声控电子密码锁VIP

1、物理与电子信息学院 数字电路课程设计 成绩评定表专业：电子信息工程 班级:12电信本学号:120802054姓名: 钟吉森课题名称声控电子锁设 计 任 务 与 要 求1、设计制作一个由掌声控制的电子锁电路，输入的掌声信号中出现“啪啪的节奏时，即输入开银代码 1101（代他可自行没定），使电路输出一个高电平脉冲，推 动执行机构动作，可将锁打开。执行机构的动作可用发光二极管模拟，例如，用 红灯亮表示关锁.绿灯表示开锁。2、击掌的速度与电路的时钟脉冲一致，例如每秒1次，电路中应设置一个指示灯指示时钟脉冲的变化。3、击掌距离要求在 1m范围内启效。4、若输入一次开锁彳击!沫将锁打开，可至复进行，若连续

2、四次未将锁打开，电路发 出报警信号并自锁。设计报告成绩评分标准：有合理的方案设计和论证、电路参数的计算、总原理图和清单。（0-20分）电路板制作、调试规范，有详细制作和调试过程。（0-10分）电路板测试合理，对性能指标测试数据完整，正确；进行数据处理规范， 进行了误差计算和误差分析。（0-15分）对课程设计进行了总结，有体会，并能提出设计的改进、建设性意见。（0-5 分）设计报告成绩：电 子 作 品 成 绩评分标准：电路正确，能完成设计要求提出的基本功能。（0-30分）电路板焊接上2规范，焊点均匀，布局合理。（0-20分）（具中直流电源部分占20%,功能部分80%）电子作品成绩：课 程 设 计

3、 成 绩总成绩：指导教师：数字电路课程设计报告设计课题： 声控电子锁专业班级：12电信本学生姓名：钟吉森学 号： 120802054指导教师：陈建萍设计时间：2014.3-2014.1/disk/home声控电子锁一、设计任务与要求1 设计制作一个由掌声控制的电子锁电路， 输入的掌声信号中出现 “啪啪 的节奏时， 即输入开锁代码1101（代码可自行设定） ， 使电路输出一个高电平脉冲，推动执行机构动作， 可将锁打开。 执行机构的动作可用发光二极管模拟， 绿灯表示开锁。2 .击掌的速度与电路的时钟脉冲一致，例如每秒1 次，电路中应设置一个指示灯指示时钟脉冲的

4、变化。3 . 击掌距离要求在1m 范围内有效。4 . 若输入一次开锁信号末将锁打开，可重复进行，若连续四次未将锁打开，电路发出报警信号并自锁。二、方案设计与论证分析课题要求可知 该题的主要任务是识别开锁的掌声信号， 当检测到开锁的掌声节拍代码与设定的代码相符时，电路输出开锁信号。若用 led 发光二极管模拟执行机构的动作，则相应的指示灯发亮。本题电路可由三大部分组成。其是开锁信号形成电路，它完成由击掌声到序列脉外的变换。 可以设想用压电陶瓷片将声音节拍变成电脉冲信号， 然后经放大、整形变换成标准脉冲信号。其二是所设定的代码，如 1101 这开锁代码的检测电路， 该电路在检测到输入脉冲中出现11

5、01 代码时， 即输出开锁信号。其三是报警电路， 当发现连续三次有开锁信号到来但未获成功时 报报警电路进入工作状态，并实现电路白锁。1.方案一本方案采用数字逻辑电路来设计实现，其原理框图如下：方案一原理框图图2-1非门放大整形电 路时钟脉冲指亦电踹io秒单将延 时电路及踪 冲产生电路开锁驱动电路方案原理：当敲击通过传声器转化为电信号， 此电信号为负相脉冲信号，为 尖波。电信号通过放大整形电路转化为正脉冲信号。 脉冲信号分别送到四个计数 器中，同时脉冲信号输入10秒延时电路中，触发电路延时，同时触发脉冲产生 电路输出周期为1秒的脉冲信号，脉冲信号的高、低由指示电路显示。将脉冲信 号送到计数器5中

6、，将计数结果送到138译码器中，译码器输出y1、y2、y3、 y4分别接在计数器的功能端，且分别选通计数器。由于计数器由译码器选通，因此在敲击的时候也要注意时间的把握， 计数器 在高电平时选通，因此在38译码器的输出端分别接上非门，脉冲信号计数器在 每个脉冲上升时候计数一次，同时选通4个并联计数器中的一个，所以要脉冲信 号为高电平后敲击，由电路可以知道，必须先敲击启动开锁电路，然后再按照正 确的开锁密码开锁。当敲击信号转化为电信号为 1101时，计数器1计数器4的 q1分别1101,计数器3输出通过非门再与其他计数器输出相与得到一个高电平， 即开锁电平。开锁电平驱动开锁电路和开锁指示电路。计数

7、器6主要计数开锁次数，当开锁次数超过限定次数启动报警电路， 同时 报警信号送到放大整形电路，使放大整形电路不工作，即自锁。.方案一图2-2方案二图框方案原理：采用压电陶瓷片采集声音信号，经三极管c9013反向放大后触发一个ne555芯片构成单稳态触发器，驱动蜂鸣器和发光二极管工作， 发光二极管和蜂鸣器两端用稳压管使电压稳定2.方案三图2-3方案三图框方案原理： 由原理框图可见， 该电子线路以脉冲数字电路为主体， 兼有音频放大部分。 图中， 传声器是将一个声音信号转换成一个负相尖脉冲， 经过三级管放大后触发 ne555 产生一个正脉冲信号，相当于对信号的整形。正脉冲分两路信号分别送到检测电路和

8、ne556。 ne556 内部由两个ne555 构成，一个做10秒单稳态延时电路另一个做脉冲信号产生电路。 由放大整形后得到的脉冲信号经过反相送到延时电路， 触发单稳态电路延时， 延时电路产生的正脉冲冲信号触发脉冲产生电路产生时钟脉冲送到检测电路， 为检测电路提供一个时钟脉冲。 当输入信号的信号不能使检测电路启动开锁驱动电路时， 必须经过声音信号再次触发单稳态延时，延时电路产生的正脉冲送到计数器，通过计数可以知道开锁次数，当开锁次数超过限定次数时， 触发报警电路报警， 同时信号触发信号送到放大整形电路中，锁定放大电路，从而达到自锁的功能。设计中的核心部分是检测电路，从1101 序列脉冲作为开锁

9、命令，进一步说明电子线路工作原理和开锁过程。 第一声掌声是使脉冲检测电路进入一个工作周期的启动信号。它使10 秒单稳延时电路输出一个高电平，开启了时钟脉冲产生电路，并输出 7 个周期为 1 秒的方波， 1101 序列脉冲检测电路开始对输入信号进行识别。若在一连串的掌声中出现了“啪 ! 啪! 啪! ”的节律时，意即输入信号中包含有 1101 序列脉冲， 则检测电路有一个高电平输出高电平， 此即开锁信号。时序逻辑电路要求输入信号x 脉冲与时钟脉冲同步，即对拍手时机提出要求。由于检测电路所用jk触发器是在时钟脉冲下降沿出现时，发生状态转换，因此，当时钟脉冲高电平快要结束前拍掌，则 x 为 1; 拍掌

10、太迟或不拍掌，则输入信号被当作00。为了满足时序电路这种同步工作的需要，掌握好拍掌时机，电路中设计了时钟脉冲指示电路。它由两个不同颜色的光二极管（黄、红）来指示时钟脉冲高、 低电平，当高电平时黄色发光二极管亮，表示时钟脉冲处在高电位，此时拍掌，x 输入为1 信号不拍掌或在黄光熄灭以 ; 后再拍掌，输入 x 为 0信号。从以上分析智能声控电子锁的工作原理中可以看出拍掌太慢或太快， 开不了锁拍掌节律不符，开不了锁 ; 不掌握开锁电路周期性，亦开不了锁。因此对于不懂使用方法， 不知道拍掌特定节律的不速之客， 乱拍手掌是绝对打不开锁的。 当开锁次数超过限定次数是报警电路触发同时电路自锁增加了电路电子锁

11、的安全性。方案论证方案一：当第一个掌声启动开锁电路后， 启动 10 秒延时电路进一步启动时钟脉冲 产生电路整个电路开始工作。在时钟脉冲下依次选通计数器1计数器4，在同步时钟脉冲下如果掌声信号输入为1101，则计数器1计数器4 的 q1 端输出依次为1101，计数器三的输出经过非门变低，四路信号经过与门输出为高电平，驱动开锁驱动电路工作，门打开。如果在同步时钟脉冲下接收的 掌声信号不为 1101， 那么最后与门输 出为低，开门 电路不工作。开门次数通过一个计数器计数， 当超过开门次数电路驱动报警电路报警， 且同时送出一个自锁信号到放大整形电路，是整个电路自锁，在报警后在可将计数器复位，则解除自锁

12、。因此只有把握开门时间以及拍掌毫亿兆时节奏， 才能使门打开， 否则电路报警且自锁。方案二：由于单稳态触发器是低电平触发，时间比较短暂，报警不明显，不易觉察，而且没有设置掌声信号检测电路，电路不严谨，不予采用。方案三：当第一个掌声输入电路经过放大整形后送到 jk 触发器，同时启动10秒延时电路工作， 延时电路进一步启动时钟脉冲 产生电路， jk 触发 器是脉冲触发所以输入信号要在触发信号之前输入。当输入掌声信号为 1101 时， jk 触发器经过一系列的状态转变， 最后输入一个高电平，即开锁电平，驱动开锁驱动电路工作，门打开通过分析， 结合设计电路性能指标、 器件的性价比， 本设计电路选择方案三

13、。三、单元电路设计与参数计算 （功能部分电路）1、声音信号放大及整形驻极体话筒将拍掌信号转换为电信号， 此时信号还很微弱杂乱不规则， 因此 通过三极管将信号放大再送入555整形为脉冲。c5取0.1ufc6取10uf为隔直作用。右边为 555 单稳态电路76 脚连接的 rc 可调节脉冲宽度。四脚为报警自锁信号输入端， 555 正常工作时4 端输入高电平，报警自锁信号产生时经过异或门输入为低电平从而实现自锁。 555 单稳态电路请读者自行查阅相关资料。了开锁代码 电路状态为1101。并设输入仔号用变量x表示，输出开锁信 so根据题面列出输入、输出状态表如下号用变量y表示，序列123456789输入

14、x011101j0d输出r000001000状态5羽$ ，既$3548$35d状态图如下1/0x/y1/0001/12、系列脉冲检测电路此部分为整个电路的核心部分，设输入脉冲序列为011101100,其午包台8/0经分忻发现，上述状态转换图中的状态 s1和s4等价，可以进行简化，因而 可以以得到经简化后的状态转换图 用两位代码对上述四个状态进行编码，状态编码表和状态图如下；x/y表3-4-3状态编码表1/0于是得到编码后的状态表襄3 4 4编玛后的状毒表0ql104q+yya0000010010001001011n1001i00011列j,k端激励表根据jk触发器的特征方程及编码后的状态表，列

15、出各触发器j,k端的激励表jy飞ji) *()y0x1x1xx1qx00x0x1x01由知j、k的触发器状态转换的激励条件0ftfjk00(0x011x10x1111x0用卡诺图求y及各j,k的逻辑函数式01ii1(0(0111100 1061c岛0 1组合逻辑电路中用两输入与非门，并希望所用与非门最少，故由卡洛图简化得 下列逻辑函数式：jqxqa=qxqx k=qixi /ji ox j ki = j x=oioiiir=(?icxijlj本实验采用74ls76型双jk触发器，其引脚图和真值表如下。它采用主从型结构，是下降边沿触发的边沿触发器，即在 cp脉冲下降沿（“1一0”）触发翻转。触发

16、器的次态取决于它的状态方程n q-jqkq,可见它具有置1置0保持和翻转四种功能。cf sd rd j输入输出ckrqn+1*加甲口 i*3x十1口皿x/xaxf并*0-皿x手xjxf对甲q1口02*田w8w0.w1+303加21口i*31+*侔谈.g*2t-黑/史*通过上面的分析得出的逻辑函数式连接出正确的jk触发器接线图通过上面的介绍我们可以知道当输入 x信号依次为1101时，在电路图最右边的元件的3脚输出一个高电平，否则输出一个低电平。其中 cp脉冲为整个电路提供一个时钟信号，延时信号主要是在每一次开锁后是jk触发器复位。ne556由两个独立的ne555够成，在ne556的左边够成一个单

17、稳态触发电 路，延时10秒，即一个开锁周期。原理与上面 ne555相同，这里就不做介绍。 在ne556的右边够成一个多谐 振荡器，且由单稳态触 发电路触发。在电路中产 生周期为1秒的脉冲信号，为jk触发器提供时钟信号。触发信号后面接两个发 光二极管是为了指示电路高、低电平，当脉冲为高电平时，led3发光，反之,则lde2发光。指示电路在指示何时拍掌时极其重要， 过快或过慢够不能打开电子锁，因此加上指示电路是十分必要的4,开锁次数检测及报警电路当74161的rd、ld、ep、et分别为高时，当2脚cp脉冲端有脉冲信号 时，在每个脉冲的上升沿时开始计数1。图中电路的2脚cp脉冲为10秒延时电 路的

18、输出正脉冲，通过计数器计数，由 q1、q2、q3、q4输出相应的正脉冲次 数，q4为最高位，由每次开锁都要使10秒延时电路产生一个延时脉冲， 且脉冲 宽度约为一个开锁周期。在电路设计为最后多可以开4次，由电路输出可知：当 第一次、第二次、直到第四次， q4、q3、q2、q1分别为0001、0010、0011、 0100,由此可知当第4次开锁时q3为输出电平为高，三极管导通，报警电路报 警。q3的高电平送异或门一端，异或门两脚都为高电平时输出为低电平从而使 第一个555自锁。我们在74161上加了一个复位电路，当电路报警后，将 开关 闭合，rd=0与门输出为低，电路解除自锁。四、总原理图及元器件

19、清单2.元件清单图4-1总原理图电路quantity:referencesvalue1r15003r2t r3t r610k1r415m1r547k3r7-r91m3d1-d3led1ls1speaker1rv1100k1u174ls861u2ne5551u374lsq01u474ls041u574ls081u6ne5561u7741611u874ls761u974ls113cl. c工 caiouf4c4. c6. c7t c9100nf1c100 47jf五、安装与调试1 .电路安装根据电路图逐级连接电路，话筒有极性，与金属外壳相连的那一脚为负，极性电容注意极性，每一级输入输出留出夹子以待

20、检测， 74ls76 引脚特别注意 vccgnd5 脚 13 脚。蜂鸣器也有极性。具体连接时各芯片放置有大致位置，便于连接。2 .电路调试电路调节主要是调节整个电路能够同步实现功能。第一个 555调节rc使输 出脉冲周期12s,将ne556左边的ne555通过对电容、电阻的调节使脉冲产生 电路的周期为 10 秒即一个开锁周期，结果可通过频率计测得。然后通过调节 ne55郎边的单稳态触发电品&使电路延时间为1秒。同理调节ne555的外接电容、电阻使其延时间达到要求六、性能测试与分析（ 1）测试步骤1， 声音信号放大及整形电路， 看能否作为 555 信号输入信号， 2 端理论上是输入一个低电平尖端

21、不规则脉冲作为 555 输入信号再经过其整形为矩形脉冲。2，脉冲整形电路，第一看四端是否为高电平，第二看单稳态暂态持续时间即调节rc。3， 系列脉冲检测电路， 与前端输入相互隔开， 采用高电平点触方式输入 1101 密码看能否输出开锁信号。4， 556 右边的 555 构成多谐振荡器， 电路检测红黄灯跳变节奏即拍掌节奏大概 12 秒， 556左边构成单稳态触发器实现开锁周期，红黄等停止跳动周期即一次开锁周期，大概10 秒左右。查阅相关电路分别调节rc。（ 2）测试数据1，声音信号有放大，但并没有理论上一样输入一个声音产生一个低电平脉冲，往里吹气测量输出电压由万用表由 3v 向右偏转。2，初步测试555 没有脉冲输出，检测到 4 端电平为低，接高后输出为高电平但没有暂稳态，原因是2 输入端为高电平。 断开前置输入采用标准脉冲作为输入，调节变阻器使r 使脉冲宽度在合适范围。