8位数字密码锁.doc

*级电子信息工程专业电子技术课程设计电子技术课程设计报告书课题名称8位数字密码锁姓 名*学 号*院、系、部*专 业电子信息工程指导教师*年*月 *日 一、 设计任务及要求：设计任务：设计一种8位数字密码锁控制电路，能够更改密码，限制更改密码的次数，并显示开锁、关锁、改密码等相关信息。要 求： 1. 数字密码锁的原始密码为数字“18”，开始时，锁关闭（亮红灯），当确认输入原始密码2次后，锁打开（绿灯亮），且状态指示灯（蓝灯）一直亮；2. 原始密码输入正确后，可以更改密码，按确认键后，蓝灯闪烁一次，红灯亮，密码生效，且数码管显示当前密码；3. 每次输入密码后，数码管显示“A00000000”；按下确认键后，状态指示灯（蓝灯）闪烁一次，开锁指示灯（绿灯亮），密码锁打开；4. 按下复位键，数码管显示“A00000000”后，才可以打开锁或更改密码；当断开复位键，第一个数码管显示变为零0时，任何密码输入均无效，密码被保存；复位、再次输入密码后，锁被打开；5. 当按下复位键4次以后，系统被锁闭，任何数字输入均无效，按下系统复位键两次及数字键后，系统恢复为原始状态；6. 采用Multisim 10.0进行仿真验证并且完善电路设计。指导教师签名： * 年 月 日 二、指导教师评语： 指导教师签名： * 年 月 日 二、 成绩 验收盖章 * 年 月 日 8位数字密码锁1、设计目的（1）熟悉模拟电路的应用与集成电路的引脚排列。（2）掌握常用芯片的逻辑功能及使用方法。（3）熟悉电路仿真软件Multisim 10.0使用。（4）了解数字密码锁的组成及工作原理。（5）熟悉数字密码锁的设计。2、设计思路（1）设计系统复位电路。（2）设计密码锁电路和比较电路。（3）设计计数电路及其反馈回路。（4）设计时序控制电路和改密电路。（5）设计数码管电路和指示灯电路。3、设计过程 3.1方案论证输入电路比较电路系统复位电路复位电路锁存、改密电路数码管显示及指示灯电路密码更改次数限制电路（计数电路）图3.1 8位数字密码锁工作原理框图系统的控制由系统复位电路开始，2次输入原始密码后，数字密码锁被打开；通过系统输入电路、改密电路、锁存电路、可以对密码进行更改和储存；通过对密码更改次数限制电路（计数电路），可以实现对系统输入电路的锁定；各电路的输入均可在数码管显示或指示灯观察得到；经过其他电路的交错和反馈，整个系统可以整合设计为以上形式。3.2 元器件的选择及参数，各芯片介绍及作用3.2.1数字显示器数字显示器是一种常用的集成显示译码器，在数字系统中，它能直观地将数字显示出来，方便人们直接读取数字及处理结果。因此，数字显示器电路是许多数字设备系统不可缺少的部分。数字显示器是驱动显示器件（如荧光数码管、液晶数码管等等）的核心部件，它可以将输入代码转换成相应数字，并在数码显示管上显示出来。该数码管由七段构成数字字形，既有其相对应的七段数字显示译码器数字。例如，当该电路的输出为高电平有效时，既输出为1时，对应字段点亮；输出为0时对应字段熄灭。当其各数段相应地为1时，该译码器能够驱动七段显示器显示O15总共16个数字的字形。输入L3、L2、L1、L0接收4位二进制数码，输出、和分别驱动七段显示器的a、b、c、d、e、f和g段。七段显示译码器的原理图如下图 3.2所示，图3.3给出了七段显示器的显示笔画与O15共16个数字的对应关系。图 3.2 七段显示器原理图 图 3.3 七段显示器笔画与数字对应关系图该8位数字密码锁电路采用能自动译码的数码显示器DCD_HEX，能够直接将输入的二进制代码表示成OF共16个数字，其芯片图与引脚图如下图 3.4所示： L3L2L1L0图 3.4 显示器芯片原图与引脚图二进制代码由高位到低位分别与L3、L2、L1、L0用导线相连，其功能表如下表1所示：表1 数码显示译码器 DCD_HEX功能表输入显示数字L3L2L1L00000显示00001显示10010显示20011显示30100显示40101显示50110显示60111显示71000显示81001显示91010显示A1011显示B1100显示C1101显示D1110显示E1111显示F3.2.2 74LS90芯片芯片接线要求：将输出12引脚与输入1引脚相接，构成8421BCD码计数器，将输出11引脚与输入14引脚相接，构成5421BCD码计数器,表2中H为高电平、L为低电平、为不定状态。74LS90逻辑电路图如图3.5所示，它由四个主从JK触发器和一些附加门电路组成.在74LS90计数器电路中，设有专用置“0”端MR1、MR2和置位（置“9”）端MS1、MS2。其计数顺序为000101，当第六个脉冲作用后，出现状态Q0Q1Q2=110，利用Q1Q2=11反馈到MR1和MR2的方式使电路置“0”，据功能表（表2）可知，MS1、MS2端中必须最少有一端接地。 表2 74LS90计数器功能表 图3.5 74LS90D计数器引脚图3.2.3 74HC374芯片 74HC374芯片是八上升沿 D 触发器(3S,时钟输入有回环特性)，74HC374芯片的输出端 O0O7 可直接与总线相连。当三态允许控制端 OE 为低电平时， O0O7 为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当 OE 为高电平时，O0O7 呈 高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当时钟端 CP 脉冲上升沿的作用下，O 随数据 D 而变。D0D7 数据输入端 OE 三态允许控制端（低电平有效） CP 时钟输入端 O0O7 输出端。 表3 74HC374芯片真值表输入输出输出控制使能数据OcGDQLHHHLHLLLLXQ0HXXZ表4 74HC374芯片功能表图3.6 74HC374计数器引脚图3.2.4 74HC85芯片 74HC85芯片可进行二进制码和BCD码的比较，对两个4位字的比较结果由三个输出端O(AB)输出，若将几个74HC85芯片级联可比较较长的字，此时低级位的O (AB)连接到高位级相应的输入AB ,并使低位级的AB为高电平。引出端符号：A0-A3为字A输入端，B0-B3为字B输入端，AB为级联输入端，O (AB)为AB)为AB输出端。 表5 74HC85（4位数值比较器）功能表输入输出A3 B3A2B2A1B1A0B0IABIAB）O（AB3XXXXXXHLLA3B2XXXXXHLLA3=B3A2B1XXXXHLLA3=B3A2=B2A1B0XXXHLLA3=B3A2=B2A1=B1A0B0XXXLHLA3=B3A2=B2A1=B1A0=B0HLLHLLA3=B3A2=B2A1=B1A0=B0LHLLHLA3=B3A2=B2A1=B1A0=B0XXHLLHA3=B3A2=B2A1=B1A0=B0HHLLLLA3=B3A2=B2A1=B1A0=B0LLLHHL 图3.7 74HC85（4位数值比较器）引脚图3.3 电路设计图3.8 密码计数电路、系统复位组合电路 密码计数电路及系统复位组合电路如上图所示，该组合电路由1片74LS90D芯片、1个逻辑异或门、2个逻辑非门、3个逻辑与门、直流5V电源、1个单刀双掷开关、1K电阻等构成。该组合电路经过逻辑器件组合可以实现控制数字密码锁输入电源，指示灯显示等功能。功能实现原理：按上图所示接好电路。当开关J15闭合接逻辑与门U28A后电路开始工作，（注：14引脚接复位开关“9”，U31A输出端接系统工作电源），当复位开关“9”闭合一次，则74LS90D芯片计数一次，输出端引脚8、9经逻辑与门和开关J15反馈回芯片引脚2、3。当复位开关“9”闭合4次时，经逻辑与门U26A、U29A，以及逻辑非门U27A、U30A、使系统锁闭灯（黄灯）亮，并经过逻辑异或门U31A使电源输出断开，即异或门U31A输出端此时输出低电平，系统被锁闭。系统解锁则需要通过开关J15接高电平。附：逻辑门“与门”、“非门”、“异或门”、图示及真值表如下： 图3.9 逻辑与门 图3.10 逻辑非门 图3.11 逻辑异或门 表6 逻辑与门真值表输入输出000010100111表7 逻辑非门真值表输入输出0110 表8 逻辑异或门真值表输入输出000011101110图3.12 由1片74HC374芯片和2片74HC85芯片构成的锁存电路、比较电路 锁存电路由1片74HC374N芯片及输入电路构成，比较电路由74HC374芯片的输出及2片74HC85芯片构成，2片74HC85AD 芯片之间串联，比较后输出后，通过指示灯显示。74HC374芯片输入引脚3、4、7、8、13、14、17、18分别接密码锁输入数字（0-8），引脚1接开关J9,(当J9接低电平时，74HC374芯片开始工作，接高电平则锁存初态Qn)，74HC374芯片为低电平触发有效芯片，所以引脚11接瞬时接通断开开关J10,当需要74HC374芯片工作时，闭合开关J10一次。74HC374芯片的输出按图示接74HC85的相应引脚，经过两个74HC85芯片的级联，比较后输出，再经逻辑或门输出后显示.图3.13 2片74HC85芯片构成的比较电路 比较电路由两片74HC85芯片，1个逻辑或门，2个指示灯（数字密码锁锁闭指示灯（红灯），数字密码锁开锁指示灯（绿灯），1个单刀单掷开关，1个直流5V电源，1个1K电阻构成。74HC85芯片（U2）的输入引脚15、13、12、10接74HC374芯片输出引脚2、5、6、9。74HC85芯片（U3）的输入引脚15、13、12、10接74HC374芯片输出引脚12、15、16、19。两74HC85芯片级联，74HC85（U2）的输入引脚4、3、2分别接74HC85芯片（U3）的输出引脚5、6、7.，且74HC85芯片（U3）的输入引脚必须通过开关J13接高电平。最后，通过逻辑与门、指示灯显示比较结果。图3.14 数码管显示及指示灯电路，输入、改密、复位电路输入、改密、复位电路、数码管显示及指示灯电路由2个逻辑非门，9个逻辑异或门，10个单刀双掷开关、1个瞬时接通断开开关、1个状态指示灯、2个5V直流电源，11个1K电阻构成。开关J15J22代表密码数字（08），它们的闭合和断开代表密码的正确或错误，通过它们的闭合、断开达到开锁或锁闭数字锁及改密码的功能，显示电路则由逻辑异或门控制显示，开关J23控制电路，使数字密码锁保持锁闭或打开状态，开关J24则达到辅助复位的功能，J14开关为确认开关，控制74HC374芯片的工作的时钟脉冲输入及状态指示灯（蓝灯）的闪烁。图3.15 8位数字密码锁总电路图4、 电路功能实现原理要求：4.1 系统初始状态调试系统电源接通后，第一个数码管显示“A”,如图4.1.1所示，（若数码管显示“A”,且系统锁闭灯（黄灯）亮，则按两次系统复位键“A”，锁即可打开；）其余数码管均无显示，按下系统复位键“A”键后(即开关J11电阻R12、开关J12接电阻R11、开关J13A断开)，则此时数码管依次显示“AEDCBA987”；如图4.1.2所示。再次按下系统复位键“A”（此时开关J11接地、开关J12接逻辑与门U17A输出端、开关J13A闭合），此时数码管依次显示“A00000000”；如图4.1.3所示。两次按系统复位键“A”时，系统状态灯（蓝灯）常亮，数字密码锁锁闭指示灯（红灯）常亮，表明此时数字密码锁处于锁闭状态，系统已进入工作状态。图4.1.1图4.1.2图4.1.3图4.1 系统初始状态调试仿真图4.2 输入原始密码打开数字密码锁在9个数码管依次显示“A00000000”后，输入原始密码（“12345678”），按下确认键“0”键（即电路中开关J10瞬间闭合后断开），状态指示灯（蓝灯）闪烁一次，锁闭指示灯（红灯）状态不变，数码管依次显示“A12345678”；如图4.2.1所示。再次输入原始密码“12345678”，按下确认键后，状态灯（蓝灯）闪烁一次，数码管依次显示“A00000000”，开锁指示灯（绿灯）常亮，锁闭指示灯（红灯）熄灭，数字密码锁被打开。如图4.2.2所示。图4.2.1图4.2.2图4.2 输入原始密码打开数字密码锁仿真图4.3 保持开锁状态开锁后，数码管依次显示“A00000000”， 开锁指示灯（绿灯）常亮，锁闭指示灯（红灯）熄灭。当按下复位键“9”（电路中为开关“J9”闭合）后，数码管依次显示“000000000”（九个“0”）， 开锁指示灯（绿灯）、状态灯指示灯（蓝灯）两灯均保持常亮不变。如图4.3.1所示。此刻芯片“74LS90D”计数“1”，若此时输入任意密码（位数不限,数字必须为“18”）后，按下确认键“0”键，状态灯指示灯（蓝灯）闪烁一次，此时数码管将显示按下的数字，开锁指示灯（绿灯）依然常亮，表示锁依然处于开锁状态。例如：按下数字“1358”， 状态灯指示灯（蓝灯）闪烁一次，开锁指示灯（绿灯）依然常亮，数码管依次显示“010305008”。 如图4.3.2所示。图4.3.1 图4.3.2图4.3 保持开锁状态仿真图4.4 开锁状态解除方法：按下复位键“9”（电路中为开关J9闭合），并按下数码管上显示的非0数字后，数码管依次显示“A00000000”， 开锁指示灯（绿灯）熄灭，锁闭指示灯（红灯）常亮，表示此时数字锁处于锁闭状态，如图4.3.1所示按下确认键“0”键后，数码管显示不变（还是“A00000000”），开锁指示灯（绿灯）常亮，锁闭指示灯（红灯）熄灭，表示此时数字锁处于开锁状态。图4.3.2但注意：此时芯片“74LS90D”再次计数一个“1”（即每次按下复位键“9”后，计数器计数一次）。图4.3.1图4.3.2图4.3 开锁状态解除仿真图4.5 数字密码锁的密码更改在开锁状态下，数码管依次显示“A00000000”）， 开锁指示灯（绿灯）常亮，锁闭指示灯（红灯）熄灭，状态指示灯（蓝灯）常亮，如图4.5.1所示。此时，输入你想要改的密码（如:1357）,注意：密码的组合方式不止以上一种，只要是数字1,3,5,7的组合都可以。（例如：5731，1357,5137均为可以），输入密码后，锁指示灯（绿灯）常亮，锁闭指示灯（红灯）熄灭，状态指示灯（蓝灯）常亮，如图4.5.1所示，按下确认键“0”后，锁指示灯（绿灯）熄灭，锁闭指示灯（红灯）常亮，状态指示灯（蓝灯）常亮，表示密码已经更改成功，如图4.5.2所示。 在闭锁状态下，改密方式一样，只是先按下上一次的密码，使数码管依次显示“A00000000”）后，即可更改密码。图4.5.1图4.5.2图4.5数字密码锁的密码更改4.6 开锁及闭锁状态下，系统锁闭的条件及解除方法当计数器计数四次时：状态灯指示灯（蓝灯）常亮、开锁指示灯（绿灯）常亮【开锁状态下】或锁闭指示灯（红灯）常亮【闭锁状态下】、系统锁闭灯（黄灯）常亮、数码管依次显示“A00000000”，表明系统被锁定，此时输入任何数字“08”均无效。分别如图4.6.1及图4.6.2所示若按下系统复位键“A”并按下确认键“0”后，数码管显示无序数字或字母【若系统被锁定后未按任何数字08，则数码管依次显示“AEDCBA987”，如图4.6.3（a）所示。且锁闭指示灯（红灯）熄灭（开锁状态下）；闭锁状态下，数码管依次显示“AFFFFFFFF” 且锁闭指示灯（红灯）常亮，如图4.6.4（a）】， 状态灯指示灯（蓝灯）常亮，锁闭指示灯（红灯）闪烁一下（闭锁状态下不闪烁）。 【若系统被锁定后按下了数字08其中或全部（例如按下1、3、4、5），则数码管依次显示“AEFCBAFFF”, 锁闭指示灯（红灯）常亮，状态灯指示灯（蓝灯）常亮，如图4.6.3（b）所示，】系统锁闭灯（黄灯）熄灭，表明数字锁处于闭锁且复位初状态。若再次按下系统复位键“A”，并按下相应数字键（即保证数码管依次显示“A00000000”），再按确认键“0”键后，开锁指示灯（绿灯）常亮，状态灯指示灯（蓝灯）常亮，表示系统电路恢复正常，如图4.6.5所示。此时，系统回归原始状态，密码为原始密码“12345678”。注意：由于仿真时电路处于运行状态，不仿真时电路处于断电状态，且各芯片保存了逻辑状态，所以运用Multisim设计软件仿真结束后，请保证此时开关J11接地、开关J12接逻辑与门U17A输出端、开关J13A闭合，开关J1-J9全部闭合，并保证数字密码锁处于开锁状态（未出现开锁状态时，可以通过按系统复位键“A”使其处于开锁状态。）如图4.7所示。图4.6.1图4.6.2图4.6.3（a）图4.6.3（b）图4.6.4（a）图4.6.5图4.6 开锁、闭锁状态系下，系统锁闭的条件及解除方法数码管显示仿真图图4.75、 主要仪器与设备数字电路实验箱 或Multisim设计软件集成电路 74HC3741片，74HC852片，74LS90D1片，逻辑非门4个，逻辑与门3个，逻辑或门2个，逻辑异或门10个，显示器件 蓝灯1只 红灯1只 绿灯1只 黄灯1只 电 阻 1K12只，单刀双掷开关11个，单刀单掷开关1个，瞬时接通