课程设计--十五位二进制密码器.docx

课程设计 十五位二进制密码器专业班级：xxxxxxx 姓名：xxx 学号：xxxxxxxx一、实验目的（1）熟悉课本知识。（2）了解数字电路的基本设计思路。（3）掌握电路中各个芯片的具体功能。（4）体会从理论到实践的思想。（5）提高分析问题和解决问题的能力。二、实验要求（1）具有密码预置功能。（2） 密码输入采用串行输入，输入过程中不提供密码数值信息。（3） 当输入十五位密码全部正确时，密码锁打开，只有按下RST键才能脱离开锁状态，并返回初始状态。（4）密码输入过程中，只要输错一位密码，系统便进入错误状态，此时，只有按下RST键才能脱离错误状态，并返回初始状态。（5） 如果连续三次输错密码，系统将报警，一旦报警，将清除错误次数记录，且只有按下RST键才能脱离报警状态，返回初始状态。（6）组装、调试十五位二进制密码器。三、实验器件（1）仿真阶段：安装有Proteus程序的计算机一台（2）部分元器件： 四位移位寄存器74LS194芯片 十进制步计数器74160芯片 十六进制异步计数器74161芯片 四输入与芯片 RS触发器，D触发器 JK触发器 其它门电路若干, 5V直流电源，二极管，接触式开关，单刀双置开关若干四、设计任务分析本实验为15位二进制密码器，因此需要用到4个四位移位寄存器74LS194芯片，通过其预置功能对密码进行预置。同时通过一个按键对其进行密码输入，需要对密码进行对比，故可以用异或芯片对其实现，不匹配时输出为1，移位寄存器的右移功能可以实现依次比较，则可以通过这个输出1对后面的功能进行实现。可以通过十六进制异步计数器74161芯片进行计数，由于部分原因，决定采用74LS163四位同步二进制计数器实现，当15位全部匹配时，则会输出1111，可用四输入与门进行判断。同时针对错误3次报警可以采用十进制步计数器74160芯片进行计数，当3次错误时，其输出为0011，可通过与门对低2位进行判断。依上所述，可以分为密码预置、密码比较、计数开锁、报警状态及错误状态控制五个电路分别予以实现，最后将五部分连接即可。具体实现过程可表示如下：密码预置错误计数正确计数密码比较错误显示开锁电路密码输入初始化串行输出报警电路五、具体实现过程可以分为密码预置、密码比较、计数开锁、报警状态及错误状态控制五个电路分别予以实现。1、 密码预置电路密码预置电路如图，通过15个双刀开关分别控制15个位的密码预置，由于一些限制，决定对其低电平一端接地，74LS194的D0，D1，D2，D3用于数据的输入，其中第一个74LS194芯片的D0口接地预置时为并行输入，故S1，S0须高电平，而右移时，S1为0，S0为1，故可以让S0默认接高电平，S1通过一个双刀开关SW1接地与高电平，分别对应着串行输入右移与并行输入，第一个芯片SR接地。穿行输入右移，即S1接地时，双刀开关SW3用于提供脉冲信号，使其一位一位输入，同时每个芯片的第四个输出口Q3接下一个芯片的SR口，以实现四个芯片的相互之间右移。2、 密码比较电路双刀开关SW4控制密码的输入，即开锁时的密码，通过两个D触发器记录待比较的两位密码值。D触发器功能表如图，故当前一刻输出为0时，此时D为1时，则输出为1，也就是移出后的值，通过异或门，可以判断两位密码是否相同，当密码匹配时，与门输出为0，不匹配时则为1。3、 计数开锁电路通过74LS163芯片对正确次数进行计数，切记预置密码时需要断开开关SW7，以防错误计数。D0-D3接地，表示预置值为0，LOAD接高电平表示其不采用预置计数，EXP与EXT接高电平开启使能。若不对其清0，则每出现一次脉冲都会使其计数加1，在计数未满时，与门U19的下面输入口为1，当出现密码位不匹配时，U19上面输入口为0，则与门U19输出为0，致使74LS163的MR位为0，即清零。当无错误地15位密码全部匹配时，74LS163芯片输出为1111，通过四与门，可使其输出为1，则此时通过SR触发器可使二极管发光，即表示已开锁。SR触发器功能表4、 报警状态电路此部分通过74160芯片对错误次数进行计数，D0D3接低电平表示预置为0，LOAD接高电平表示不采用预置输入，ENT接1开启使能，当错误3次后，其74160输出Q3Q2Q1Q0为0011，通过一个与门对低两位进行检测，当都为1时，则使左侧SR触发器S1为1，则二极管D4亮即报警，同时也使MR为1，从而错误次数清0。5、 错误状态控制电路通过双刀开关SW9充当RST来对错误状态进行恢复六、整体连接及操作方法首先预置密码，通过15个双刀开关预置密码，在开启电源之前，需将SW1拨至高电平，并打开SW2与SW7，S5打开，S6闭合。打开电源后，拨动可弹回的双刀开关SW3，使密码预置，然后，SW1打至低电平用于移位，闭合SW2与SW7，在双刀开关SW4处选择输入的密码位，每输入完一位，拨动SW3使产生脉冲。1、若15位全部正确，则二极管D5发光2、若一位输入错误，二极管D3发光报错，74LS163计数清0，74LS160计数加1，需断开SW2，并拨动RST（SW9）消除错误状态3、3次输入错误时，进入报警状态即二极管D4发光，74LS160计数归0（这一步不知道什么原因无法实现，截图时删掉这部分功能），则按RST可使其消除报警状态（因前一步无法实现，故此步也未实现）七、总结与收获此次实验是为了设计一个15位二进制密码器，通过这个实验，学会了将一个复杂的问题分而治之，简化为几个小部分从而实现对一个数字电路，也借此熟悉了一些常用芯片的用法。此次实验中最大的遗憾是最后一个功能关于RST实现错误消除警报并返回初始状态由于时间有限未能解决，个人猜测可能是proteus中可能存在类似于竞争冒险的问题，即我的计时三次采用的Q0 & Q1的方法中，当由01变为10时，Q0由1跳至0的时候存在一定的滞后，致使在某一瞬时时刻可能导致其两者均为1而使清零