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1、课 程 设 计题 目简易数码锁设计学 院专 业班 级姓 名指导教师2011年7月9日课程设计任务书题 目: 简易数码锁设计 初始条件：1 运用所学的模拟电路和数字电路等知识；2 用到的元件：实验板、电源、连接导线、74系列芯片、555芯片或微处理器等。要求完成的主要任务:1 采用数字按键输入，数码为6位或4位；2 开机上电后系统自动复位，处于准备接收数码的准备状态；3 设置一只认可键，每次输入数码后必须按认可键。4 认可键只承认最后6位或4位输入数码，若与本锁规定数码相符则使执行机构动作；5 严格按照课程设计说明书要求撰写课程设计说明书。时间安排： 第1天 下达课程设计任务书，根据任务书查找资
2、料；第24天 进行方案论证，软件模拟仿真并确定设计方案； 第5天 提交电路图，经审查后领取元器件；第68天 组装电路并调试，检查错误并提出问题；第911天 结果分析整理，撰写课程设计报告，验收调试结果；第1214天 补充完成课程设计报告和答辩。指导教师签名： 2011年 6月26日系主任（或责任教师）签名： 2011年 6月26日目 录引言11设计意义与要求21.1设计意义21.2设计要求22方案设计32.1设计思路32.2设计方案42.3方案比较73简易密码锁电路设计83.1密码输入和编码电路83.2密码移位寄存电路83.3密码比较电路93.4开锁电路103.5复位电路114调试与检测124
3、.1调试方法与步骤124.2调试中故障及解决方法124.2调试与运行结果135仿真操作步骤及操作说明14结束语15参考文献16附录一 设计总电路图电路图17附录二 主要元件引脚图和功能表19引言当今社会，科技的进步和人们生活水平的提高，如何保证人们的自身财产和个人隐私的安全性成为现在社会中的一个热点话题。利用传统的机械锁防盗，有许多缺点：机械锁本身构造比较简单，概括来讲就是“机械锁只能用来防君子”，可见其非常容易被撬；另一方面，大型的机械锁必定会有复杂的钥匙，这些钥匙难以携带，丢失后换锁重新配钥匙也不方便，使得安全性和便利性都大打折扣。而在高科技孕育下产生的IC卡识别、指纹识别器等，由于技术含
4、量高，成本大而陷入了难以推广的尴尬局面。但数码锁则因其安全系数高，使用灵活，低成本等许多优点受到广大用户的青睐。设计本课题时，主要应用所学的数字电子技术和模拟电子技术等知识，利用4035并行并入移位寄存器和74LS85数值比较器构成数字逻辑控制电路，并列出小组方案和个人方案，进行对比以得出小组方案相对于个人方案的优势。 1设计意义与要求1.1设计意义传统机械锁的安全性和便利性并不能满足人们对防盗的要求，而数码锁正是在这个时候出现在人们的视野中。通过上个学期的模拟电子技术和这个学期的数字电子技术的学习，这次的简易数码锁的设计主要考察学生综合应用所学知识提出问题、分析问题和解决问题的能力，并且应用
5、proteus仿真软件实现在计算机上完成从原理图设计、电路分析与仿真、系统测试及功能验证等操作过程，培养学生独立思考、创新思维、理论联系实际的能力，并锻炼学生的动手实践能力。1.2设计要求1）设计一个简易数码锁，密码为6位或4位十进制数，采用数字按键输入。2）设置一只认可键，每次输入数码后必须按认可键；且认可键只承认最后6位或4位，若与本锁规定数码相符则使执行开锁动作。3）开机上电后系统自动复位，处于准备接收数码的准备状态；若输入的数码最后6位或4位（与正确密码的位数相同）与正确密码完全一致，且紧接着按下认可键时，执行开锁操作。2方案设计2.1设计思路根据设计要求，要求有输入电路，数字按键1-
6、9代表的十进制数码在数字电路中必须转换为二进制码，因此总电路的第一个模块是密码输入电路和编码电路，编码器输出的二进制代码是将原码逐位取反。设计要求输入密码后4位有效，考虑用四个级联的移位寄存器接收编码，然后每输入一个新的数码，原来的数码就右向移位，保证寄存器中现存的数据只有最后输入的四个密码所对应的二进制码，实现后4位有效。因此第二模块是密码移位寄存电路。要比较最后输入的4位数码是否正确，可以用四个数值比较器分别接收移位寄存器中存储的数据，再将四个比较器的Q(AB)输出端相与，控制开锁动作。所以第三模块是密码比较电路。第四个模块，开锁与清零，当密码正确且按下认可键时，系统执行开锁动作，同时开锁
7、信号对电路进行清零，方便下次输入密码开锁。综上所述，总电路由密码输入与编码电路，密码移位寄存电路，密码比较电路，复位电路，开锁电路五个部分构成。初始开机复位后输入十进制的密码，由编码器进行其二进制原码逐位取反后进入移位寄存器，移位寄存器现存的二进制码与数值比较器中设置的正确密码的二进制代码进行比较，从而实现输入密码后4位或6位有效。当密码输入完毕按下确认键时，若此时密码正确则开锁电路工作，密码错误则不开锁（方案表现为灯亮或者不亮）。设计思路框图如图2-1所示：复位输入密码右移寄存比较密码开锁不开锁正确错误图2-1 设计思路框图2.2设计方案要实现此数码锁的设计，大体上有两套方案。2.2.1设计
8、方案一该电路共有11个数字按键，其中1-9共九个数字按键是密码输入端，分别与10-4线优先编码器输入端连接，另外两个分别是确认键和复位键。输入的十进制密码经74LS147优先编码器二进制编码后与移位寄存器电路的四个数据输入端相连。该电路是四片4035四位并入并出移位寄存器级联组成的右移寄存器电路，边沿触发，其输出端Q0-Q3分别与四片四位数值比较器的输入端B0-B3连接。数值比较器A0-A3是预置密码输入端，用户可以通过改变A0-A3所接高低电平的不同以实现修改密码的功能。由B0-B3、A0-A3的比较结果，并通过74LS85数值比较器中的Q(AB)输出结果相与，所得结果再同确认键相与，共同控
9、制着开锁电路中信号灯的亮灭。每次按键按下瞬间，编码器由全1输出变成有0输出，按键弹起时又变成全1输出。因此将编码器的四个输出端相与非后可以作为移位寄存器的边沿触发信号，即每次按下数字按键时，寄存器受到触发，与输入密码一一对应的寄存数据右向移动。四片寄存器只能存储4个四位二进制数，若现存的4个四位二进制数与数值比较器中待比较的正确密码比较完全一致，且紧接着按下确认键时，开锁信号灯亮，开锁，即实现输入密码后4位有效的功能要求。复位电路由复位键和开锁信号相或构成，当人为按下复位键，或者密码正确实行开锁时，各移位寄存器的清零端得到有效的高电平信号进行清零。图 2-2 方案一总电路图2.2.2设计方案二
10、方案二与方案一的原理异曲同工，同样由数字按键输入的密码输入和编码电路、四位并行并入移位寄存器电路、密码比较电路、开锁电路、复位电路五部分组成。考虑到4035芯片难以购买，因此利用四片74LS194芯片构成移位寄存器电路。由于机械开关存在抖动，因此，在优先编码器输出信号相与之后，再在其后加上由555定时器构成的不可重复单稳态触发器，用以消除机械开关带来的抖动，从而保证密码输入的正确性。图2-3 方案二电路图2.3方案比较两种方案大同小异，原理基本相同。但第一种方案密码设置是1-9九个数字，有开锁后的自动复位电路；第二种方案接入555定时器构成的单稳态触发器，使得密码输入后能产生一个周期固定的脉冲
11、，并且在这段时间之内输入任何数字均无效，有效防止了因机械开关抖动带来的密码输入错误的问题。 基于上述原因，选择第二种方案为小组方案，第一种方案为个人方案。3简易密码锁电路设计3.1密码输入和编码电路密码输入和编码电路如图3-1所示。十进制数1-9以数字按键的形式作为密码输入端，符合实际易于操作。74LS147是10线-4线二进制优先编码器，共有9个数据输入端和4个编码输入端，均为低电平有效。每按下一个十进制数字键，与之相接的编码器输入端便得到低电平，输出该十进制数对应的四位二进制数的原码进行逐位取反。四位二进制编码输出图3-1 密码输入电路3.2密码移位寄存电路密码移位寄存电路图如图3-2所示
12、。四个移位寄存器在某个时刻总是存储4个四位二进制数，因此其主要功能是将存储的数据进行移位，并实现后4位有效的设计要求。由于输入的是四位二进制代码，必须实行四位二进制数并行传输和移位，因此选择4035四位二进制数并行并入移位寄存器。D0-D3是并行数据输入端，Q0-Q3是并行数据输出端。CP是时钟输入端，上升沿触发。CR是异步清零端，高有效。P/S()是并行串行控制端，接高电平时并行移位。T/C()是原码/反码输出控制端，接高电平时原码输出。由于数字键按下和弹起瞬间，四位二进制代码输入状态由1111-有0-1111，将这四个输入端想与非后跟四个移位寄存器的时钟输入端相接，就会产生一个正脉冲，使寄
13、存器触发进行并行移位操作。也就是说，每输入一个十进制数码，移位寄存器就进行一次并行移位，使存储的四位二进制代码总为4个，将这四个代码与正确的密码比较，就可以实现密码后4位有效。四位二进制编码输入复位端图3-2 密码移位寄存电路3.3密码比较电路密码比较电路如图3-3所示。数值比较器预置的一组待比较数据A0-A3从左到右依次是1001、0101、1101、0011。由于编码器的输出是十进制数字按键相应的二进制原码逐位取反，且移位寄存器是右移位、原码输出，因此正确的密码是3456。将四个移位寄存器的输出端Q0-Q3分别接到四个数值比较器的B0-B3输入端,就可将某个时刻的输入密码与正确密码进行比较。当密码完全相符时，四个数值比较器的Q(AB)端就会全1输出。存储数据输入端存储数据输入端存储数据输入端存储数据输入端密码比较结果图3-3 密码比较电路3.4开锁电路开锁电路如图3-4所示。当输入密码正确时，密码比较结果为1，此时必须按确认键，与门的两个输入端均为1，开锁信号灯才亮，开锁。密码比较结果图3-4 开锁电路3.5复位电路复位电路如图3-5所示。当按复位键或者密码输入正确开锁时，寄存器的清零端都会得到高电平清零信号，对电路清零。开锁信号接寄存器清零端图3-5复位电路4调试与检测经过小组之间的多次假设和查阅资料，我们终于理
