杨杰数字电路课程设计基础实验报告密码锁.docx

“数字电子技术”课程设计 实验报告书 “有声有色”超级防盗密码所 总设计人：陈耿南 学号：201141311102 出版社 ： 东莞理工学院 电子信息工程 电子卓越班 2012.06.03 目录一 选题的意义 设计永存之灵魂是意义二 方案论证选择一案在手，胜过万法在“林”三 电路设计一年之计在于春，设计之计在于仿真 四 电路调试调试是检验方案可行的标准五 实验结果总结及电路实物照片一份耕耘多份收获在于总结六 存在问题及改进思路昙花虽美，却弹指挥间，可有突变七 心得体会一叶一菩提，这是感受的境界 八 附录一路披荆斩棘，终了搏得美人归 一 选题的意义（1） 从社会发展角度看：随着科技的迅猛发展及人民生活水平的大幅度提高，特别是国内经济的快速发展（但不及发达国家，国人警惕）和科学技术的不断发展，人们对防盗的要求也越来越高。同时对使用的便捷性也有更高的要求。传统的机械锁的防盗效果业已满足不了现代社会的防盗要求。首先，机械锁的材料大多为黄铜质地较软，容易损坏。其次，用户在使用旧有机械锁时需随身携带钥匙，很不方便，而且，万一钥匙丢失，需及时换锁，否则，将给用户带来不必要的损失。还有，机械锁的钥匙易于复制，不能随时改变。最后，据调查统计，20世纪50年代意大利人发明的机械锁，虽然结构简单，价格便宜，但是每4000把机械锁中就有两把的钥匙齿牙相同或类似，安全性低下。因此，目前一种新型电子密码锁应运而生。电子密码锁是一种通过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。它的种类很多，有简易的电路产品，也有基于芯片的性价比较高的产品。现在应用较广的电子密码锁是以芯片为核心，通过编程来实现的。 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.干扰码功能，在输入正确密码前可输入任意码。6.安保功能 ，如果连续输错4次密码将会自动断电3分钟。 7.紧急开启功能（Panic Open） ，出门时无需其他操作，只需一次的把手动作，可机械的开启门，所以遇到火灾等应急状况下也迅速，安全的开启门。 8.入侵感应功能 ，在门上锁的状态下，有人破锁而入时，会发出强力的报警音。 9.火灾报警功能 ，在室内如果温度达到75左右，将会发出强力的报警音，同时锁会自动开启。 10.双重锁定功能 ：外部强制锁定，在内部不能开启，适用于外出时，防止有人入侵。 内部强制锁定：在外部不能开启，让您在家时更安心、安全。11.弱电提醒当电量不足时，在启动开门时，会有美妙的音乐提示您及时更换电池。12.自动上锁功能 ，采用全自动锁芯，门关后6秒内自动上锁,外出更加安全。13.外部显示功能 ，当密码输入错误，锁舌没正常锁到位，室内反锁，弱电等情况下，外部都有提示功能。由此可见，电子密码锁不仅能克服必须随身带钥匙的机械锁的等等弊端，而且更极富价值的是他大大的提高了锁的安全性。基于此现状，我决心电子设计电子密码锁。（2） 从学习数字电子技术角度看：首先，电子密码锁的设计需要用到许多芯片，要用好芯片，必须查资料，这能提高我们查阅文献，并通过阅读资料获取所需知识的能力。其次，在设计电子密码锁的过程中，他能提高我们把实际问题转化为逻辑问题的能力，换句话说，他能帮助我们体会数字电子技术处理问题的方法。最后，从仿真设计，到实际接线，再到调试做成电子密码锁的过程中，我们将遇到许许多问题，而解决问题的过程就提高了我们分析问题，查找故障的能力。综上所述，选此课题有非一般意义。我意义，故我在（我思，故我在） 二 方案论证选择（1）功能大观English Version中文版(2) 大概流程 三 电路设计(1)初始电路仿真图上图初步完成电子密码锁以下功能：1，显示密码输入位数（中间八个LED灯，灯亮表示一位密码输入）。2，输入正确密码（第一键按2次，第二键按3次，第三个键按1次，必须按顺序输入）可开锁（即右上角的灯亮代表密码正确）。3，3次机会输入（用右下角显示数码管显示，到0时，相当于按了伪键2，需内部操作重置）。4，两个伪键，（一按到伪键1，数码管归0，即没机会再次输入，需内部操作员重置。一按到伪键2，虽然能输入密码但是不可能输对，需内部操作员重置才行）。5，前三次输入错误密码时，只须按取消键即可重新输入。当然你不能按到伪键。6，内部操作键（内部人员操作）可帮用户重新获得3次输入密码错误，取消键可帮用户清除错误密码（在3次机会内且不能按到伪键）。（2）拓展功能后仿真电路图上图最终实现密码锁以下功能：1，显示密码输入位数（中间八个LED灯，灯亮表示一位密码输入）。2，输入正确密码（第一键按2次，第二键按3次，第三个键按1次，必须按顺序输入）可开锁（即右上角的灯亮代表密码正确）。3，3次机会输入（用右下角显示数码管显示，到0时，相当于按了伪键2，需内部操作重置）。4，两个伪键，（一按到伪键1，数码管归0，即没机会再次输入，需内部操作员重置。一按到伪键2，虽然能输入密码但是不可能输对，需内部操作员重置才行）。5，前三次输入错误密码时，只须按取消键即可重新输入。当然你不能按到伪键。6，内部操作键（内部人员操作）可帮用户重新获得3次输入密码错误，取消键可帮用户清除错误密码（在3次机会内且不能按到伪键）。7，用户在输入第一个密码后，必须在9秒内输入完全部密码，否则，输入不了密码。如上图所示必须按取消才能重新输入密码。（当然是在三次机会内）。 （3） 原理简介：ONE：该密码锁的主体部分用三片4017芯片级联（前一个的输出通过一个非门接到下一个的RESET端）来控制先按什么键，再按什么键，按几次。最后一片4017与CD4013芯片的DATER相连接来实现记住最后一片芯片的输出结果，用SURE键来控置CD4013的CLK。而SU键通过控制74192来控制“机会倒计时器”。当然，内部操作键通过逻辑门控制密码清除，“机会倒数计时器”和“输入时间倒数计时器”的重新置数（分别置3和9），清除伪键的乱码功能和输入密码位数显示功能。取消键通过逻辑门与74164相连接，控制密码输入位数的清除，还有重新给“输入时间倒数计时器”置9的功能。通过第一个灯的亮灭来控制“输入时间倒数计时器”的DOWN键来实现倒数功能。最后，当“输入时间倒数计时器”显示为0时，此时“输入时间倒数计时器”通过逻辑门与的置数端（AL）相连，来控制密码输入位数的显示，同时通过逻辑门与第片的时钟使能端（ENABLE CLOCK） 相连来达到截住密码的功能。当“机会倒数计时器”显示为0时，此时相当于按了伪键，需内部操作员重置。TWO：另外，由于仿真平面有限，其中当“机会倒数计时器”显示为0时，将频率为1KHz的方波信号源通过逻辑门与音响连接的发音部分未能在仿真画出。还有当输入密码正确时，将频率为2Hz的方波信号源通过逻辑门与音响连接的发音部分也未能画出。 四 电路调试1， 仿真调试：出现的问题：在设计“输入时间倒数计时器”部分时，我用内部操作键和取消键通过逻辑门与CD40192的LOAD相连，实现给“输入时间倒数计时器”置9。再用“输入时间倒数计时器”的显示数值通过逻辑门和CD4013将“输入时间倒数计时器”显示0时的状态记住并反馈给CD40192的CLEAR端，这样一来，就出现按内部操作键和取消键时，有时可置数，有时不行。解决问题：我拉一个LED等接在CD40192的LOAD端，灯暗时本应置数，但不置数。为什么？仿真的芯片不可能坏，那是什么原因？这时，我再拉一个LED灯接在CD40192的CLEAR端，发现灯亮了，我再查CD40192的芯片资料，发现置数时，CLEAR必须接低电平，所以我发现问题的所在，经过分析，我发现各逻辑门有延迟，虽然理论上让CLEAR端和LOAD同时改变为相反电平，但是实际总有先后，如果CLEAR先为高电平，此时就置不了数。因此此想法（让CLEAR端和LOAD同时改变为相反电平）不可行。最后我采用将“输入时间倒数计时器”的显示数值通过逻辑门和CD40192的DOWN端相接，实现“输入时间倒数计时器”显示为0时，不再继续从9开始倒数。2， 实际电路调试：（1）出现问题：刚接完，接通电源，按密码输入键，但是他不显示密码输入位数。解决问题，我拉一LED灯接在74164的CLOCK端，发现没问题，符合经分析后正确的状态，想想，会不会芯片坏掉了。在换时发现芯片的VSS接地端没接好。接好后，问题解决。（2）出现问题：输入密码正确后，密码灯亮了，但是不唱歌。解决问题，我拉一LED灯接在两输入端与非门的一个输入端（这输入端接密码灯，另一输入端接频率为2Hz的方波信号源，发现灯亮，难到是信号源的问题，就在我拔掉密码灯去检验信号源时，音乐响了，这时我又接上，也可以。但重新开始又不行，移开密码灯又可行。这时我从4013的输出端引与输入密码灯等价的线，发现可现，所要输入正确密码就灯亮，唱歌的功能实现。但我不知道原因，我想可能是LED密码灯亮后相当于断路，而LED灯的一端又接地，所以不行吧。（3）（3）出现问题：按密码输入键，发现不工作。解决问题：我最初以为键坏了，我就拉条长线直接把键接到LED灯，发现键没坏，问题的所在是我接错了键的输出端，接到平时是高电平的端口去了，本应接到平时是低电平的端。改完后，正确。 五 实验结果总结及电路实物照片 1，经仿真，调试，修改，接线，调试，修改，密码锁水到渠成，实物图如下： 注： 将仿真图打印，对着其接线，接好打X，提高可靠性。注:你还有3次机会，但此次机会，你只有2秒时间可输入密码了注：你曾开启过密码2次，对不？2， 以上实物图实现电子密码锁以下功能：（1）显示密码输入位数（中间八个LED灯，灯亮表示一位密码输入）。（2）输入正确密码（第一键按2次，第二键按3次，第三个键按1次，必须按顺序输入）可开锁（即右上角的灯亮代表密码正确）。（3）3次机会输入（用右下角显示数码管显示，到0时，相当于按了伪键2，需内部操作重置）。（4）两个伪键，（一按到伪键1，数码管归0，即没机会再次输入，需内部操作员重置。一按到伪键2，虽然能输入密码但是不可能输对，需内部操作员重置才行）。（5）前三次输入错误密码时，只须按取消键即可重新输入。当然你不能按到伪键。（6）内部操作键（内部人员操作）可帮用户重新获得3次输入密码错误，取消键可帮用户清除错误密码（在3次机会内且不能按到伪键）。（7）用户在输入第一个密码后，必须在9秒内输入完全部密码，否则，输入不了密码。如上图所示必须按取消才能重新输入密码。（当然是在三次机会内）(8)输入密码正确，灯亮，唱悦耳歌，密码错误灯不亮。3次机会用完或按到伪键2，会报警。（9）记录第几次登陆开启过密码锁，提高安全性。 六 存在问题及改进思路1， 存在问题：除芯片多，接线复杂外，暂时没发现。2， 如果时间允许下：我想继续拓展该密码锁的功能，如（1）改密码（当然此时可改3个4017的输出来改密码）；（2）密码工作后，3分钟内如用户每取消，密码自动清0（利用RC放电可实现）；（3）主人在忘记该密码时，有其他方案（在加多3个4017的级联，可实现）；（4）用户在紧急时，有捷径开启密码锁； 七 心得体会衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴。从看题到此时，我在地狱待了6天，此时即将进入天堂。回眸这近一礼拜的辛苦历程感触颇多。然站在进入天堂的发言台上，千言万语去齐聚喉咙，交通堵塞了。感动处，愕然间，唯剩些许在键盘上敲打几字的力气：1， 不听老师言，吃亏在眼前，当然对此我无多深体会，充其量闲侃罢了，毕竟我恭恭敬敬的地按老师说的做，如，打印仿真图，对着其接线，接好的线打X，避免出错；这样面对如此复杂的仿真电路我处理起来像希特勒打波兰，如鱼得水，即快又正确。这也是我在调试过程为什么没什么问题的缘由。此过程虽然慢，接了足足7个小时，但是看到别人电路比我简单，接了一天还是错的，我内心又多了些许平静，的确，这悬殊地对比不就是杨老师“慢就是快”的经典名言么？2， 每一次错误，都是上帝的恩赐，就像杨老师说的一样。但是这回我有没多大的感觉，也许又是我太听话的缘故。我有“成败皆英雄”的良好心态，遇到问题，心静如夤夜，不像某些人接完电路，不行，哭天抢地，全然忘却自己是已长大的大学生，搞到隔邻以为是谁牺牲了！最重要的是，我手持老师馈赠给我的利剑-LED灯，哪部份坏了，把灯接到哪里，逻辑分析，该亮的亮就证明是对的，该亮不亮，就找到问题的肯綮，对症下药，效果比西药疗效还快，还无副作用。3， 囿于仿真面板、实验箱开关、面包板、时间有