防盗门密码锁~课程设计.doc

课程设计说明书 第 I页 防盗门密码锁设计 摘 要 随着社会物质财富的日益增长 安全防盗已成为全社会问题 人们对锁的要求越 来越高 既要安全可靠地防盗 又要使用方便 弹子锁由于结构上的局限已难以满足 当前社会管理和防盗要求 特别是在人员经常变动的公共场所 如办公室 宾馆等地 方 电子密码锁由于其自身的优势 在维护国家与人民的财产方面有重要的价值 也 同样用于防盗门 其用途越来越受到人们的青睐 本课题是利用两块十进制计数器 CD4017 单向晶闸管 N555 喇叭 在电路中设 置了报警延时电路 在既定的时间内必须给出正确的密码 否则电路就自动的发出具 有震慑的话语 如果密码错误一样会提前报警 起到了保护防盗的作用 关键词 关键词 防盗 密码锁 CD4017 单向晶闸管 N555 喇叭 课程设计说明书 第 II页 目 录 1 绪论 1 1 1 课题描述 1 2 基本工作原理及框图 1 3 相关元器件及其电路应用 2 3 1 晶闸管 2 3 1 1 晶闸管的结构及功能特性 2 3 1 2 晶闸管的伏安特性 3 3 2 N555 集成电路 4 3 2 1N555 的功能特性 4 555 定时器的功能表 5 3 2 2N555 的主要性能参数 5 3 2 3N555 各引脚介绍 5 3 3CD4017 计数器 7 3 3 1 CD4017 的引脚 7 3 3 2CD4017 的功能特性 9 总 结 11 致 谢 12 参考文献 13 课程设计说明书 第1页 1 绪论 1 1 课题描述 随着电子技术 特别是随大规模集成电路技术的飞速发展 人类生活发生了根本 性的改变 目前在各学科交叉中 电子科学以其工具性 辅助性与别的学科的交叉应 用最为广泛了 如今人民群众都渐渐的踏上了富裕之路了 财产安全问题也显得愈来 愈重要了 普通的机械锁具根本阻挡不住罪恶的脚步 而且其使用也不便于某些场合 了 在这种情况下 以电子技术为基础的电子锁应运而生了 电子锁具有安全性能高 信息隐蔽等点 本课题所设计的防盗门电子锁就是利用集成的电路来达到锁的功能 2 基本工作原理及框图 防盗门密码锁电路是由两块十进制计数器 CD4017 组成密码控制电路 由单向晶 闸管及报警专用语言号筒式喇叭等组成开锁延时报警电路 开门时 应先闭合开关 S1 接通电源 此时报警延时电路得电 开始延时计时 与此同时 IC1 也得电复位 按动开关 S2 每按动一次相当于给 IC1 输入一个计数脉冲 其输出端 Q0 Q9 就会依次出现高电平 在按动开关 S2 三次时 Q3 输出端为高电平 于是 IC2 得电且复位清零 IC2 的 Q0 输出端为高电平 再按动 S2 两次时 IC2 的 Q2 端为高电平 该高电平使 VT1 导通 继电器 K1 得电工作 其触点 K1 1 闭合 电 控锁得电打开 此时 关断 S1 切断电源完成一次开锁过程 图 1 1 基本工作原理框图 课程设计说明书 第2页 3 相关元器件及其电路应用 3 1 晶闸管 晶闸管是一种可控的开关器件 将成可控硅 其类别有单向晶闸管 双向晶闸管 逆向晶闸管 可关断晶闸管 快速晶闸管 光控光控晶闸管等多个类型 但我们通常 未加说明情况下所说的晶闸管就是指单向晶闸管 其应用最为广泛 晶闸管是一种大功率的半导体器件 其体积小 重量轻 容量大 效率好 使用 维护简单 控制灵敏等优点 同时 它的功率放大倍数很高 可以用微小的信号对大 功率进行控制和变换 在脉冲数字电路中可作为功率开关使用 值得一提的是 晶闸 管的过载能力和抗干扰能力较差 控制电路比较复杂 3 1 1 晶闸管的结构及功能特性 晶闸管的外观 课程设计说明书 第3页 晶闸管的内部结构 电路符号 它有三个电极 阳极 T2 阴极 T1 和控制极 G 控制极又称门极或栅 极 从图上我们可以看出他是一种 PNPN 四层半导体器件 有三个 PN 结 如果晶闸 管导通那么即使是撤出加在控制极的信号 他还是一样的导通的 如果需要他断路就 施加一个反向电压强行关断 晶闸管广泛的用于可控整流 交流调压 逆变器和开关电源电路中 3 1 2 晶闸管的伏安特性 晶闸管的伏安特性图 图上清楚的表示了阳极和阴极的电压和它的阳极电流之间的关系 图上从 O 到 A 的电流很小就是在未加控制极信号时候的不导通状态 此时的管子是一种很大的阻 值的 从 B 到 C 的线很陡是因为在正向电压增大到某个值时 管子本身的压降 1V 是 不会变的 这样就有了以前 OA 小电流就突然陡直成 BC 段了 但一旦有了控制极的信 课程设计说明书 第4页 号后 电流会迅速减小 3 1 3 晶闸管导通工作特性 BC 段曲线说明晶闸管的导通工作特性 管子导通后内阻很小 管压降很低的 这 样外加电压全部加在了外电路的负载上了 而且负载电流很大 如果阳极电压减小导 致电流减小 这就是向正想阻断状态转化 3 1 4 晶闸管反向阻断特性 从图上可以清楚的知道 OE 段是负电流状态 即给晶闸管的阳极和阴极之间加了 反向电压 这个反向电压不能太大了 大的太多了会烧坏晶闸管的 使其丧失工作能 力 3 2 N555 集成电路 N555 是美国 Signetics 公司 1972 年研制的用于取代机械式定时器的中规模集 成电路 因输入端设计有三个 5k 的电阻而得名 555 定时器成本低 性能可靠 只需要外接几个电阻 电容 就可以实现多谐振荡器 本课题就是利用此电路 单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路 它内部包括两个电压比较器 三个等值串联电阻 一个 RS 触发器 一个放电管 T 及功率输出级 它提供两个基准电压 VCC 3 和 2VCC 3 555 集成定时器的电路结构图 3 2 1N555 的功能特性 课程设计说明书 第5页 三个阻值均为 5K 欧德电阻串联起来构成分压器 给比较器 C1 和 C2 提供了参考电 压 如果在电压的控制端 CO 另加控制电压则可以改变 C1 C2 的参考电压 两个比较 器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态 在电源与地之间加上电压 当 5 脚悬空时 则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC 3 C2 的反相输 入端的电压为 VCC 3 若触发输入端 TR 的电压小于 VCC 3 则比较器 C2 的输出为 0 可使 RS 触发器置 1 使输出端 OUT 1 如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC 3 同时 TR 端的电压大于 VCC 3 则 C1 的输出为 0 C2 的输出为 1 可将 RS 触发器置 0 使输出为 0 电平 555 定时器的功能表 3 2 2N555 的主要性能参数 N555 的主要性能参数如下 供应电压 4 5 18V 供应电 3 6 mA 输出电 225mA max 上升 下 时间 100 ns 3 2 3N555 各引脚介绍 N555 引脚介绍如下 1 引脚 接地 地线 或共同接地 通常被连接到电路共同接地 2 引脚 触发点 这个脚位是触发 NE555 使其启动它的时间周期 触发信号 上缘电压须大于 2 3 VCC 下缘须低于 1 3 VCC 3 引脚 输出 当时间周期开始 555 的输出输出脚位 移至比电源电压少 课程设计说明书 第6页 1 7 伏的高电位 周期的结束输出回到 O 伏左右的低电位 于高电位时的最大 输出电流大约 200 mA 4 引脚 重置 一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到 一个低电位 它通常被接到正电源或忽略不用 5 引脚 控制 这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压 当计时器经 营在稳定或振荡的运作方式下 这输入能用来改变或调整输出频率 6 引脚 重置锁定 Pin 6 重置锁定并使输出呈低态 当这个接脚的电压从 1 3 VCC 电压以下移至 2 3 VCC 以上时启动这个动作 7 引脚 放电 这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力 当输出 为 ON 时为 LOW 对地为低阻抗 当输出为 OFF 时为 HIGH 对地为高阻抗 8 引脚 V 这是 555 个计时器 IC 的正电源电压端 供应电压的范围是 4 5 伏特 最小值 至 16 伏特 最大值 3 2 4 多谐振荡电路工作原理 接通电源后 VCC 经 R1 R2 给电容 C 充电 由于电容上电压不能突变 电源刚接 通时 C 下降 当 C 上升到大于 Vcc 3 时 RD 1 SD 1 基本 RS 触发器状况不变 即输出端 Q 仍为高电平 当 VC 上升到略大于 2VCC 3 时 Rn 0 SD 1 基本 RS 触发 器置 0 输出端 Q 为低电平 这时 Q 1 使内部放电管饱合导通 于是电容 C 经 R2 和 内部放电管放电 c 按指数规律减小 由 N555 构成的多谐振荡电路 当 C 下降略小于 Vcc 3 时 内部比较器 A1 输出高电平 A2 输出低电平 基本 RS 触发器置 1 输出高电平 这时 Q 0 内部放电管截止 于是 C 结束放电并重新开 课程设计说明书 第7页 始充电 如此循环不止 输出端就得到一系列矩形脉冲 3 2 5 N555 的应用 1 构成施密特触发器 用于 TTL 系统的接口 整形电路或脉冲鉴幅等 2 构成多谐振荡器 组成信号产生电路 3 构成单稳态触发器 用于定时延时整形及一些定时开关中 555 应用电路采用这 3 种方式中的 1 种或多种组合起来可以组成各种实用的电 子电路 如定时器 分频器 脉冲信号发生器 元件参数和电路检测电路 玩具游 戏机电路 音响告警电路 电源交换电路 频率变换电路 自动控制电路等 3 3 CD4017 计数器 CD4017 是具有 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 数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 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 3 3 1 CD4017 的引脚 课程设计说明书 第8页 CD4017 的引脚图 CD4017 的引脚可分为 频率输入脚 数据输出脚 控制脚 进位脚 14 引脚 CP 为频率输入引脚 3 2 4 7 10 1 5 6 9 11 引脚 Q0 Q9 为解码后的时进制输出脚 被 计数到的值 其输出为高电平 其余为低电平电位 12 引脚 CO 当有两个以上片子级联的时候 当 4017 计数 10 个脉冲之后 在 CO 脚 就会输出一个脉冲波 送向高位表示进位 15 引脚 CR 是清零复位脚 当向该脚输入个高电平脉冲的时候 4017 就会自动的 清零复位使 Q0 为 1 而 Q1 Q9 都为 0 13 引脚 INH 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 课程设计说明书 第9页 CD4017的真值表 3 3 2 CD4017 的功能特性 开门时 应先闭合开关 S1 接通电源 此时报警延时电路得电 开始延时计时 与此同时 IC1 也得电复位 按动开关 S2 每按动一次相当于给 IC1 输入一个计数脉冲 其输出端 Q0 Q9 就会依次出现高电平 在按动开关 S2 三次时 Q3 输出端为高电平 于是 IC2 得电且复位清零 IC2 的 Q0 输出端为高电平 再按动 S2 两次时 IC2 的 Q2 端为高电平 该高电平使 VT1 导通 继电器 K1 得电工作 其触点 K1 1 闭合 电 控锁得电打开 此时 关断 S1 切断电源完成一次开锁过程 延时报警电路的工作过程 当 S1 闭合式 延时报警电路开始工作 此时 电源通 过 R1 RP1 向 C1 充电 当充电电压达到了 VD3 的击穿电压时 VD3 就会导通并触发 晶闸管 VS1 导通 又 N555 和扬声器构成的报警语音电路开始工作发出警报声音 同 时 继电器 k2 也得电工作 其常闭触点 K2 1 断开 切断密码控制的电路 IC1 IC2 的 电源 将导致无法开锁 课程设计说明书 第10页 CD4017B 的逻辑结构图 课程设计说明书 第11页 总总 结结 经过近多日的努力 终于将本次课程设计做完了 但由于水平有限 文中肯定有 很多不恰当的地方 请老师指出其中的错误和不当之处 使我能做出改正 我会虚心 接受 在本次课程设计过程中 我增强了自己的实践能力和分析能力 通过跟老师和 同学的交流 也通过自己的努力 我按时完成了这次课程设计 在此过程中 我学会 了很多 也看到了很多自己的不足之处 在以后的学习生活中 我会努力学习专业知 识 完善自我 为将来的发展做好充分的准备 总之 在这次课程设计中 我受益匪浅 学到了很多书本上所没有的东西 懂得 了理论和实际联系的重要性 在以后的学习中 我不仅要把理论知识掌握牢固 更要 提高自己的动手能力和分析能力 课程设计说明书 第12页 致致 谢谢 通过一周的努力 终于将我课程设计完成了 在完成课程设计的这一周中 李如 昌老师给予了我很大的帮助 他不仅是指导我完成了设计 还教会了我做设计的一般 步骤 设计思想和设计方法 当我对此课程设计无从下手的时候 李老师专心地为我 讲解 为我解决了很多实际存在的困难和问题 他年岁已告却不辞辛劳的上六楼为我 们解疑答惑 讲解原理 使我对此次的课程设计能圆满完成增添了很多信心 真正的 从心理和解决实际问题上为我树立了很好