广东工业大学《电子技术综合设计与实践》电子密码锁

1、课课 程程 设设 计计 课程名称 电子技术综合设计与实践 题目名称 电子密码锁 学生学院 自动化学院 专业班级 电气信息类（创新实验班）12（1）班 学 号 3112010510 学生姓名 张明波 指导教师 张建新 2014 年 6 月 6 日II广东工业大学课程设计任务书广东工业大学课程设计任务书题目名称电子密码锁学生学院自动化学院专业班级电气信息类（创新实验班）12（1）班姓 名张明波学 号3112010510一、课程设计的内容设计一个电子密码锁。二、课程设计的要求与数据1密码锁控制器中存储四组 8421BCD 代码，设置十个开锁按钮开关，分别代表 09这十个十进制数，开锁按钮开关串行输入

2、代码与密码相同时，锁被打开，并且用绿灯亮、红灯灭表示开锁状态；数码串行输入时，要求在四个数码管上依此左移显示；开锁或上锁后，显示清零； 2开锁时，启动五秒定时电路，若 5 秒内未能将锁打开，则电路自动复位并由扬声器发出 1020 秒的报警信号，同时用绿灯灭、红灯亮表示上锁状态；3密码锁控制器中存储的密码可以重置；4. 按下上锁键可将密码锁上锁，同时绿灯灭、红灯亮；5. 开锁信号可以推动机械执行机构（如利用继电器使电磁铁吸拉物件）产生动作。三、课程设计应完成的工作1. 先确定设计方案，画出系统方框图，再进行各单元电路的设计，确定元器件的参数及型号，最后画出电路总图； 2. 利用 DE2 板对所设

3、计的电路进行验证；3.用实验板或自制的 PCB 板完成电路的安装及调试；4. 总结电路设计及测试结果，撰写课程设计报告。III四、课程设计进程安排序号设计各阶段内容地点起止日期1Quartus II 入门学习，熟悉设计流程，讲解各设计任务及其要求，分配设计任务，实 2-2145.262进一步学习 Quartus II，查阅相关书籍和文献资料，画系统框图实 2-2145.273独立完成电路设计，在 Quartus II 上进行仿真及修改设计实 2-2145.28-294在 DE2 板上实现设计，演示和验收实 2-2145.305电路制作、调试、功能验证，制作验收工 2-5046.2-6.56完成

4、设计报告6.6五、应收集的资料及主要参考文献1.数字电子技术基础阎石主编高等教育出版社2.模拟电子技术基础华成英 童诗白主编高等教育出版社发出任务书日期： 2014 年 5 月 26 日 指导教师签名：计划完成日期： 2014 年 6 月 6 日 基层教学单位责任人签章：主管院长签章：IV摘 要本次课程设计的题目是电子密码锁，其主要功能是设定 4 位数的密码并输入，锁定设定密码后再输入开锁密码，当输入 4 位开锁密码后立即自动判断，若是密码正确，绿灯亮，否则红灯亮，设定密码前与未锁定密码时所有灯都灭。在输入开关打开的情况下，按钮 09 每次按一下再复原后，激发一个脉冲通过 74147 BCD

5、优先编码器将十进制的按钮数字转化为 BCD 码寄存在四个 74194 移位寄存器中并将数字右移，以四个芯片每个对应的位以实现分别存储一个数的 BCD 码，从而实现 7448 七段显示译码器数码管中数字显示从右往左移。另外再利用四个 74194 移位寄存器来做设定存入的密码，用四个 7485 四位比较器来进行设定密码和输入密码比较，另外设定一个 74175 D 触发器来控制灯的显示，当锁定密码后再输入开锁密码时开始计数，当输完 4 位数密码后，按下确认键。如果输入正确则开锁，同时绿灯亮，红灯灭。在输入密码的时候，就会触发 5 秒倒计时的装置，5 秒内未能打开锁，则会产生 20 秒的报警。报警不受

6、任何按键的影响。20 秒报警结束后，电子密码锁恢复未输入密码前的上锁状态，红灯常亮。下次输入，同样会触发倒计时装置。有上锁键，按下上锁键，绿灯灭，红灯亮。为了增加密码锁的使用性，我加入了保险键和复位键。只有保险键处于高电平，并且处于开锁状态（即绿灯亮）时，输入密码，同时按下修改密码的按钮，才会修改密码成功。按下复位键，就会清除保存的密码，恢复初始状态。关键词：7419474194 移位寄存器移位寄存器 ，四位数值比较器，四位数值比较器 74857485，BCDBCD 优先编码器，优先编码器，5 5 秒定时电路秒定时电路V目目 录录1 设计任务目的与要求设计任务目的与要求.11.1 设计任务目的

7、.11.2 设计任务要求.12 模块及其原理介绍模块及其原理介绍.12.1 模块介绍.13 设计方案设计方案.13.1 设计思路.13.2 设计框图.23.3 各单元电路及总电路.33.3.1 输入及编码.33.3.2 移位寄存与显示.33.3.3 置数比较模块.43.4 控制面板.64 实验结果与数据分析实验结果与数据分析.74.1 测试步骤.74.2 实验现象.75 结论与问题讨论结论与问题讨论.75.1 完成设计要求程度.75.2 问题及解决方法.75.3 存在的不足及改进思路.76 实物制作实物制作.86.1 简化电路图.86.2 单元电路的实现.96.3 实物图（附照片）.96.4

8、焊接调试过程中遇到的问题分析及处理.106.5 实物电路板的测试结果及分析.10参考文献参考文献.11VI1 设计任务目的与要求设计任务目的与要求1.1 设计任务目的(1)掌握数字密码锁的构成、原理与设计方法；(2)熟悉集成电路的使用方法。1.2 设计任务要求1密码锁控制器中存储四组 8421BCD 代码，设置十个开锁按钮开关，分别代表 09 这十个十进制数，开锁按钮开关串行输入代码与密码相同时，锁被打开，并且用绿灯亮、红灯灭表示开锁状态；数码串行输入时，要求在四个数码管上依此左移显示；开锁或上锁后，显示清零； 2开锁时，启动五秒定时电路，若 5 秒内未能将锁打开，则电路自动复位并由扬声器发出

9、 1020 秒的报警信号，同时用绿灯灭、红灯亮表示上锁状态；3密码锁控制器中存储的密码可以重置；4. 按下上锁键可将密码锁上锁，同时绿灯灭、红灯亮；5. 开锁信号可以推动机械执行机构（如利用继电器使电磁铁吸拉物件）产生动作。2 模块及其原理介绍模块及其原理介绍2.1 模块介绍1、 10-4 线 BCD 优先编码器 74147：此芯片能够把输入端代表“0”“9”这 10 个数字编码成 BCD 码。2、 74194 移位寄存器：其中四个进行串行输入和输入左移的功能。其中四个进行密码的保存。3、7485 比较器：进行密码匹配，匹配密码的输入是否正确。 4、74192 计数器：实现 5 秒和 1020

10、 秒的倒计时3 设计方案设计方案3.1 设计思路1、 根据 ED2 板上的芯片、控制元件和显示灯的提供与限制，由于按键式按钮的不足，我选择开关式的按钮，选择 10 个按钮来作为 09 的输入键。2、 为了将每个开关代表的十进制数转换成 BCD 码，我选择 10-4 线 BCD 优先编码器 74147，此芯片能2够把输入端代表“0”“9”这 10 个数字编码成 BCD 码。3、 转化成 BCD 码后，然后就是要把此输入的数字在数码管上显示出来。在考虑到显示问题时，我想到在每输入一位数字后，此数字在数码管的最右端出现，根据再次输入另一位数字，原先的数字往左移，为了实现这个方案，我采取用 4 个 7

11、4194 移位寄存器对每次输入进行移位，并显示到数码管上。4、 当设定好输入密码后，必须设定一个器件来储存并锁定密码，因此，我采取再用 4 个 74194 移位寄存器来储存密码，每个寄存器存放一个密码数。5、 锁存好密码后，为了实现判断密码正确与否的功能，必须要进行密码匹配。因此，我选择使用 4 个7485 四位数字比较器来进行密码匹配，匹配正确输出高电平绿灯亮，不正确输出低电平红灯亮。6、 倒计时电路部分，首先用了 74292 分频。然后我用了 3 个 74192，其中一个作为 5 秒的倒计时。还剩2 个 74192 组成 1020 秒的报警倒计时。7、 为了使输入密码时，能触发 5 秒的倒

12、计时，我用了 1 个 74174 D 触发器，已达到按下数字按钮触发倒计时。还用了 74174 芯片中的一个 D 触发，实现当密码输入正确，开锁，绿灯亮起时，5 秒的倒计时电路复位。8、 为了实现一键上锁的功能，我用了 1 个 74175（用 74174 也可以）和一个异或门，我主要用了 D 触发器的异部清零端。当按下上锁键，产生下降沿脉冲，74175 异步清零，绿灯灭，同时红灯亮。9、 为了保证只有处于开锁状态，才能修改密码。我用了门电路的组合实现。33.2 设计框图3.3 各单元电路及总电路3.3.1 输入及编码输入与编码模块输入与编码模块说明：此为输入与编码的模块电路，功能是把开关代表的

13、十进制数 09 转换成 BCD 码，由于 74147芯片接入端的是低电平有效，输出的是 BCD 的反码，因此在输出端接非门，同时数字按钮初始为高电平。为了符合任务书要求设置一个密码锁定开关把所有开关按钮和锁定密码开关用一个 12 输入的与门连接起来，其主要目的是提供单脉冲给移位寄存器。43.3.2 移位寄存与显示移位寄存模块移位寄存模块说明：此为移位寄存与显示的模块电路，功能是根据移位把输入产生的 BCD 码在数码管上显示出十进制数字来。每次按下一个数字开关按钮再复原，产生一个脉冲给 4 个 74194 移位寄存器，每个寄存器接收输入一个数的 BCD 码的其中一位，通过右移后，再把 4 个寄存

14、器每个输出端的 QA,QB,QC,QD 分别集中起来再分别接 4 个 7447 编码器用来显示出不同的 4 个数字。因为每输入一个数字，每个寄存器都接收后右移，因此，当原先的所有 QA 端输出的 BCD 码都移到 QB 上，一次类推，输出显示的数字也从 A片到 D 片移动，从而实现了显示数字的移位。53.3.3 置数比较模块置数比较模块置数比较模块说明：根据锁定开关的控制，对输入屏幕上的密码进行锁存。初始锁存开关为开锁状态，既这 4 个74194 寄存器不工作，当锁存开关处于锁定状态后，触发一个脉冲，根据寄存器的输入端都是接当前屏幕上显示的数字 BCD 码，使输入端置数，输出与输入端相同的数值

15、。通过 4 个 7485 比较器来进行存锁秘密与当前显示密码比较，从而得出比较结果，当每一位都相等时，输入为高电平，当有一位不等时输出为低电平。6总设计电路图总设计电路图73.4 控制面板84 实验结果与数据分析实验结果与数据分析4.1 测试步骤预设密码。按下数字按钮，是否触发倒计时。修改密码。报警时，禁止输入。上锁键，是否能实现一键上锁。4.2 实验现象预设密码：先按下确认键，红灯和绿灯都亮起，这时可以设置初始密码。倒计时装置：设置密码后，按下数字按钮，就会触发倒计时装置的倒计时功能。数码管从 5 秒开始倒数。5 秒内，输入正确的密码，并且将锁打开，绿灯亮，红灯灭。倒计时复位到 5 秒，并且

16、暂停。修改密码：只有在开锁状态，即绿灯亮时，把保险键，拨到高电平的位置。输入需要重置的密码，然后按下修改密码的按钮，就可以修改密码成功。报警装置：5 秒内，未能打开锁，就会触发报警。报警时，所有的按钮都失效。20 秒的报警结束后，处于上锁的初始状态。下次输入时，同样会触发倒计时装置。一键上锁键有效，只有在开锁状态，才可以上锁。按下后，绿灯灭，红灯亮。数码管清 0。5 结论与问题讨论结论与问题讨论5.1 完成设计要求程度所设计完成电子密码锁，电路图成功设计出来并编译成功，下载到板上也能实现其功能，大致上符合设置的要求。5.2 问题及解决方法问题：按下按钮，触发倒计时。解决：加入 D 触发器，按下

17、按钮，就会产生一个低电平脉冲。就会触发 D 触发器，继而控制倒计时。5.3 存在的不足及改进思路对于这个电路的设计，不足还是存在的。虽然整个电路设计，实现了任务书上的所有要求，但是用的芯片数量比较多，门电路也比较多。如果出现错误，比较难找出问题。而且，进一步的改进，也要考虑太多的电路问题，一不注意，就会把已经实现的功能清掉。所以，改进电路时，比较麻烦。简化电路很有难度。96 实物制作实物制作 6.1 简化电路图 10 6.2 单元电路的实现 6.3 实物图（附照片）11 6.4 焊接调试过程中遇到的问题分析及处理问题：接上电源，三个数码管都显示 0。按下数字按钮，没有触发倒计时，显示密码的数码管总是显示7。分析：应该是 7447 译码器连接错了。处理：没时间处理了，已经是验收期限，而且杜邦线接得有点多。 6.5 实物电路板的测试结果及分析测试结果：能开锁和上锁。并且可以修改密码。但输入数字时，数