数字式电子锁的设计与制作

1、数字电子技术基础课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师： 工作单位： 题目： 数字式电子锁的设计与实现 初始条件: 图1数字式电子锁原理框图 本设计既可以使用集成电路和必要的元器件等， 也可以使用单片机系统构建数字密码电子锁。自行 设计所需工作电源。电路组成原理框图如图1数 字密码锁的实际锁体一般由电磁线圈、锁栓、弹簧 和锁柜构成。当线圈有电流时，产生磁力，吸动锁 栓，即可开锁。反之则不开锁。 要求完成的主要任务 （包括课程设计工作量及技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1、课程设计工作量：1周。 2、技术要求： 1）课程设计中，锁体用LED代替（如“绿灯亮”表示开锁，“红灯亮”表

2、示闭锁）。 2）其密码为4位二进制代码，密码可以通过密码设定电路自行设定。 3）开锁指令为串行输入码，当开锁密码与存储密码一致时，锁被打开。当 开锁密码与存储密码不一致时，可重复进行，若连续三次未将锁打开，电路 则报警并实现自锁。（报警动作为响1分钟，停10秒） 4）选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数与元件 选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。安装调试设计电路。 3、查阅至少5篇参考文献。按武汉理工大学课程设计工作规范要求撰 写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。 时间安排： 1、 年月一日，布置课设具体实施计划与课程设计报告格式的要 求说明。 2、年

3、月日至年月日，方案选择和电路设计。 3、 年月日至年月日，电路调试和设计说明书撰写。 4、 年月日，上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。 指导教师签名：年 月 日 系主任（或责任教师）签名：年 月 日 数字式电子锁的设计与实现 摘要 本数字式电子锁设计由 74 芯片构成，由密码输入部分、密码设定部分、开 锁部分和报警部分组成。 本设计电路简单， 并能实现要求中的所有功能。 在实际 生活中也有运用。 关键词： 数字式电子锁 74 芯片 目录 1 绪论 数字式密码锁简介 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，

4、有简易的电路产品， 也有基于芯片的性价比较高的产品。 现在有的电子密码锁是以芯片为核心， 通过 连接电路来实现的，也有的是以单片机为核心以编程来实现的。不管是哪一种， 其性能和安全性已大大超过了机械锁。其特点如下： 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，用户可以随时更改密码，防止密码被盗，同时也可以避免因 人员的更替而使锁的密级下降。 3) 误码输入保护，当输入密码多次错误时，报警系统自动启动。 4) 无活动零件，不会磨损，寿命长。 5) 使用灵活性好，不像机械锁必须佩带钥匙才能开锁。 6) 电子密码锁操作简单易行，一学即会。 2 方案设计 方案一

5、：由两片 74HC151 八选一数据选择器连接成十六选一数据选择器， 数据选择器的通道信号由人工预置， 数据选择器的输入端接寄存器的 4 个输出端， 从而由数据选择器的输出端判断是否输入的密码和预置的密码相同。 方案二：用74IS85数据比较器。数据比较器的 A到A连接寄存器的4个输 出，Bo到B3由人工预置。根据Ao到A和Bo到B3的数值比较输出端来判断输入 的密码和预置的密码是否相同。 方案一用到了两块74HC151芯片，跟方案二相比较，用的芯片较多，方案二 较为简洁，故选择方案二 3芯片介绍 74IS194 194为4位双向移位寄存器，其逻辑图如下: OUTRUITS *ct Ql W

6、W 如 CLOCK Si. so 1怡 it 13 17 LO 1 1 3 5 Cl i-iHI btJHlAL 94Pl.IT aeco LEFT SIHUML IMHJT 图 74ls194逻辑图 引出端符号 CLOCK时钟输入端 CLEAR清除端（低电平有效） A D并行数据输入端 DSL左移串行数据输入端 DSR右移串行数据输入端 S0 S1工作方式控制端 QA QD输出端 当清除端（CLEAR为低电平时，输出端（QA QD）均为低电平。 当工作方式控制端（SO S1）均为高电平时，在时钟（CLOCK 上升沿作用 下，并行数据（A D）被送入相应的输出端QA QD。此时串行数据（DSR

7、 DSL 被禁止。 当SO为高电平、S1为低电平时，在CLOCKt升沿作用下进行右移操作，数 据由DSR送入。 当SO为低电平、S1为高电平时，在CLOCKt升沿作用下进行左移操作，数 据由DSL送入。 当SO和S1均为低电平时，CLOCK禁止。只有当CLOCK为高电平时S0和 S1才可改变。 其真值表如下: Input* Outputs ClMf Mode Svrial Paralltli 6 6 Qc 0D SI so Left Right A B c D L r x X 1 r x X 1 X X X xl L L H X X L X X X X X X Oao H H H 1, X X

8、 a b C d A d H L H X H X z X X H Ocn H L H X L X X X X L Qcn H H H H H L L L L 1 H L X X X X X X X X X X X X X X X X 0*0 H L Odo 图 74IS194真值表 74IS175 74IS175是用维持阻塞触发器组成的4位寄存器，其引脚图如下: 妆 E 场內 Cfe Q Qz CP 1615 I 11113!1211109 ） |2|3（46B fl? Qo TSo ）o DiQi GND 图 74IS175引脚图 其功能表如下: 清零 时钟 输入 输出 工作模式 Rd CP

9、 Qo Q1 Q2 Q3 Qo Q1 Q2 Q3 0 X X X X X 0 0 0 0 F=L 匕勺圭与寺 异步7冃零 1 T Qo Q1 Q2 Q3 Qo Q1 Q2 Q3 数码保存 1 1 X X X X 保持 数据保持 1 0 X X X X 保持 数据保持 图 74IS175功能表 74ls161 74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，他可以灵活的运用 在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能，其引脚图如 Vx TC Qq Qi q； 0$ CET re ri nn冋一而向m冋rn ) LdlzJLjJLLlLiJLAJLiJkJ R CP Po

10、Pi P? Pj CEP GMD 下： 图74LS161引脚图 管脚图介绍： 时钟CP和四个数据输入端P0P3 清零/MR 使能CEP CET 置数PE 数据输出端Q0Q3以及进位输出TC. (TC=QQ1Q2Q3CET) 其功能表如下： 输A 输出 CP i.p A Di A a a Q a 0 e 中 曲 砌 乖 0 a 0 0 1 t 0 a c b a d c h A 1 t 1 a 曲 Q冃 Q】 Qi Q“ 1 i 0 曲 曲 Q Qj Qi Q* 1 T 1 i 1 1 (D (1) 找态码舸i 图 74LS161功能表 从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端 CR“0

11、”计数器输出Q3、 Q2、Q1、Q0立即为全“ 0”，这个时候为异步复位功能。当 CR=“ 1且 LD=“ 0时, 在CP信号上升沿作用后74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3 , D2 , D1 , DO的状态一样，为同步置数功能。而只有当 CR=LD=EP=ET“、CP脉冲上升沿作用后，计数器加 1。74LS161还有一个进位 输出端CO,其逻辑关系是CO= Q0Q1Q2Q3CEE合理应用计数器的清零功能和 置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。 74IS85 oC 两庇扎2込珂坯 Bi 74ls85为4位数值比较器，弓I脚图如

12、下: HJ UJ U LU LU U Ld 心0 口豌 图 74ls85引脚图 85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（FAB，FA= B，FAB, FA= B，FAv B连接到高位级相应的输入 AB、A= B、Av B,并使 低位级的A= B为高电平。 引出端符号 A0- A3 字A输入端 B0- B3 字B输入端 A B A B级联输入端 A= B A= B级联输入端 Av B Av B级联输入端 fa=b A等于B输出端 fa? A大于B输出端 Fa& X X H L L V-B； X X L H L Ah=Be A|=Bi Ao=0c H L l H

13、L L 金-址 A冋 L H L L H L &也 Ai=Ci X X H L L H &也 缶=內 Ai=fii Aq=Bo H H L L L L 加爭 V=Fk Aii Ai-Br L L L H IH I 图 74ls85功能表 74ls00 74ls00为四组2输入端与非门（正逻辑），其逻辑图如下: i3r 13 IIH AJ a d t 上 7 3 p 4& oJ s l1 AHII1ASAJw GND TH Yu uh Pin 1地线（或共同接地），通常被连接到电路共同接地 Pin 2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

14、1/3 VCC。 Pin 3 -当时间周期开始555的输出脚位，移至比电源电压少伏的高电位。周期的 结束输出回到0伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约 200 mA。 Pin 4 -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置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。 Pin 5 -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当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。 Pin 6 - 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。 Pin 7 -这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当

15、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。 Pin 8 -这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是 +（最小值）至+16 伏特（最大值）。 NE555相关应用 多谐振荡器 电阻R1、R2和电容C1构成定时电路。定时电容C1上的电压UC作为高触发 端TH（6脚）和低触发端TL（ 2脚）的外触发电压。放电端 D（ 7脚）接在R1 和R2之间。电压控制端K（5脚）不外接控制电压而接入高频干扰旁路电容C2 （）。直接复位端R（4脚）接高电平，使NE555处于非复位状态。 多谐振荡器的放电时间常数分别为 tPHX（ R1+R2 X C1 tPLX R

16、2X C1 振荡周期T和振荡频率f分别为 T=tPH+PLX（ R1+2R2 X C1 f=1/T 1/ X（ R1+2R2 X C1 e植甲 图多谐振荡器 单稳态触发器 NE555的高触发端TH（6脚）和放电端D （7脚）接RC定时电路，低触发 端TL（ 2脚）外接触发信号。 单稳态触发器的定时时间就是输出脉冲的宽度Tw0 TwX R1X C1 4川时理H 图单稳态触发器 RS触发器 当6脚（相当于R端）电压高于（2/3） VCC时，输出为低电平。当2脚（相 当于/S端）电压低于（1/3） VCC时，输出为高电平。 图RS触发器 4电路设计 密码输入电路 密码输入电路由74ls194 74l

17、s175、74IS00组成，我们采用74Is194移位寄存 器进行串行输入，74IS175寄存器进行输出，如图所示： p ! d ”* p -! r 厂 -!5 L4 p -iTF - T 導黔誇書 图密码输入电路 74IS194我们采用右移方式，在SR引脚处接了一个单刀双掷开关进行高低电 平的选择，KEY1为输入按键，每当KEY1按下，就产生了一个脉冲clk1,SR的值 就输入到移位寄存器中。 74IS194的输出接了一个74IS175寄存器。寄存器由KEY2提供脉冲clk2,没 有脉冲时，寄存器不工作，74IS194的输出不能通过寄存器输入到电子锁中，即 输入的密码不能输出；当按下KEY2

18、时，74IS194的4个输出就通过寄存器输入到 电子锁中，从而达到4位密码同时输入的作用，所以 KEY2为确定输入开关。 密码预置电路和开锁电路 密码预置电路和开锁电路由 74ls85 74ls08和74ls00组成，如图所示: 图 密码预置电路和开锁电路 74ls85数据比较器的Ao到A输入连接的是寄存器的输出，即输入的密码， 而74ls85数据比较器的Bo到B3连接的是4个单刀双掷开关，我们可以通过拨动 这些开关使得Bo到B3输入不同的高低电平，之后和 Ao到A3的数值进行比较， 进行输出，比较结果相同绿灯亮，比较结果不同，红灯亮，所以四个单刀双掷开 关的作用是进行密码预置，数据比较器的作

19、用就是进行密码对比然后输出比较的 结果。 报警电路 报警电路由74ls161、74ls08和NE555组成，如图所示，图中 NE555连接成 74ls161计数器的输入脉冲为 clk2，而clk2由密码输入电路的 KEY2产生，KEY2 每按一次，产生一个clk2脉冲，计数器计数一次，当计数器输出QiQo为11时（KEY2 按下三次），密码输入三次，与门输出为 1,NE555开始工作，NE555的3脚输出 高电平，三极管导通，蜂鸣器开始工作，响的时间和停止的时间根据多谐振荡器 接的电阻和电容来取值。 自锁电路 本设计中自锁电路分为两部分， 另一个是输入密码正确之后自锁，如图、 一个是三次密码错

20、误后自锁并让蜂鸣器工作, 图、图所示： aQl卫8砂 PITKA nu 1 2 -nJ N N L Q R D D D D E E 匚 L M 图 11 h 15 图图中74ls161计数器的1 脚连接的是数据比较器输出端的与门，图中 74IS194的9脚S0连接的也是数据 比较器输出端的与门。当密码输入正确时，与门输出为0,74ls161的1脚输入为 0,处于清零状态，74ls161的输出一直为0, NE555不能工作，同时74ls194的9 脚输入为0, 74ls194为保持状态，不能再输入密码，整个电子锁无法工作，起 到了自锁的作用。 图中在报警电路的与门输出端接了一个三极管，当密码输入三次错误时，报 警电路工作，与门输出为1,三极管导通，KEY2确定输入密码按键无法工作，时 钟脉冲消失，取代的是一个高电平，没有脉冲