电子技术综合实验 电子密码锁.doc

课程设计(综合实验)报告( 2014- 2015年度第二学期)名 称： 电子技术综合实验 题 目： 电子密码锁 院 系： 能源动力与机械工程学院班 级： 12344556 学 号： 121213123 学生姓名： ASD 指导教师： 赵东 设计周数： 一 周 成 绩： 日期：2016年 7月1日目 录任务书1一、 综合实验的目的与要求31. 综合实验的目的与要求32. 综合实验的要求33. 电子密码锁的设计要求3二、设计框图及电路系统概述（举例）41. 设计思路42. 系统框图4三、 各单元电路的设计方案及原理说明、参数计算51. 按键输入和按键信号识别52. 数据存储电路63. 密码比较电路84. 十秒计时与报警电路95. 二十秒计时电路106.开关锁电路117.自锁电路12四、 调试过程及结果分析13五、 设计、安装及调试中的体会15参考文献16附录16电子技术综合实验任务书一、目的与要求1. 目的1.1 综合实验是教学中必不可少的重要环节，通过课程设计巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能，提高综合运用知识的能力，逐步增强实际工程训练。1.2 注重培养学生正确的设计思想，掌握课程设计的主要内容、步骤和方法。1.3 培养学生获取信息和综合处理信息的能力、文字和语言表达能力以及协作工作能力。1.4 提高学生运用所学的理论知识和技能解决实际问题的能力及其基本工程素质。2. 要求2.1 能够根据设计任务和指标要求，综合运用电子技术课程中所学到的理论知识与实践技能独立完成一个设计课题。2.2 根据课题需要选择参考书籍，查阅手册、图表等有关文献资料。要求通过独立思考、深入钻研课程设计中所遇到的问题，培养自己分析、解决问题的能力。2.3 进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，掌握合理选用的原则。2.4 学会电子电路的安装与调试技能，掌握常用仪器设备的正确使用方法。利用“观察、判断、实验、再判断”的基本方法，解决实验中出现的问题。2.5 学会撰写课程设计总结报告。2.6 通过课程设计，逐步形成严肃认真、一丝不苟、实事求是的工作作风和科学态度，培养学生树立一定的生产观点、经济观点和全局观点。要求学生在设计过程中，坚持勤俭节约的原则，从现有条件出发，力争少损坏元件。2.7 在课程设计过程中，要做到爱护公物、遵守纪律、团结协作、注意安全。二、 主要内容共有7个既有学习价值又有一定的实用性和趣味性的设计课题，学生根据自身情况自由选择其中之一。1. 移位寄存器型彩灯控制器2. 智力竞赛抢答器3. 电子拔河游戏机4. 交通信号灯控制器5. 电子秒表6. 电子密码锁7. 数字电子钟三、 进度计划序号设计(实验)内容完成时间备注1设计内容讲解、学习资料查找方法半天2发放材料、清点材料、熟悉各种元器件半天3查找资料、设计电路、绘制总体电路草图1天4电路组装并调试或在Multisim上绘制电路图、仿真并调试2天5验收、撰写实验报告1天四、 设计（实验）成果要求1. 学生根据所选课题的任务、要求和条件进行总体方案的设计，通过论证与选择，确定总体方案；然后对方案中单元电路进行选择和设计计算；最后画出总体电路图。2. 在Multisim软件平台上学生可直接设计、仿真和实现，直至达到设计要求。3. 设计经指导教师审查通过后，学生即可向实验室领取所需元器件等材料，在面包板上组装、调试电路，使之达到设计指标要求。五、 考核方式综合以下指标评定课程设计总成绩：优、良、中、及格和不及格。1. 设计方案的正确性与合理性；2. 实验动手能力(安装工艺水平、调试中分析解决问题的能力以及创新精神等)；3. 总结报告；4. 答辩情况(课题的论述和回答问题的情况)；5. 设计过程中的学习态度、工作作风和科学精神。 学生姓名： 指导教师： 2016年 07 月 日1 课程 课程设计（综合实验）报告1、 综合实验的目的与要求1. 综合实验的目的与要求1.1 实验设计是教学中必不可少的重要环节，通过课程设计巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能，提高综合运用知识的能力，逐步增强实际工程训练。1.2 注重培养学生正确的设计思想，掌握课程设计的主要内容、步骤和方法。1.3 培养学生获取信息和综合处理信息的能力、文字和语言表达能力以及协作工作能力。1.4 提高学生运用所学的理论知识和技能解决实际问题的能力及其基本工程素质。2. 综合实验的要求2.1 能够根据设计任务和指标要求，综合运用电子技术课程中所学到的理论知识与实践技能独立完成一个设计课题。2.2 根据课题需要选择参考书籍，查阅手册、图表等有关文献资料。要求通过独立思考、深入钻研课程设计中所遇到的问题，培养自己分析、解决问题的能力。2.3 进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，掌握合理选用的原则。2.4 学会电子电路的安装与调试技能，利用“观察、判断、实验、再判断”的基本方法，解决实验中出现的问题。2.5 学会撰写课程设计总结报告。2.6 通过课程设计，逐步形成严肃认真、一丝不苟、实事求是的工作作风和科学态度，培养学生树立一定的生产观点、经济观点和全局观点。2.7 在课程设计过程中，要做到爱护公物、遵守纪律、团结协作、注意安全。3. 电子密码锁的设计要求3.1 能够根据设计任务和指标要求，综合运用电子技术课程中所学到的理论知识与实践技能独立完成一个设计课题。3.2在锁的控制电路中储存一个可修改的3位十进制代码作为密码，当输入代码和锁的密码相等时，进入开锁状态使锁打开。3.3 从第一个按钮触动之后的20秒内若未将锁打开，则电路进入自锁状态，使之无法再打开，并由扬声器发出持续10秒的报警信号。19二、系统设计概述及设计框图2.1系统设计概述（1）该题的主要任务是产生一个开锁信号，而开锁信号的形成条件是输入代码和已设置的密码相同。实现这种功能的电路构思有多种。比如：用2片8位数据锁存器或2片4位寄存器，一片存入开锁的代码，另一片存入密码，通过比较的方法判断，若二者相等，则形成开锁信号。（2）在产生开锁信号后，要求输出声、光信号。其中音响的产生可以由开锁信号去触发一个音响电路。其中的光信号可以用开锁信号点亮LED指示灯。（3）用按钮开关的第一个动作信号触发一个5S的定时器，若在5S内未将锁打开，则电路进入自锁状态，使之无法再打开，并由扬声器发出持续10秒的报警信号。2.2 系统框图系统应包括输入开关电路、输入锁存电路、密码修改电路、密码存储电路、比较电路、定时电路、显示电路、音响电路等。通过所输入的密码与实际密码的比较，进行开锁、亮灯或报警等相关操作。总体设计原理方框图如下所示：图1 电子密码锁系统框图3、 各单元电路的设计方案及原理说明、参数计算3.1按键输入和按键信号识别图2左边的是按键，按键S1，S9，S0，分别对应数字1-9.0.按键的一边接了高电平，一边接到74LS147的输入端。当有按键被按下去的时候，74LS147按键输入端就会为低电平，把输入信息化为二进制码。四个与门检测键盘按键输入。当键盘有按键输入时，和与门输入端输出为0，不按按键时，与门输出高电平。芯片是反码输出，在输出端接上非门。控制按键输入信号，当开关S1拨到下方时，进入密码输入阶段，没当按键有按键输入时，与门就会向74LS194芯片输入一个脉冲信号，使该芯片启动进行位移操作。一开始时QA输出端是为0，在输入密码期间一旦有按键输入该芯片就会启动，QA输出端输出1。74LS147真值表见附录4图2 按键信号识别电路图当开关S1拨到下方时，进入密码输入阶段，没当按键有按键输入时，按键识别与门的电平就会发生变化，与门向74LS194芯片输入一个脉冲信号，该芯片进行位移操作。一开始时QA输出端为0，在输入密码期间有按键输入该芯片就会启动，QA输出1，然后无论再怎么按按键，QA输出端就一直是为高电平，该高电平就会输出到控制计时电路的时钟脉冲控制与门使计时电路工作，实现倒计时功能。图3 按键输入控制电路3.2.数据储存电路数据的存储用到的芯片是74LS194 ，控制数据的存储功能的芯片也是74LS194，它的主要功能是选片存储。74LS194为四位双向移存器。 74LS194 移位寄存器中的数据可以在移位脉冲作用下一次逐位右移或左移，数据既可以并行输入、并行输出，也可以串行输入、串行输出。表1 74LS194功能表CLRS1S0CLK功能0XXX异步清零100保持101右移110左移111并入图4 存储电路简化图此图为存储电路的一块芯片，共有6块74LS194用来存储。S2是控制电路的设置密码和输入密码功能的。74LS138是数据选择器，作为 选片储存功能。电路没有自锁时74LS138的G1端输入为1，实现数据选择功能。当X2拨到上方时，74LS138的输入端C端就会置1，这时候实现密码设置功能，此时74LS138的输出端只在Y4到Y7之间工作。74LS138的一个输出端控制一个寄存器的读写功能。两个双D触发器组成一个二进制加法器。每当键盘有按键输入时触发器的时钟脉冲端就会来一个脉冲使触发器工作一下，加法器加1.加法器的输出端接到74LS138的输入端。当按键输入时，加法器每变化一次，74LS138的输出端选择上就变化一次，以选择不同的寄存器来读写数据。74LS138真值表见附录4 图5 片选功能的电路3.3.密码比较电路密码比较电路主要是用了74LS85作为比较器，74LS85的AEQB置高电平，使该芯片能正常比较输入的两数据。分别作为输入密码寄存器和预设密码寄存器的输出端接上74LS85的输出端一比较密码相同位的数据是否相等，当两者相同时，74LS85的OAEQB输出1，否则输出0，如此类推，用三个74LS85芯片来比较密码。用OAEQB接四输入与门，用来比较三个密码是否都相等。当密码有一位不相等时，74LS85的输出端就会有输出0，四输入与门就会输出0。与门输出与开锁、关锁电路相连。开关锁电路就会识别信号决定是否开锁。图6 密码比较电路74LS85真值表见附录4表2 3.4.十秒定时与报警电路十秒计时电路主要采用了计数器74LS161，对 10s 定时电路来说，当输出为 10 时，QD、QC、QB、Q A为 1010，欲使计数器停止，则需将时钟脉冲置为无效，因此可将 QD 和Q B 的高电平信号接出经过一个与非门再和时钟脉冲与非，则当输出为 10 时，芯片的时 钟脉冲输入端始终为高电平，不再有脉冲，计数器停止工作。图7 十秒定时与报警电路表5 74LS161真值表3.5.二十秒定时电路二十秒定时电路用两片74LS160.电路图如下。时钟信号由方波脉冲提供，74LS160芯片为加法器，启动后开始计数，U5的RCO端通过一个非门接U4的CLK端，实现进位。计时二十秒，U4的QB输出高电平时为20秒，此时通过非门同方波脉冲一起接与门，使装置停止计数。图8 二十秒定时电路表4 74LS160真值表743.6.开关锁电路比较器74LS85的OAEQB端接入四输入与门，当比较正确时，输出高电平，四个都正确时，四输入与门输出高电平，此时LED2灯亮。当由一个密码不正确时，与门输出为0时LED1灯亮，当与门输出为1时，LED1、LED2分别为红灯绿灯，分别代表关锁开锁。图9 开关锁电路3.7.自锁电路电路的开始工作首先要有两个条件满足才行，一个是74LS160定时器旁的二进制计数器的输出端QB输出1，即是已经计时到二十秒；第二密码锁还是为锁住状态，即亮红灯。该两个信号用一个与门来判断，和QB端的连接的输入端接一个非门。当这两者条件都满足时就会向自锁电路发出一个信号1。判断电路图10 自锁判断电路判断后，与门的信号就会输入到74LS194芯片上，该信号时由0变1提供一个脉冲信号。74LS194芯片的SL、SR、S0、CLR端接上高电平。当与门由0变1，输出端QA就会由0变174LS138的G1端就会置0，此时74LS138输出端全为1，输出信号通过非门后全为0,作为存储数据芯片的74LS194寄存器的S0和S1端都为0，寄存器的数据就会被锁住，无论寄存器的输入端为多少输出端都不会变化。电路实现自锁功能。74LS138真值表见附录4图11 自锁电路4、 调试过程及分析结果仿真时候，首先设置好预设密码，把开关S11拨到预设密码功能，用按键开关输入3位十进制密码。输入时，数码管显示相应的密码345。然后，把S1开关拨下，打开输入密码功能。用按键开关输入相应的3位十进制密码。情况一：（1） 在输入端输入密码345（2） 绿灯亮，红灯灭，各计时器停止计时。 如图12所示。图12 情况一结果情况二：（1）输入密码123（2）绿灯灭红灯亮，与此同时，20秒计时器不停止计时直至20秒，至20秒时，密码锁处于自锁状态，无法被打开，并由扬声器发出持续10秒的报警信号。如图13所示。图13 情况二结果情况三：（1） 在二十秒内没有输入完密码（2） 绿灯灭红灯亮，密码锁自锁，由扬声器发出持续十秒的警报信号，如图14所示图14 情况三结果5、 设计、安装及调试中的体会本次电子综合实验设计电子密码锁电路图，由于自身的知识水平仍远远不足，导致设计时各种问题发生，通过自行摸索、请教老师、同学等方式最终一一解决，例如在设计按键时，因为选错了按键，导致按键不能按下，查阅资料后选取正确的按键解决了这个问题。这样那样的小问题很多，但是都解决了。而在这个发现问题解决问题的过程中，也加深了对数电以及相关知识的学习和理解。像这个电子密码锁一样，要设计一个密码锁，先要把密码锁的各个功能分开，分别用不同电路来解决它。由于密码锁每个模块都只是解决一个小问题，所以要实现密码锁这整个功能时就要把各个模块充分调用起来，让它们有机结合，共同完成密码锁这个大功能。像按键识别模块那样，一有按键被按下去它就识别信号，如果是在密码输入阶段的话，它就会向计时电路发送信号使计时电路工作。而自锁