数电课程设计电子密码锁修改后最终

1、 2011-2012 学年 第 二学期 数字电子技术 课 程 设 计 报 告题 目： 电子密码锁的设计 专 业： 通信工程 班 级： 10通信（1）班 姓 名： 程梅萍 吴红媖 于浩鹏 张辉 王大彪 李维俊 吴飞 指导教师： 冯锁 电气工程系 2012 年 5 月 31 日任务书课题名称电子密码锁指导教师（职称）冯锁(讲师) 执行时间20112012学年第二学期 第 十五 周学生姓名学号承担任务程梅萍密码识别电路设计吴红媖密码输入电路设计于浩鹏报警电路设计张辉报警次数检测电路设计王大彪电路原理图绘制李维俊仿真与调试吴飞仿真与调试设计目的1. 掌握计数器和移位寄存器的应用。2. 掌握比较器和报警

2、电路的设计。设计要求1. 设计一个电子锁，其密码为8位二进制代码，开锁指令为串行输入码。2. 开锁输入码与密码一致时，锁被打开。3. 当开锁输入码与密码不一致时，则报警。报警时间持续3秒，输 入连续3次错误时则报警时间延长为10s。4. 画出电路原理图。5. 进行电路的仿真和调试。摘 要通过本次设计掌握数字电路系统设计的方法，熟悉电子密码锁设计相关硬件的使用，了解电子密码锁的系统构成，利用数字门电路实现电子密码锁的设计与实现，可以加深自己对所学专业的认识，关联知识，增强自己的动手能力，积累实践经验，为以后的工作打好基础。 采用逻辑门电路设计电子密码锁，阐述了其工作原理，给出了具体的电路原理图。

3、 该密码锁具有密码预置功能，保密性强，误码报警，并且报警时间可以设定，同时用数码管显示出报警时间。密码正确时驱动继电器控制开锁指示灯，误码时报警信号由蜂鸣器发出，声音为间歇式鸣笛。采用自行设计的5V稳压电源供电，具有耗电省等特点。使用时用户必须按下确认按钮后方可知用户输入的密码是否与预置密码一致，当密码正确时密码锁可以被打开，点亮绿色二极管亮代表密码正确，锁可以打开。当开锁输入码与密码不一致时，则报警。报警时间持续3秒，输入连续3次错误时则报警时间延长为10s。相对于基于单片机技术的电子密码锁，用简单门电路来来构成系统，可靠性提高，并且价格便宜。关键字： 电子密码锁；数字电路；预置密码；误码报

4、警.目录第一章 绪论5第二章设计总体思路及相关芯片的使用.62.1基本设计原理62.2设计总体框图62.3 常用芯片的的使用功能7第三章 设计的具体过程83.1 密码识别电路83.2秒脉冲产生电路83.3报警电路93.4报警次数检测电路93.5电子密码锁总体电路设计9第四章 仿真与调试134.1 仿真软件简介（Multisim简介）134.2仿真电路的建立144.3 仿真效果分析144.4 调试要点及注意事项16第五章 设计总结17参考文献18附录19第一章 绪论随着人们生活水平的提高和安全意识的加强，对安全的要求也就越来越高。锁自古以来就是把守护门的铁将军，人们对它要求甚高，既要安全可靠的防

5、盗，又要使用方便，这也是制锁者长期以来研制的主题。随着电子技术的发展，各类电子产品应运而生，电子密码锁就是其中之一。据有关资料介绍，电子密码锁的研究从20世纪30年代就开始了，在一些特殊场所早就有所应用。这种锁是通过键盘输入一组密码完成开锁过程。研究这种锁的初衷，就是为提高锁的安全性。由于电子锁的密钥量（密码量）极大，可以与机械锁配合使用，并且可以避免因钥匙被仿制而留下安全隐患。电子锁只需记住一组密码，无需携带金属钥匙，免除了人们携带金属钥匙的烦恼，而被越来越多的人所欣赏。电子锁的种类繁多，例如数码锁，指纹锁，磁卡锁，IC卡锁，生物锁等。但较实用的还是按键式电子密码锁。20世纪80年代后，随着

6、电子锁专用集成电路的出现，电子锁的体积缩小，可靠性提高，成本较高，是适合使用在安全性要求较高的场合，且需要有电源提供能量，使用还局限在一定范围，难以普及，所以对它的研究一直没有明显进展。目前，在西方发达国家，电子密码锁技术相对先进，种类齐全，电子密码锁已被广泛应用于智能门禁系统中，通过多种更加安全，更加可靠的技术实现大门的管理。在我国电子锁整体水平尚处于国际上70年代左右，电子密码锁的成本还很高，市场上仍以按键电子锁为主，按键式和卡片钥匙式电子锁已引进国际先进水平，现国内有几个厂生产供应市场。但国内自行研制开发的电子锁，其市场结构尚未形成，应用还不广泛。国内的不少企业也引进了世界上先进的技术，

7、发展前景非常可观。希望通过不断的努力，使电子密码锁在我国也能得到广泛应用。目前使用的电子密码锁大部分是基于单片机技术，以单片机为主要器件，其编码器与解码器的生成为软件方式2。在实际应用中，由于程序容易跑飞，系统的可靠性能较差。基于现场可编程逻辑门阵列器件的电子密码锁，用门电路构造系统，所有算法完全由硬件电路来实现，使得系统的工作可靠性大为提高。由于门电路也具有现场可编程功能，当设计需要更改时，只需更改门电路中的控制和接口电路，无需更改外部电路的设计，大大提高了设计的效率。第二章 设计总体思路及相关芯片的使用2.1基本设计原理电子密码锁电路包含:拨码输入、密码检测、脉冲电路、开锁电路、报警电路。

8、本电路用一个 8位拨码式按键输入开关 ,用户必须按下按下事确认按钮后方可知用户输入的密码是否与预置密码一致。将输入信号与预设密码信号经过一定的门电路转化为高低电平后信号输出。一致时输出低电平 ,做为开锁信号；不一致时输出高电平，做为报警信号。利用芯片555多谐震荡器产生1Hz的周期秒脉冲，做为蜂鸣器报警信号。2.2设计总体框图开锁密码检测密码输入密码设定延时报警2.3 常用芯片的的使用功能（1）、 74161的功能表如表2-3-1所示表2-3-1 4位同步二进制计数器74161的功能表CLKRDLDEPET工作状态0置零10预置数1101保持110保持（但C=0）1111计数（2）、555多谐

9、振荡器的功能多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振荡器，也称矩形波发生器。“多谐”只矩形波中除了基波成分外，还含有丰富的高次谐波成分。多谢振荡器没有稳态，只有两个暂稳态。在工作时，电路的状态在这两个暂稳态之间自动地交替变换，由此产生矩形波脉冲信号，常用作脉冲信号源及时序电路中的时钟信号。其电路组成如下图2-3-1图2-3-1 多谐振荡器的电路形式第三章 设计的具体过程3.1 密码识别电路本电路用一个 8位拨码式按键输入开关 ,一个8位拨码式按键密码预设开关。用户必须按下确认按钮后判断该电路输入的密码是否与预置密码一致。将输入信号与预设密码信号经过一定的门电路转化为高低电平后信号输出。一致时输出低

10、电平 ，作为开锁信号；不一致时输出高电平，做为报警信号。电路如图3-1-1所示。3-1-1 密码识别电路3.2秒脉冲产生电路利用芯片555多谐震荡器产生1Hz的周期秒脉冲，做为倒计时和蜂鸣器报警信号如图3-2-1所示。周期计算公式如3-2-1a所示： 3-2-1a3-2-1 脉冲产生电路3.3报警电路用NPN型三极管2N1711对555脉冲信号放大，从而驱动蜂鸣器，使其LED发光二极管导通发光报警如图3-3-1所示。报警电路实现的功能是：当输入密码错误时（输入错误密码次数不超过3次）电路报警3秒，防止他人恶意开锁。报警电路如图3-3-2所示，输错3次后报警电路如图3-3-3所示：3.4报警次数

11、检测电路若用户操作连续失误超过3次，报警10秒。其工作原理如下：当电路报警的次数超过3次，74LS161构成的3位计数器将产生进位，送到555的2脚，使3脚产生10秒钟的高电平脉冲（其脉冲可由公式T=(R1+2R2)Cln2计算得出），送到报警电路，使LED灯导通发出红光，蜂鸣器发声，以达到报警的目的。电路图如下图3-4-1所示：3.5电子密码锁总体电路设计总体电路是在单元电路的基础上整合得到的。密码识别电路信号做为控制555是否工作的信号。555的工作时的输出，做为报警电路的脉冲输入源，同时555秒脉冲信号也是蜂鸣器的工作信号。当用户按下8位密码后密码识别电路识别所输入的密码是否与预置密码一

12、致。将输入信号与预设密码信号经过一定的门电路转化为高低电平后信号输出。一致时输出低电平 ,做为开锁信号；不一致时输出高电平，做为报警信号。利用芯片555多谐震荡器产生1Hz的周期秒脉冲，做为蜂鸣器报警信号。总的设计电路如图3-5-1所示： 3-3-1驱动报警电路3-3-2 报警电路（输错3次以内）3-3-3 输错3次后报警电路3-4-1 报警次数检测电路总的设计电路如下3-5-1所示：3-5-1 总电路原理图第四章 仿真与调试4.1 仿真软件简介（Multisim简介）随着计算机技术飞速发展，电路设计可以通过计算机辅助分析和仿真技术来完成。计算机仿真在教学中的应用，代替了大包大揽的试验电路，大

13、大减轻验证阶段的工作量；其强大的实时交互性、信息的集成性和生动直观性，为电子专业教学创设了良好的平台，极大地激发了学生的学习兴趣，能够突出教学重点、突破教学难点；并能保存仿真中产生的各种数据，为整机检测提供参考数据，还可保存大量的单元电路、元器件的模型参数。采用仿真软件能满足整个设计及验证过程的自动化。Multisim软件是一个专门用于电子线路仿真与设计的 EDA 工具软件。作为 Windows 下运行的个人桌面电子设计工具， Multisim 是一个完整的集成化设计环境。Multisim计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题。学员可以很方便地把刚刚学到的

14、理论知识用计算机仿真真实的再现出来，并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。Multisim极大地提高了学员的学习热情和积极性,真正的做到了变被动学习为主动学习这些在教学活动中已经得到了很好的体现。还有很重要的一点就是：计算机仿真与虚拟仪器技术对教员的教学也是一个很好的提高和促进。(1)直观的图形界面：整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的一样。(2)丰富的元器件库：Multisim大大扩充了EWB的元器件库

15、， 包括基本元件、半导体器件、运算放大器、TTL和CMOS数字IC、DAC、ADC及其他各种部件，且用户可通过元件编辑器自行创建或修改所需元件模型，还可通过liT公司网站或其代理商获得元件模型的扩充和更新服务。(3)丰富的测试仪器： 除EWB具备的数字万用表、函数信号发生器、双通道示波器、扫频仪、字信号发生器、逻辑分析仪和逻辑转换仪外，Multisim 新增了瓦特表、失真分析仪、频谱分析仪和网络分析仪。尤其与EWB不同的是：所有仪器均可多台同时调用。 (4)完备的分析手段：除了EWB提供的直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅里叶分析、噪声分析、失真分析、参数扫描分析、温度扫描分析、极点一零点

16、分析、传输函数分析、灵敏度分析、最坏情况分析和蒙特卡罗分析外， Multisim 新增了直流扫描分析、批处理分析、用户定义分析、噪声图形分析和射频分析等，基本上能满足一般电子电路的分析设计要求。 (5)强大的仿真能力：Multisim 既可对模拟电路或数字电路分别进行仿真，也可进行数模混合仿真，尤其是新增了射频(RF) 电路的仿真功能。仿真失败时会显示出错信息、提示可能出错的原因，仿真结果可随时储存和打印。4.2仿真电路的建立我们用Multisim建立电路模型。电路模型如图4-2-1所示：4-2-1 仿真电路图4.3 仿真效果分析下面是密码识别电路如图4-2-2所示和密码检测及报警电路如图4-

17、2-3所示，输入任意密码的仿真结果与设定的密码值比较如图4-2-4，可以实现电子密码锁功能。 4-2-2 密码输入及修改电路图4-2-3 密码检测及报警电路图 4-2-4 结果比较图仿真后输入的几组密码值基本能够被识别正确与否。例如：假设预先设置的密码为，当人为输入开锁密码假设为时，则通过密码检测电路，改密码输入不正确，输出高电平，做为报警信号。此时利用芯片555多谐震荡器产生1Hz的周期秒脉冲，做为蜂鸣器报警信号。提示输入的密码有误。4.4 调试要点及注意事项当电路报警的次数超过3次，由IC9（74161）构成的3位计数器将产生进位，通过IC7，输出清零信号送往74161的清零端，以实现重新

18、计数。经过IC8（与门），送到IC12（555）的2脚，使3脚产生5分钟的高电平锁定脉冲（其脉冲可由公式T=1.1RC计算得出），经T9倒相，送IC6输入端，使IC6输出低电平，使IC13不能开锁，到锁定的目的。同时，在仿真的时候要多输入几组数据进行观察，并且对相关器件的工作原理要掌握清楚，从而对结果进行准确的分析。 第五章 设计总结电子密码锁的设计是在数字电路、模拟电路课程后，自己设计的课外科技活动。是教学计划中实践方面的重要组成部分，也是落实本科学生科研训练计划的要求。在着重基础、注重前沿的前提下，促进电子信息类专业和课程的建设，促进教学改革，在教学中注重培养大学生的创新能力、动手能力；加

19、强科学研究和工程实践素质的训练，提高自己对实际问题进行设计、制作的综合能力；为后续的毕业设计和在今后工作岗位上独立开展科学研究打下良好基础。同时提升了同学间的团结协作能力。以上为实习期间所设计的电子密码锁电路，它经过多次修改和整理，以是一个比较不错的设计，可以满足人们的基本要求，但因为水平有限，此电路中也存在一定的问题，譬如说电路的密码不能遗忘，一旦遗忘，就很难打开，这可以通过增加电路解决，但过于复杂，本次设计未其中；用开关作74LS112的CLK脉冲，不是很稳定，可以调换其它高速开关或计数脉冲；电路密码只有许多种可供修改，但由于他人不知道密码的位数，而且还要求在规定的时间内按一定的顺序开锁，

20、所以他人开锁的几率很小；电路中未加显示电路，但可通过其它数字模块实现这一功能。这需要一段时间的进一步改进，如果有好的意见，希望老师给以支持。通过这一周的学习，我感觉有很大的收获：首先，通过学习使自己对课本上的知识可以应用于实际，使的理论与实际相结合，加深自己对课本知识的更好理解，同时实习也段练了我个人的动手能力：能够充分利用图书馆去查阅资料，增加了许多课本以外的知识。能对protel 99、和Multisim等仿真软件操作，能达到学以致用。对我们学生来说，理论与实际同样重要，这是我们以后在工作中说明自己能力的一个重要标准。对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！在课程设计中，我感受到了老师对学生的那种悔人不卷的精神，老师利用课余时间来给我们指导，使我们少走弯路，顺利完成实习任务，请允许我向您致意崇高的敬意，感谢你们，老师！ 参考文献1 谢沅清、谢月珍.电子电路基础.北京：人民邮电出版社，1999.2 康华光.电子技术基础（第四版）M.北京:高等教育出版社,1998 3 梁宗善.新型集成块应用M.武汉:华中理工大出