数字电路课程设计报告SFBA

数字电路课程设计数 字 电 路 课 程 设 计 报 告设计题目：电子密码锁院（部）：物理与电子信息学院专业班级：学生姓名: 学号:指导教师:王 国 东 2016 年 12 月 12 日2数字密码锁【摘 要】随着人们生活水平的提高，当今安全信息系统应用越来越广泛，如何实现家庭防盗这一问题也变的尤其的突出，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睐。 其方法和技术可广泛用于仓管、防盗门、密码箱等安全系统。特别在保护机密、维护隐私和财产保护方面起到重大作用，而基于电子密码锁的安全系统是其中的组成部分。密码锁是锁的一种，开启时用的是一系列的数字或符号，密码锁的密码通常都只是排列而非真正的组合。部分密码锁只使用一个转盘，把锁内的数个碟片或凸轮转动；亦有些密码锁是转动一组数个刻有数字的拨轮圈，直接带动锁内部的机械。 。本次设计用 Multsm 仿真软件来模拟密码锁的多种功能，密码由 4 位数字组成，其具有报警、锁定键盘功能，密码更改功能，密码清除功能等，并且能够仿真成功。【关键词】Multisim 仿真,SR 锁存器，电路设计, 电子密码锁3目录1 绪 论 .41.1 市场需求 .41.2 设计任务 .51.3 设计要求 .51.4 软硬件运行环境及开发工具 .52 电子锁控制电路分析 .62.1 数字电子密码锁的设计原理框图 .62.2 运行状态分析 .62.2.1 各模块功能 .62.2.2 工作过程 .73 各部分电路设计 .73.1 密码输入 .73.1.1 初始密码 .73.1.2 串行输入密码 .73.2 数码管显示电路 .83.2.1 计时器显示电路 .83.2.2 输入密码显示电路 .93.3 比较电路 .103.4 警报电路 .113.5 电路参数的选择及计算 .123.6 电子锁电路总体图 .134 结束语与心得体会 .14附 录 .16参 考 文 献 .1741 绪论1.1 市场需求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。在日常生活和工作中，住宅与部门的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存多以加锁的办法来解决。目前门锁主要用弹子锁，其钥匙容易丢失；保险箱主要用机械密码锁，其结构较为复杂，制造精度要求高，成本高，且易出现故障，人们常需携带多把钥匙，使用极不方便，且钥匙丢失后安全性即大打折扣。针对这些锁具给人们带来的不便若使用机械式钥匙开锁，为满足人们对锁的使用要求，增加其安全性，用密码代替钥匙的密码锁应运而生。它的出现为人们的生活带来了很大的方便，有很广阔的市场前景。其性能和安全性已大大超过了机械锁，特点如下：1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。 2密码可变。 用户可以经常更改密码，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。 3误码输入保护。当输入密码多次错误时，报警系统自动启动。 4. 电子密码锁操作简单易行，一学即会。5. 无活动零件，不会磨损，寿命长。 6. 使用灵活性好，不像机械锁必须佩带钥匙才能开锁。出于安全、方便等方面的需要许多电子密码锁已相继问世。但这类产品的特点是针对特定有效卡、指纹或声音有效，且不能实现远程控制，只能适用于保密要求高且供个人使用的箱、柜、房间等。由于数字、字符、图形图像、人体生征和时间等要素均可成为钥匙的电子信息，组合使用这些信息能够使电子防盗锁获得高度的保密性，如防范森严的金库，需要使用复合信息密码的电子防盗锁，这样对盗贼而言是“道高一尺、魔高一丈” 。组合使用信息也能够使电子防盗锁获得无穷扩展的可能，使产品多样化，对用户而言是“千挑百选、自得其所” 。可以看出组合使用电子信息是电子密码锁以后发展的趋势 。1.2 设计任务5本课程设计要求设计一个数字密码控制解锁的电路，密码锁密码为 4 位，当输入正确代码时，输出开锁信号以推动执行机构工作，用红灯亮、绿灯熄灭表示关锁，用绿灯亮、红灯熄灭表示开锁，黄灯表示可以工作。密码锁电路由密码锁输入电路、定时器控制电路、密码比较电路、显示电路四大部分组成，将各电路组合起来，构成了一个完整的电子密码锁。初始密码设置支持8421BCD 码，密码将经过 74LS147D 送入到译码器 74LS175D 后用数码管显示，比较系统电路会把初始密码和输入密码比对。当输入正确的密码时，输入封锁，不能再输入数字密码。用 555 定时器和 74LS161 组成定时器进行定时，密码输入必须在四十秒内完成，否则输入键盘封锁，不可以再输入数字符，同时报警系统启动。1.3 设计要求 、密码输入：每按一个数字键，就输入一个数值，且将在显示器上的最右方开始显示数字，之后输入的依次左移。、数码清除：当数码管显示出四个数字且输入密码错误时，在输入数值则默认重新输入。、密码修改：密码可以在左上方通过开关进行设置，密码设置支持8421BCD 码。、时间规则：设计电路要有定时功能功能，当在规定时间内不能正确输入密码时，系统要关闭，同时要报警。、定时计数：当在规定时间内输入正确的密码时，计数器将停止计数。1.4 软硬件运行环境及开发工具本次仿真基于 Multisim 软件。Multisim 是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以 Windows 为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。Multisim 是一种 EDA 仿真工具，它为用户提供了丰富的元件库和功能齐全的各类虚拟仪器。与所有 Windows 应用程序类似，菜单中提供了软件中几乎所有的功能命令。Multisim 8 菜单栏包含着 11 个主菜单，如图 A1-2 所示，从左至右分别是File(文件菜单)、Edit(编辑菜单)、View(窗口显示菜单)、Place(放置菜单)、6Simulate(仿真菜单)、Transfer(文件输出菜单)、 Tools(工具菜单)、Reports（报告菜单） 、Options(选项菜单)、Window（窗口菜单）和 Help(帮 助菜单)等。在每个主菜单下都有一个下拉菜单。2 电子锁控制电路分析2.1 数字电子密码锁的设计原理框图7设计原理框图如下图所示密码验证模块40 秒计时显示单元开锁信号报警信号密码输入555 定时器逻辑组合模块初始密码锁住输入2.2 运行状态分析2.2.1 各模块功能原始密码部分：开一把电子密码锁的关键在于正确的输入密码 ,本设计提供了一个 4 位开关式按键输入开关 ,一个 4 位开关式按键密码预设开关。使用 4 位数码开关，可以实现重新设置密码的功能。串行输入模块：利用移位寄存器右移的功能实现 4 位密码的串行输入。而且输入密码可以显示且被锁存。比较模块：将密码输入后，利用异或门与原始密码进行比较，如一致则输出低电平，表示密码正确，锁被打开。若密码不正确则输出高电平，送入二极管与计时模块中进行报警，比较模块中接入一个开关作为密码输入后的确认键。 计时模块：比较模块同时将信号送入计时模块，开始计时并将信号送入扫描电路中，如果超时则报警。扫描电路：扫描电路接收信号，与计数器同步工作，连接数码管显示时间和输入的密码。2.2.2 工作过程首先设置一个原始密码，设置结束。将密码串行输入，用户必须按下事确认按钮后方输入密码。如果输入密码与预置密码一致,一致时密码锁可打开 ,本8设计由绿色二极管亮代表密码正确 ,锁可以打开。密码不正确时，红色二极管亮。整个操作必须在四十秒内完成，否则报警系统将会自动开启。如果在规定时间内完成解码，则定时器停止计数同时封锁输入。3 各部分电路设计3.1 密码输入3.1.1 初始密码9原始密码用 4 个 4 位数码开关设置。开关连接一个 VCC 提供电源，电压为5v。开关白色部分在下表示“0” ，在上表示“1” 。开关可以自行任意设置密码。注意，数码开关输入的是 8421BCD 码。因此，每个数码管设置的密码只能为 0-9。3.1.2 串行输入密码如图 3.1.2a 所示，该电路即为串行输入密码电路。电路由十个按键开关和74LS147D 芯片组成。十个按键开关代表 0-9 十个数字。图 3.1.2.b 为 74LS147D的真值表。该芯片的功能就是把 0-9 等十个十进制数转化为 8421BCD 码。3.2 数码管显示电路3.2.1 计时器显示电路计时器显示电路主要由 74LS161D，LM555CM,4511BD,以及 4093BD 组成。555 定时器的脉冲频率可以自主设置。两个 74LS161D 芯片组成异步时序电路，共同构成一个四十进制的计数器。设置初值均为 0000，接受一次脉冲，右边的3.1.2.a 3.1.2.b10芯片开始记时逢十进一，作为左边芯片的 clk 时钟频率输入端。当计数器记至四 十时停止计时。如左图所示，该电路