南邮电子密码锁设计实验报告

1、电子密码锁设计实验报告摘要： 密码锁又称电子锁，它的主要功能是：1）用数字方式输入开锁密码，输入密码正确时开锁；2）如果密码有误或者输入时间过长，则发出报警信号。目录：第1章 、系统结构与技术指标1.1系统功能结构 31.2性能和电气指标 31.3设计条件 4第2章 、整体方案设计2.1密码设定 42.2密码判断 52.3密码录入和判断结果显示 52.4系统工作原理框面 5第3章 、单元电路设计3.1按键录入和编码电路 63.2地址记录和存储电路 83.3密码锁存和比较电路 83.4判决与结果显示电路 103.5时钟 103.6整机电路图 123.7元件清单 13第4章 、电路测试4.1单元电

2、路测试 174.2整体指标测试 184.3测试结果 18第5章 、总结5.1设计任务完成情况 195.2问题及改进 19 5.3心得体会 20第一章、系统结构与技术指标1.1系统功能结构密码锁：用数字键方式输入开锁密码，输入密码时开锁；如果输入密码有误或者输入时间过长，则发出警报。密码锁的系统结构框图如下图 1-1 所示，其中数字键盘用于输入密码，密码锁用于判断密码的正误，也可用于修改密码。开锁绿亮表示输入密码正确并开锁，报警红亮表示密码有误或者输入时间超时。开锁绿密 码 锁输入密码数字键盘报警红图1-1 密码锁系统结构框图1.2性能和电气指标1.2.1 开锁密码为8位十进制数字，由按键输入，

3、按“确认”键后，输入的数字有效。1.2.2 输入的8位数字与预设的密码相同时开锁，用绿灯亮，红灯灭表示。数据有误时或输入的密码时间过长即报警，红灯亮。1.2.3 密码可以通过键盘设定或修改。1.2.4 输入的数字间隔时间小于或等于15s。超过时限则报警，同时电子锁复位。1.2.5 具有手动、自动复位功能。1.2.6在不采用ram和eprom的情况下完成设计（可增加标准数字器件）。1.2.7不采用eprom时，设定修改密码的方法不限。1.3设计条件1.3.1 电源条件：稳压电源提供+5v电压。 1.3.2 可供选择的元器件如表1-1所示型号名称及功能数量74374八d触发器1片7474双d触发器

4、2片28c64beeprom 存贮器1片74854位比较器1片741614位二进制计数器2片741648位移位寄存器1片gal16v8可编程逻辑器件2片f555定时器1片74123可重触发器1片表1-1 器件单门电路、电阻、电容以及发光二极管自定。第2章 、整体方案设计2.1密码设定 用编程器在rom中起始的8个单元写入原始密码：01,0a,0a,0a,01,08,03,042.2密码判断经过7485，只能比较密码的1位，使用移存器就能将比较结果先储存，经过8个脉冲周期后同时输出。为节约gal16v8的i/o口，可使用一片7485，先将5位比较结果处理，剩下的三位接到gal，再比较。在密码全部

5、输入后，要按下“确认”键，则gal判断密码是否正确。数据经7485等后，数据到达74164时，数据有一定的延时。假如74164的时钟=cp，当第一的cp到来时，第一位的比较结果还没从7485出来，即第一位锁进的不是第一位的比较结果。所以，锁存的时钟应比cp慢，可以定义cp2=！cp，此时，cp2比cp的上升沿晚的时间就是手按键的时间。从而保证锁存8次后输出的就是8位的比较结果。2.3密码录入和判断结果显示 1）用数字方式输入开锁密码，输入密码正确时开锁；2）如果密码有误或者输入时间过长，则发出报警信号。2.4系统工作原理框面图2.4 密码锁的工作原理框图 由以上框图可知，当按下数字键0、1、2

6、、3、4、5、6、7、8、9后，编码器逐一进行十二进制编码，此时产生按键信号。按键信号经计数器，产生存储器的地址信号。解锁时，存储器中相应的数据输出与输入的密码经比较器比较后，将结果存入移存器。8位的比较结果送到gal，判决是否正确，并开锁或报警。设定密码时，每输入一位，计数器加一，则可依次修改。第3章 、单元电路设计3.1按键录入和编码序号按键out1out2out3out40key110101key200012 key300103key400114key501005key601016key701107key801118key910009key111001rkey121111 电路由于键盘有

7、09，而rom中数据以十进制存储，则要将案件进行10进制到2进制的转换。使用可编程逻辑器件gall16v8,电路非常简单，连线少，比较实用。 将按键编号和输出四位二进制码相对应，列出真值表（表3-1）。表 3-1 按键编码真值表根据真值表，用cupl语言写出逻辑关系：out1=key1+key9+key11+key12out2=key5+key6+key7+key8+key12out3=key1+key3+key4+key7+key8+key12out4=key2+key4+key6+key8+key11+key12电路设计：每个键按下，产生一个高电平脉冲，并把按下的数字键译码输出：为保护电路

8、，接入排阻(图中略)。3.2地址记录和存储电路密码存储在eeprom中，28c64共有8k*8的存储容量。而本次密码锁需要的存储空间仅需8位*4b。其实是一个巨大的浪费。28c64有13根地址线（a0a12）和8根数据线（d0d7），为操作方便，将a3a12、d4d7全部置零。则数据存储在前8个单元。地址线与74161的输出相连。数据线从gal的译码输出读出数据。图3-2 28c64连接图3.3密码锁存和比较电路由于cp信号对于按键稍有延迟，如将按键的译码与从rom中取出的数据进行比较，则会出错，所以在比较器之前加一级锁存器，在时钟cp的控制下，此时才能实现输入密码与原有密码的对应位同时到达比

9、较器。电路如下：图3-3 密码比较重要时序分析：密码锁从清零开始工作：当按下第一位密码时，按键的译码立即输出，cp滞后输出，在cp的上升沿，74374锁存器开始工作，锁入数据，此时送到锁存器口数据是键盘输入的译码和rom地址0000（b）的数据，并不是地址0001的数据。所以在rom中存入数据从地址0开始。 时序如下图所示：图3-4-2 锁存时序图3.4判决与结果显示电路经过7485，只能比较密码的1位，使用移存器就能将比较结果先储存，经过8个脉冲周期后同时输出。为节约gal16v8的i/o口，可使用一片7485，先将5位比较结果处理，剩下的三位接到gal，再比较。在密码全部输入后，要按下“确

10、认”键，则gal判断密码是否正确。数据经7485等后，数据到达74164时，数据有一定的延时。假如74164的时钟=cp，当第一的cp到来时，第一位的比较结果还没从7485出来，即第一位锁进的不是第一位的比较结果。所以，锁存的时钟应比cp慢，可以定义cp2=！cp，此时，cp2比cp的上升沿晚的时间就是手按键的时间。从而保证锁存8次后输出的就是8位的比较结果。图3-4 8位密码比较结果处理输入的8位数字与预设的密码相同时开锁，用绿灯亮，红灯灭表示。数据有误时或输入的密码时间过长即报警，红灯亮。3.5时钟机械键盘在使用过程中会产生机械抖动，即会产生多个脉冲信号（有稍高频的毛刺），使输出的时钟不稳

11、定，影响后级工作。可让cp触发输出，消除高频毛刺。由于密码通过机械开关输入，频率很低（因本次实验提供的开关不大方便操作，一般按键频率不大于1hz），则触发低频略高即可，取510hz即可。用f555做定时器，设计电路如下： 图3-5 555定时电路555定时器的频率表达式为：f=1.43/（(ra+2rb)*c）。取rb=3k，ra=2k，c=220u,测试得f=7.1hz,能达到要求。将clock接至g16v8的1脚，此时在每次键按下时都会产生一个脉冲，且消除了毛刺。（注：gal的一个函数表达式中或项不能超过7个，所以可写成cp.d=d0#a0#a2#a4#a6#a8,这样既满足条件，又节省了

12、gal的管脚资源。）消抖效果图如图3-2-1所示：cpin为含毛刺的输入信号（因抖动，产生一些不正常的高频信号）gal的时钟为clock，为110hzcpin.d为消抖输出从图中看出，在d触发输出后，毛刺被有效去除了。图3-5-1消抖效果图3.6整机电路图3.7元件清单本设计除了老师建议的一些芯片，我还使用了少量其他数字芯片，完成了要求外的一些指标，使用的芯片如下：型号名称及功能数量74374八d触发器128c64eeprom 存贮器174854位比较器2741614位二进制计数器2741648位移位寄存器1gal16v8可编程逻辑器件2f555定时器174123可重触发器1表3-7所用元件清

13、单电容、电阻、发光二极管、导线若干，面包板一块。程序清单设计中使用2片gal16v8，第一片主要用于译码，第二片主要用于控制。1 第一片gal功能：键盘解码，产生时序电路需要的cp及cp2name plddesign ;partno ;revision 1 ;date 2012-11-29 ;designer ;company protel international ;assembly ;location ;device ;format ;/*/* this pld design (revision 1) created on 2012-11-29 */* for protel intern

14、ational */* and is stored as plddesign */*/ pin1,11=clk,oe;/* inputs */pin 2,3,4,5,6,7,8,9,12,13 = a0,a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7,a8,a9 ;/* outputs */pin19,18,17,16=d3,d2,d1,d0;pin14,15=cp2,cp;/* d3 d2 d1 d0 output keycode,cp output clock,f no use */d3=a0#a8#a9;d2=a4#a5#a6#a7;d1=a0#a2#a3#a6#a7;d0=a1#a3#a5#

15、a7#a9;cp.d=d0#a0#a2#a4#a6#a8;cp2=!cp;/*end*/2 第二片gal功能：处理密码比较结果、延时判断处理、控制28c64的读写操作、开锁和报警输出、电路复位name plddesign ;partno ;revision 1 ;date 2012-11-29 ;designer ;company protel international ;assembly ;location ;device ;format ;/*/* this pld design (revision 1) created on 2012-11-29 */* for protel inte

16、rnational */* and is stored as plddesign */*/* inputs */pin 1 = input_1 ;pin 2 = input_2 ;pin 3 = input_3 ;pin 4 = input_4 ;pin 5 = input_5 ;pin 6 = input_6 ;pin 7 = input_7 ;pin 8 = input_8 ;pin 9 = input_9 ;pin 10 = input_10 ;pin 11 = input_11 ;/* outputs */pin 12 = output_12;pin 13 = output_13;pi

17、n 14 = output_14;pin 15 = output_15;/* declarations and intermediate variables */* logic equations */第四章、电路测试4.1单元电路测试1. 10进制数字输入测试：先复位，将数字键推上，用示波器检测第一片gal的1916脚，按住数字键“0”，检测到out1out2out3out4=0101,则译码正确，以此类推，输入09，gal输出全部测试正确。2. cp脉冲测试：将cp接到示波器一个通道观察，在有键按下时，观察到脉冲。且看到七段数码管得数字加1，则计数与显示部分没有问题。3. 密码比较用编程器

18、在rom中起始的8个单元写入原始密码： 01, 0a, 0a, 0a, 01, 08，03，04测试：1. 复位后，依次输入正确密码（10001834），用示波器观察第一片7485的第6脚，若全为高，则正确，8位密码输入完毕后，测试74164的移存输出脚，若全为1，则正确。2. 输入错误密码10001833，7485在输入错误密码后，输出为0，且8位输入完毕后，74164的输出管脚中，第三脚为0，其余为1。则电路没有问题。4. 延时判断测试：1. 用示波器观察74123的输出管脚第13脚，复位时，输出为0，当有键按下，输出跳变为1，并保持。15秒内无键按下，则输出跳变为0，在15秒内有键按下，

19、则输出一直保持高电平,且延时电路没有问题。4.2整体指标测试1. 按下“复位”键，看到数码管立即显示为0，用示波器测试74161、74164、74123的输出端全为低电平。说明手动复位功能正常。2. 输入正确密码10001834后，按下“ent”，看到绿灯亮。输入错误密码10001833后，按下“ent”，看到红灯亮。说明密码判断正确，且自动复位功能正常。3. 复位后，按下第一位密码0，不再按任何键，15秒后，红灯亮。说明延时判断正确，并能报警，且能自动复位（程序clr.d=!(rs#ent#fal)）。4.3测试结果输入正确密码10001834后，按下“ent”，看到绿灯亮。输入错误密码10001833货其他非正确密码后，按下“ent”，看到红灯亮。第5章 、总结5.1设计任务完成情况几大指标：10进制开关输入 密码正确输入时开锁，绿灯亮；错误时红灯亮。 输入数字间隔小于15s时红灯亮 全部完成，且界面友好。5.2问题及改进问题1：测试时74123输出不稳定，时有跳变原因：电源杂波较大，对电路的正常工作有较大干扰改进：在74123的电源和地之间并接一个较大的电解电容（220u）。注：用示波器观察电源电压，能明显看到很严重的杂波，则会引起数字电路工作异常，就会出现意想不到的错误，因此，为提高电路的稳定性和可靠性，