九位密码锁电路设计报告.doc

皖 西 学 院课 程 设 计 报 告 书系别：机械与电子工程系专业：电子信息科学与技术 班级：0902班学生姓名：崔浩 （2009011853） 沈红阳 （2009011867）课程设计题目：九位数字密码锁起讫日期2011年12月19日2011年12月31 课程设计地点：实验室B510 教室 指导老师： 余平 下达任务日期：2011年12月19日目录一、摘要二、设计目的三、技术指标四、总体设计方案五、元器件清单六、总电路框图及介绍七、单元电路的设计八、原理介绍九、实验过程十、密码锁实际电路图十一、总结与体会1.成品评测2.制作体会3.制作回顾参考文献 摘 要随着人们生活水平的提高，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，受到了广大用户的青睐。随着社会物质财富的日益增长，安全防盗已成为社会问题。而锁自古以来就是把守门户的铁将军，人们对它要求甚高，既要安全可靠地防盗，又要使用方便，这也是制锁者长期以来研制的主题。目前国内，大部分人使用的还是传统的机械锁。然而，眼下假冒伪劣的机械锁泛滥成灾，互开率非常之高。所谓互开率，是各种锁具的一个技术质量标准，也就是1把钥匙能开几把锁的比率。经国家工商局、国家内贸局、中国消协等部门对锁具市场的调查，发现个别产品的互开率居然超标26倍。为何弹子锁的“互开率”会如此之高？据有关专家人士剖析，弹子锁质量好坏主要取决于弹子数量的多少以及弹子的大小，而弹子的多少和大小受一定条件的限制。此外，即使是一把质量过关的机械锁，通过急开锁，甚至可以在不损坏锁的前提下将锁打开。机械锁的这些弊端为一种新型的锁-电子密码锁，提供了发展的空间。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。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，主要特点如下：(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的更替而使锁的密级下降。从目前的技术水平和市场认可程度看，使用最为广泛的是键盘式电子密码锁，该产品主要应用于保险箱、保险柜和金库，还有一部分应用于保管箱和运钞车。键盘式电子密码在键盘上输入，与打电话差不多，因而易于掌握，其突出优点是“密码”是记在被授权人脑子里的数字和字符，既准确又可靠，不会丢失（除了忘记），难以被窃（除非自己泄露）。但是密码不能太简单，太简单了就容易被他人在键盘上试探出来，或者可能被旁观者窥测出来，造成保密性不足。当然，密码又不能太复杂，太复杂了可能自己都糊涂了，或者输入密码操作成功率低，造成使用不便。因此，为了发扬优点、克服弱点，键盘式电子密码也在不断发展中，如“任意设定密码”技术使得被授权人可以根据自己的需要或喜好设定密码，常用常新；而“自动更改密码”技术使得本次输入的密码将自动更改成下次应输入的密码，更改的规律不为他人所知，因而不怕旁观者窥测；独出心裁的“键盘乱序显示”技术使得键盘上的固定键位每次显示出的字符不固定，并且显示的窄小角度只能由操作者正面看得到，因而即使旁观者看见操作动作也难以窥测出密码；“多重密码设定”技术使得单组密码不一定有效，适合多人分权使用，需要输入两组以上的密码才被认可，大大提高了保密性，如果限定输入这些密码的先后顺序或时间区段，则保密性还可提高。在输入密码的过程中，为了限制试探密码的企图，通常输入错误码若干次或若干时间内输入不正确，即“封锁”键盘，不再接受输入操作。总之，尽管新式电子防盗锁层出不穷，但键盘式电子密码防盗锁不仅在市场上居于主流地位，而且，还经常作为其他类型电子防盗锁的辅助输入手段。关键词 九位 密码锁 密码输入 密码修改 设计目的1、巩固和加深对电子电路基本知识的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力。2、培养根据设计需要选学参考书籍，查阅相关手册、图表和文献资料的自学能力。3、通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件、电路组装、调试和检测等环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。4、学会简单电路的实验调试和性能指标的测试方法，提高动手能力和进行数字电子电路实验的基本技能。技术指标1、设计一个数字锁，每把锁都有其预先设定好的开锁密码，在一个开锁控制信号作用下用该密码可以打开锁；2、开锁时，其预先设定好的代码与开锁密码信号相符，且开锁控制信号有效时，锁打开；3、若不符，则打不开 4、密码修改功能总体设计方案1、第一方案用CD4585比较器进行密码所设计，但其密码修改电路机械化，且开关较多，连线较多，操作较繁琐。2、第二方案 用CD4017脉冲分配器为密码设定电路和修改电路，这方案可以便捷地设定密码和修改密码3、第三方案用74ls194芯片接成的移位寄存器，但用到脉冲信号。考虑到复杂程度、密码锁的精确性和器材配置，我们最终决定取第二个方案。元件清单 电阻10K 1个电阻200K 1个电阻10K 1个电阻100K 1个电阻1MK 1个电阻4.7K 9个普通电容0.1uF 2个电解电容4.7uF 1个弹片开关 10个十进制计数器CD4017 1个三极管9013 1个二极管1N4148 1个RED-LED NIGHT1个 PCB板一个 导线若干总体方框图框图介绍 首先我们可以预先设计一个密码，然后在键盘上输入密码，当键盘的密码和预先设置的密码相同时，电路接通。电路LED灯亮，若是密码不符合或者接触到SB1，SB5，SB8开关则红灯不亮。单元电路设计CD4017引脚图65CD4017引脚功能：CD4017内部是除10的计数器及二进制对10进制译码电路。CD4017有16支脚，除电源脚VDD及VSS为电源接脚，输入电压范围为315V之外，其余接脚为：A、频率输入脚：CLOCK(Pin14)，为频率信号的输入脚。B、数据输出脚：a、 Q1-Q9(Pin3，2，4，7，10，1，5，6，9，11)，为解码后的时进制输出接脚，被计数到的值，其输出为Hi，其余为Lo 电位。b、CARRY OUT（Pin12），进位脚，当4017计数10个脉冲之后，CARRY OUT将输出一个脉波，代表产生进位，共串级计数器使用。D、 控制脚：a、 CLEAR(Pin15)：清除脚或称复位(Reset)脚，当此脚为Hi时，会使CD4017的Q0为”1”，其余Q1-Q9为”0”。b、CLOCK ENABLE(Pin13)，时序允许脚，当此脚为低电位，CLOCK输入脉波在正缘时，会使CD4017计数，并改变Q1-Q9的输出状态。CD4017是5位Johnson计算器，具有10个译码输出端，CP，CR，INH输入端。时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。INH为低电平时，计算器在时钟上升沿计数；反之，计数功能无效。CR为高电平时，计数器清零。Johnson计数器，提供了快速操作，2输入译码选通和无毛刺译码输出。防锁选通，保证了正确的计数顺序。译码输出一般为低电平，只有在对应时钟周期内保持高电平。在每10个时钟输入周期CO信号完成一次进位，并用作多级计数链的下级脉动时钟。该设计的是一个9位数字密码控制器。它是以十进制计数器CC4017为核心组成的9位数字密码控制器。由密码输入键、密码控制和输入电路组成。 CD4017逻辑结构图:由于在Multisim软件上CD4017芯片的引脚只有15个，而电路中引脚为16个，因此无法在软件中仿真出图形，忘请理解。本数字密码锁采用十进制计数器CD4017为核心组成的9位密码控制器，由密码输入按键和密码控制与输出电路组成它的结构简单，可靠性和抗干扰性能好本数字密码锁的功能为：(1)密码位数为9位，从而保证足够的锁体强度；(2)用户可以自行设定和修改密码；(3)输入正确的密码后，驱动开锁电路。工作原理十进制计数器CD4017为核心组成的9位密码控制器，由密码输入按键和密码控制与输出电路组成；1. 密码输入按键：由11位按键组成，其中有效按键7位，伪码按键4位。由于7位有效按键可重复使用，这里将SB0和SB2键重复使用，因此组成了9位密码的输入按键。2. 密码控制和输出电路：CD4017的10个输出端按照密码的编排与响应的10歌按键连接。计数器的10个输出端，每个输出信号同时又作为下一个密码的输入控制信号。接通电源后，电源经R5、C2形成清零脉冲输入IC1的R端，使计数器清零，Q0输出高电平。该电路预置密码为302706249，共9位。按照密码的顺序依次按下密码输入按键：先按下SB3，由图可知，SB3是和IC1的Q0端相连，由于Q0为高电平，这一高电平通过SB3加至晶体管VT的基极，使VT导通，其集电极电压下降。当松开SB3时，VT基极因失去基极电压而截止，它的集电极电压立即上升，这就形成了脉冲的上升沿并输入IC1的CP端，计数器计数一次，输出端前移一位，由Q0至Q1。Q1和SB0相连，当按下SB0时，计数器又输入一个计数脉冲，它的输出端又前移一位，由Q1至Q2.这样按照密码顺序依次按下SB2、SB7、SB9，当按下最后一位SB9时，由于SB9与Q8相连，前移一位即为Q9，这最后一位输出的高电平就可作为开锁控制信号输出至执行电路。 电路中还有一个开关SA，它是一只总开关，可根据需要安装在远离键盘的 隐蔽处。正常使用时为打开状态，当需要时即可将其闭合。这时，按动任何按键都无效。在输入按键中，SB1、SB5、Sb8及SB均为伪码按键，按动后无效。有效按键中，SB2、SB0各重复使用一次，因此用7位按键组成了9位密码开关。由于在键盘中的按键总数为11键，在计算开锁几率时，不应只按有效键来计算，而应将伪码键合并在一起计算。实验过程首先我们上网查询资料，根据5位密码所设计图纸，经过自己的修改完成9为密码锁设计图纸，并将之打印出来。交给指导老师进行论证分析然后确定方案的可行性，然后再进行仿真原理实验，再从指导老师那里领元气配件对已经实现密码锁功能的设计图进行电路焊接，接着到实验室对焊接电路板进行试验，经过多次失败我们发现不同型号的CD4017芯片其引脚与我们从资料所知的并不一样，在经过一系列的于老师的交流然后获得正确的焊接方法并将设计功能进行实现。电路焊接实物图总结与体会1、成品评测成品完全满足课题设计的要求，可以对密码进行精确的校验，并在密码正确和开锁的控制下实现开锁，而且，也满足扩展要求，对原来的四位密码扩展到了9位。各方面都达到标准，并可以在实验板上实现各部分功能。若做成成品，也不失为一款经济实用的电子数字密码锁。电路是纯数字化的，精确度比较高，只要正确连接这些芯片，所有的功能都可以稳定地实现。本次实验的工作量十分巨大，在这次课程设计中，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，发现我们所学的知识实在是有限，这必须充分的体现了团队间的协调与配合能力，毕竟要想一个人完成这个的工作量在短时间内还是比较困难的。通过查资料以及搜索文献，让我们学习到了很多新的知识，这是块完全陌生的领域，光靠查阅资料去完成这次实验，我们起初还这是个不可能完成的任务，没想到我们竟然在最后竟然做出来了。对我们学生来说，理论与实际同样重要，这是我们以后在工作中说明自己能力的一个重要标准。不过把握重点、攻克难关，学到用到、活学活用。2、制作体会a) 学以致用，实践后再反思，使的理论与实际相结合，加深对课本的理解，搭建电路过程中养成严谨作风，也段练了个人动手能力，能够充分利用图书馆和网络查阅资料，增加了许多课本以外的知识。b) 能对Multisim和Proteus仿真软件操作。c) 在设计中，我和小组成员还发现电子密码锁目前在中国已经深入到各个领域，井盖用电子密码锁系统、无线电子密码锁、授权控制式光电编码电子密码锁、手提箱的电子密码锁等一百多种相关产品。3、制作回顾由于我们的个人能力和时间有限，未实现某些较为合理的功能比如：可以加入密码输入次数检测电路，密码输入三次错误，检测到三次报警信号，可以进行电路锁定，以防他人恶意开锁。尽管还有一些小的问题没有解决，但是我们小组成员都收获很大。这也是我们从校园走向工作岗位必须经历的吧，从理论到