码端锁存输出，输
8、出 A=B 端连接开锁信号（绿灯） ，输出 AB 和 AB 通入或门，或门输出为密码错误信号。3.23.2 密码输入电路密码输入电路密码输入电路由开关组和 74LS373（U2）锁存器构成，正常工作时锁存器 U2 使能控制为 OE=0，ENG=1，为导通状态 nQ=nD，使开关组的置数直接通入密码验证电路中。当密码连续错误三次产生锁定信号时，OE=1，锁存器输出端为高阻态，使开关组的置数无法通入验证电路，从而达到锁定目的。3.33.3 密码设置电路密码设置电路密码设置电路主要由 74LS373 锁存器（U1）和 555 定时器（A2）组成。定时器的功能是为锁存器产生一个 1 分钟的 1 信号脉
9、冲，定时器触发端 TRI 由密码错误信号和修改密码选择开关信号的或逻辑控制。正常工作时开关 J3 闭合，则定时器 TRI=1，使输出 OUT=0 不变；当想要修改密码时，J3 断开，且输入正确密码后没有密码错误信号，即为 0 时，或门输出方为 0，TRI=0 触发定时器产生一个时长 1 分钟的脉冲（黄灯亮） ，提供给锁存器 U1，1 分钟内修改完密码后，按下按钮 J5，计时器产生的 1 脉冲通入锁存器使能 ENG，使锁存器Qn=Dn，锁存器输入端连接开关组置数信号，松开按钮后，锁存器再次锁定，Qn+1=Qn 不变，从而将开关组的置数锁存在 U1 输出端，即数值比较器的 Bn 端上。相关计算：根
10、据单稳态触发器脉宽计算公式 Tw=RCln31.1RC，及 R 取值在几百欧至几兆欧之间、电容 C 取值为几百皮法到几百微法，可计算：实际电路中 R*C60/1.154.5，可取 R=3M，C=18.2F但在仿真运行时，由于仿真软件速度比实际要慢近一千倍，因此为了便于观察，仿真电路图中，我们把电阻电容都适当的调小了一些R= 3K ；C=10F。3.43.4 输入错误锁定电路输入错误锁定电路错误锁定电路主要由 74LS161 计数器和 555 定时器（A1）组成，如图。计数器时钟脉冲由密码确认按钮 J5 给出，当按钮按下时为低电平，松开时时钟输入为密码错误信号，若密码正确，则仍然为0，不产生下降
11、沿，若密码错误，则密码错误信号为 1，按钮按下时产生下降沿，计数器计数加一，当计数器记到 11 时通过与非门产生异步清零信号，同时将异步清零信号通入计时器中，触发 A1 产生一个时长 3 分钟的脉冲，将此脉冲接入输入密码端锁存器的使能端OE，便可使密码锁锁定 3 分钟。而在正常工作时，一旦输入密码正确，密码错误信号变为 0，和清零信号做与逻辑，无论计数是否达到 3 次，0 信号使计数器异步清零。相关计算：由前计算公式可计算出：实际电路中 R*C=3*60/1.1163.6可取 R=4M C=4.09F仿真电路中 R= 3K C= 3F4 4调试过程及结果分析调试过程及结果分析4.14.1 仿真
12、仿真仿真时，密码锁初始密码为 00000000。当输入端置为全零时，绿灯亮，打开设置密码选择开关 J3，黄灯亮，说明可以开始修改密码。新密码置数完毕，趁着黄灯还亮着，按下改密确认按钮 J5，则密码修改成功，黄灯点亮 13 秒左右后熄灭，密码锁恢复正常工作。正常工作状态下，输入密码时，若密码不正确，按下密码确认按钮，红灯亮（LED12） ；再次输入密码，若仍不正确，按下按钮后，第二个红灯亮（LED12 灭，LED17 亮） ；若连续 3 次密码错误，计数器清零，第三个红灯亮（LED17 灭 LED9 亮） ，且持续点亮 5 秒左右，这 5 秒内即使输入正确密码也无法开锁，为锁定状态。正常工作时，
13、若输错密码一次或两次后输入正确密码，计数器自动清零， 并开锁。4.24.2 实物实物由于实验器材的局限性和不稳定性，自身方案的复杂性，再加上时间有限，我们制作出了一小部分的实物功能，实物已实现功能电路图如上图。实物如下：黄灯开关组为设置密码端，蓝灯开关组为输入密码端，当输入密码与设置密码相同时绿灯亮，否则红灯亮，如下图。5 5设计、安装及调试中的体会设计、安装及调试中的体会为期一周的课设已经结束，回头来看，忙碌的日子过的总是格外的快些， 5 天时间真是太短。第一次真正运用自己所学的专业知识，去创新、设计、并 实践，将理论付诸现实，亲自去设计制作电路板，让独立死板的元器件在自己 的手中组成一块能
14、为人所用的有“思想”的机器，听起来很酷炫，而真正动手 去做过才明白其中的不容易。一周之后再来总结，真是百感交集啊，这复杂心 情便是我们有过各种经历之后所换来的成长吧。 一周之前，我对课设还是一点概念都没有，周日的晚上我们都还沉浸在考 完试的欢喜中，好朋友几个聊到第二天的课设，都觉得应该没什么大不了吧， 期末考试都考完了，假期前最后一周的课设应该也会比较水吧，大家都想着回 家呢。然而，直到周一听了闫老师一上午的课，我才对课设有了大致的了解， 原来这么多事情都是要靠我们自己去自主完成的。跟平时写作业和实习都不一 样，不再是老师出一个题目大家做，做不出来同学之间相互讨论讨论，得不出 来确切结果也有个
15、大致思路了，这次，几乎所有小组之间做的课题都不一样。 设计比的首先就是创意，好胜的我当然想要做出点别人不会做的东西，于是我 们选择了自选课题。 周一下午，我和我的小伙伴周扬帆开始了选定方案。我们在网上搜了一些 数电课设相关的创意，最后确定了电子密码锁这个看似简单又与别人不一样的 课题。可是问题马上出现了，网上给的电路图我们看不太懂，更别说自己去做 了。仔细分析网上的方案，实现的功能似乎不难，就是他所使用的开关和触发 器的连法看不懂，于是我们开始翻数电书翻课件，看是否有我们学过的集成电 路有相似的功能。果不其然，我们学 过的典型的组合逻辑电路、时序逻辑 电路和触发器就相似的功能，于是， 我们列下了期望实现的功能，就抛开 了网上的方案，开始对着课件自主设 计电路。第一天，我们设计出了第一 版的大致的电路结构，画在一张广告 纸的背面，看起来似乎很高大上，那 时候自己看着觉得特别有信心。现在 回头再看那图纸，部分设计的确有可 取之处，但大部分的集成电路的使用 都太理想
