基于AltiumDesigner电子密码.doc

课 程 名 称： Altium Designer教程 题 目： 基于Altium Designer电子密码 锁的设计 专 业 班 级： 学 生 姓 名： 学 生 学 号： 日 期： 指 导 教 师： 物电学院教务部印制目录摘要3Abstract3一、绪论41.1 Altium Designer 的介绍41.2 Altium Designer的功能41.3 课题设计原理分析51.4 课题研究的意义5二、设计方案简述62.1 方案的论证62.2 方案的原理6三、详细的设计方案73.1 原理图的绘制73.1.1 密码的设定和密码的输入部分73.1.2 执行电路83.1.3 NE555秒脉冲电路93.1.4 报警电路93.1.5 倒计时电路103.1.6 稳压电源电路103.2 PCB的绘制113.2.1电路板禁止布线区的设置123.2.2 手动调整12四、设计结果及分析134.1 电路的调试134.2 电路的仿真14五、 设计总结15参考文献16摘要随着社会的发展，人们越来越重视安全的问题，如学校，公司，企事业单位等，需要保密的文件越来越多，而传统的锁而又无法提供可靠有效的保证，而电子密码锁则正好满足了人们这一需要，即将成为未来的主流选择。设计本课题时构思的方案是采用74LS86四两输入的异或门和74LS04非门构成的数字逻辑电路控制方案。 初始密码（可以修改）设定后，当输入密码正确时按下开锁按钮，绿灯亮表示开门；当输入密码错误按下开锁按钮时，红灯亮表示报警状态，同时555电路产生脉冲进入10秒的倒计时并发出报警声。关键词：电子密码锁；74LS86四两输入异或门；74LS04非门；555电路AbstractWith the development of society, people pay more and more attention to safety issues, such as school, company, enterprise or business unit and so on, needs to be kept confidential increasing, and the traditional lock and unable to provide reliable and effective guarantee, and electronic combination lock is just meet people this need, will become the mainstream of the future choices.When this topic design conception plan is to use 74LS86 4 liang input vision or door and 74LS04 sr consisting of digital logic circuit control scheme.Initial password (can modify) Settings, when the input password when right press lock button, lights says open; When the input password mistake press lock button, the red light alarm status, and expressed 555 produce pulses into 10 seconds of the countdown and alarm sound.Keywords：electronic combination locks；74ls86 ；74ls04 ；555 chip一、绪论1.1 Altium Designer 的介绍 随着电子制造技术的飞速发展，各种电子器件不断推旧出新，电子器件日益大规模化、高密度化和小型化。电子产品对于速度、容量、体积和重量等技术指标的要求不断提高，传统的手工设计越来越难以适应市场发展的需求，因此，越来越多的设计人员使用一些快速、高效的CAD设计软件来进行辅助电路原理图PCB图的设计，打印各种报表，控制电路板的生产，电路设计在方法和手段上发生了革命性的变化。1.2 Altium Designer的功能（1） 新建PCB项目及原理图文件AltiumDesigner 6的设计是以项目为单位的，通常一个PCB设计项目中包含原理图文件和PCB文件。在进行原理图设计前，需要创建一PCB设计项目，然后再在新建的PCB项目中添加空白原理图文档，当打开新建的原理图文档时，系统会自动进入原理图编辑界面。(2) 设置原理图编辑界面的系统参数和工作环境为了适应不同用户的操作习惯，以及不同的项目的原理图格式需求，Altium Designer 允许用设置原理图编辑界面的的工作环境，例如设置网络的大小和类型以及鼠标指针类型等，其中大多数参数可以用系统默认值，但根据用户个人的习惯来适当调整环境设置，将会给设计者带来方便，显著提高设计效率。在对原理图编辑界面进行调整后，用户还需要对原理图的图纸尺寸进行设置，以满足图纸使用者的要求，图纸的格式、规格要根据实际情况进行选择，良好的图纸格式会使图纸管理工作变得更加轻松。尤其是在一个项目汇总包含多张原理图时候。(3) 布置元件并调整元件属性和布局这一步是原理图设计的关键，用户根据实际电路的需要，选择合适的电子元件，然后载入包含所需元件的集成元件库，从元件库中提取元件放置到原理图纸上，同时还需设定零件的标识、封装等属性。(4) 原理图布线原理图布线就是利用“Wiring”工具栏的连线工具将图纸上的独立元件用具有电气意义的导线、符号连接起来，构成一个完整的原理图。 (5) 检查、仿真、校对及线路调整当原理图绘制完成以后，用户还需要利用系统所提供的各种工具对项目进行编译，找出原理图中的错误，进行修改。如果需要，也可以在绘制好的电路图中添加信号进行软件模拟仿真，检验原理图的功能。(6) 输出报表，保存文件原理图校对结束后，用户可利用系统提供的各种报表生成服务模块创建各种报表，例如网络列表、元件列表等。为后续的PCB设计做准备。获得报表输出后，保存原理图文档或打印输出原理图，设计工作结束。1.3 课题设计原理分析 由异或门对原始密码和输入密码进行对比，再经过一些门电路的处理使其输出高低电平，通过一个NPN的三极管充当开关从而触发控制继电器的吸合，从而达到开锁动作即绿灯亮。若错误时输出信号经处理后送给555电路，再经555电路3脚输出输出给74LS192芯片的4脚的计数端，同时给报警电路信号，蜂鸣器随着倒计时的进行而发出声音，从而达到报警的效果。1.4 课题研究的意义通过这次Altium Designer期末考试以及报告的设计,了解简单电子密码锁的工作原理，初步掌握电子密码锁的调整及测试方法，提高思考能力和实践能力。同时通过本课题设计，巩固已学的理论知识，建立逻辑数字电路的理论和实践的结合，了解密码锁各单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、计算定时计数的各个单元电路。而且更加掌握的Altium Designer该软件的使用，对原理图的绘制和PCB的布局以及电路的仿真都有了进一步的理解。二、设计方案简述2.1 方案的论证 设计本课题时构思了两种方案：一种是用以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑控制方案；另一种是用以74LS86四两输入异或门、NE555、74LS04非门以及反相器构成的数字逻辑电路控制方案。由于方案一逻辑不够清晰，电路执行的效果不够明显；而方案二的逻辑简洁明了清晰。故采用方案二。2.2 方案的原理 原始设定的密码与输入的密码经74LS86异或门后，只有两个密码是相同的，即输入的密码和原始设定的密码是一致的。74LS86输出的是低电平，再经过反相器输出高电平。四个密码都输入正确后经74LS20与非门处理后输出低电平。再经反相器处理输出高电平，送到三极管的基极，使三极管9013导通，继电器吸合，绿灯亮从而达到开锁的目的。若密码输入错误，经过一系列的逻辑处理之后输出高电平使红灯亮同时高电平输出到555芯片输出高电平信号给74LS192，出发其开始计数，并使9013三极管导通使蜂鸣器发出报警声音。当10秒倒计时结束时，红灯灭，蜂鸣器不再发出响声，计时停止。三、详细的设计方案3.1 原理图的绘制3.1.1 密码的设定和密码的输入部分首先创建工程。文件新项目（FileNewProjectFPGA Project）。在工程栏中将会显示新建的工程名，然后可选在文件预览中选中改项目后单击鼠标右键后，在弹出菜单上选择：保存为。建议对新建的文件重新命名并保存（系统自动生成文件除外），以便于对项目文件进行管理和操作。在工程栏中选择：文件预览（File View），在工程中将会列出所有属于当前工程的文件。图3-1 工程及原理的创建添加原理图。选择：文件新原理图（FileNewSchematic），重命名并保存。左键点中原理图，键盘上PageUp，PageDown可调整视图大小。选择：设计文档选项标准样式（DesignDocument OptionsSheet Options）可调整图纸尺寸大小。原始设定的密码与输入的密码经74LS86异或门后，只有两个密码是相同的，即输入的密码和原始设定的密码是一致的。74LS86输出的是低电平，再经过反相器输出高电平。四个密码都输入正确后经74LS20与非门处理后输出低电平。再经反相器处理输出高电平，送到三极管的基极，使三极管9013导通，继电器吸合，绿灯亮从而达到开锁的目的。图3-2 密码设定和密码的输入电路 由四位拨码开关组成密码的设定的部分和密码的输入部分，这样就有16钟密码可供设定，可根据实践的情况再添加多余的开关作为虚设的开关，从而降低被人猜中的的可能性。 同样由四位的拨码开关组成的密码的输入部分，只有当输入的密码与原始设定的密码相同时，才可以达到开锁的效果。3.1.2 执行电路 当密码输入正确时，74LS20输出高电平，送到9013的基极，使三极管导通，使继电器内部的电磁铁吸合从而到达开关的作用，使绿灯亮，表示处于开锁状态。图3-3 执行电路3.1.3 NE555秒脉冲电路若密码输入错误，经过一系列的逻辑处理之后输出高电平使红灯亮同时高电平输出到555芯片输出高电平信号给74LS192，出发其开始计数，并使9013三极管导通使蜂鸣器发出报警声音。当10秒倒计时结束时，红灯灭，蜂鸣器不再发出响声，计时停止。图3-4 NE555秒脉冲电路其产生脉冲的时间是根据555芯片的外围电路所加的电阻和电容的值的大小来决定的。其计算的公式为：T=(R1+2R2)CIn23.1.4 报警电路当密码输入错误之后，会输出高电平，经过处理之后输出高电平给555芯片，555芯片的三脚同时输出高电平，使9013三极管导通，蜂鸣器随着倒计时的进行而发出响声。图3-5 报警电路3.1.5 倒计时电路74LS192是一个十进制同步的加/减计数器（双时钟）。在这一部分使用的是两个74LS192芯片级联实现的百进制的减计数。同时实现了倒计时时间的调整即预置数。由于使用的74LS192的剑法计数，所以是两个芯片的5脚即CPu端都接高电平使其不工作。再一个芯片的4脚（减计数始终输入端；上升沿有效）接到另一个的13脚（错位输出端；低电平有效）实现借位。 74LS48是译码器，驱动共阴的数码管。将芯片的3、4、5脚同时接到高电平上，让其不工作。因为3脚是灯测试端LT，当LT，=0时，可使被驱动的数码管的七段同时点亮。平时正常工作室应置为高电平。4脚是灭灯输入/灭零输出BI，/RBO，；5脚是灭灯输入RBI，,正常工作时都应该是高电平。图3-6 倒计时电路3.1.6 稳压电源电路 首先是将交流电经全桥（稳压的二极管）整流后整成直流电，再经过电容对刚产生的电流进行滤波，需要不同的容值的电容对高频、低频的波形进行过滤，使其能够产生稳定的电压。图3-7 稳压电源3.2 PCB的绘制PCB的绘制就以电源部分为例。首先创建PCB。选择：文件新PCB （FileNewPCB），重命名并保存。左键点中原理图，键盘上PageUp，PageDown可调整视图大小。选择：设计文档选项标准样式（DesignDocument OptionsSheet Options）可调整图纸尺寸大小。图3-8 PCB创建3.2.1电路板禁止布线区的设置（1）设定当前的工作层面为“Keep-Out Layer”。（2）执行菜单命令【Place】/【Line】（3）适当位置单击，确定起点。然后拖动至某一点，再单击确定终点。图3-9 电路板禁止布线区3.2.2 手动调整图3-11 手动调整四、设计结果及分析4.1 电路的调试当电路接上电源之后发现倒计时部分的数码管不显示。但开关按下之后绿灯绿灯亮，这就表示密码的设定和输入部分是好的，只是数码管不显示。然后用万用表测了一下发现倒计时部分没有接地，接上去就好了。由于粗心造成的在数码管显示之后又发现他显示的是乱码，根本不是预置数的那样，怀疑是555产生脉冲的那部分有问题，结果发现多谢震荡器的2脚和6脚没有接到一起去。调整之后计时开始正常的跳动。但随之而来的优势另一个问题，倒计时部分每次减少的是2秒而不是一秒，说明555芯片3脚输出的信号不够稳定，起初想用212防抖芯片去抖，可发现没有这个芯片了，而且这个芯片业比较贵。就采用了电容来虑掉它看能不能稳定点，结果还是不行。最后，我将3脚出来的信号经过两个反相器之后子再接出去，结果发现倒计时正常的工作，和理论上的一样。4.2 电路的仿真图4-1 总图五、 设计总结本次的CAD课程设计使我对Altium Designer有了一定的认识和了解。学会了一些基本的操作。Altium Designer除了全面继承包括Protel 99SE，Protel DXP在内的先前的一系列版本功能和优点以外，还增加了许多改进和很多高端功能。该平台拓宽了板级设计的传统界限，全面集成了FPGA设计功能和SOPC设计实现功能，从而允许工程师能将系统设计中的FPGA与PCB设计以及嵌入式设计集成在一起。在当前的信息高度发展的时代，Altium Designer对于我们专业的学生来说它是非常实用的也是必不可少的工具。本次课程设计使我学到了关于Altium Designer软件的安装、电子线路原理图的设计、电路原理图元件库文件的设计、电子线路PCB电路板设计、PCB元件封装库设计。这些内容对于我们今后的所用是远远不够的，为此，在以后的时间里要进一步的去学习和思考，对Altium Designer