数电设计.docx
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数电设计
专业：
电子信息工程
学号：
数字电子技术课程设计
设计课题：
六位数字密码锁
院（系、部）：
学生姓名：
指导教师：
年月日
摘要
数字密码锁是一种由一把物理钥匙和数字电路构成的安全锁。
该锁有两层安全保障，一是物理锁，二是数字锁。
其中物理锁是物理安全上的保障，物理锁打开后给数字电路加电，确保数字电路有正常的驱动电源；数字电路是由编码器、寄存器、触发器、数值比较器、计数器、只读存储器构成。
在物理锁打开的前提下才能获取数字锁的打开权限，数字电路经过密码验证后，通过后续电路打开安全设施。
其中两者缺一不可，物理锁损坏后不能正常开启数字锁电路，同理数字锁电路损坏后也是不能开启安全设施的。
由于物理锁有时比较繁琐，大型的安全设施不易用物理锁控制，而用数字电路容易控制大型安全设施。
本设计从安全角度构思，分析所需逻辑电路，查阅资料，自行设计。
本数字密码锁的密码采用预先写入，写入后不能更改，若须更改得更换ROM存储芯片！
关键词：
数字锁；编码器；只读存储器；
Abstract
Digitallockisaphysicalkeyandfromthedigitalcircuitsofthesafetylock.Thelockhastwolayersofsecurity,onephysicallocks,thesecondisthenumberlock.whichisaphysicalsecuritylockonthephysicalprotection,physicallockopenafterthepowertodigitalcircuits,digitalcircuitstoensureanormalpowersupply;digitalcircuitisbytheencoder,registers,flip-flops,magnitudecomparator,counter,read-onlymemoryform.Inthephysicalcontextinordertounlockthelocktoopenaccesstodigitalrights,digitalcircuitthroughpasswordauthentication,throughfollow-upsafetycircuitisopen.Bothofwhichsystemonecannot,afterthephysicaldamagetothelockdoesnotopenthedigitallockcircuit,empathydamageddigitallockcircuitisnotopensecurityfacilities.Asthephysicallocksaresometimesmorecomplicated,large-scalephysicalsafetylockwitheasytocontrol,andeasytocontrolwithlargedigitalcircuitsafety.Thedesignideafromasecuritypointofview,analysisofthenecessarylogic,accesstoinformation,todesign,debug.Thedigitallockpasswordusingapre-written,cannotbechangedafterwriting,mustbereplacediftheneedtochangetheROMmemorychips!
Keywords:
Digitallock；encoder；ROM
引言
数字密码锁是一种比物理机械锁更智能的安全锁，数字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，有简易的电路产品，也有基于芯片的性价比较高的产品，基于芯片的锁比较复杂，数字密码铴随机开锁成功率几乎为零，其次抗干扰码功能强，在输入正确密码前可输入任意码。
1设计任务与要求
1.1、任务
设计一个数字型密码锁，密码自由控制。
1.2要求
要求掌握数字电子的基本知识，进行一些初步训练，为以后学习专业课打好基础。
利用教材所学的知识设计一个数字密码锁。
构思功能，分析结构。
完成结构图，设计出原理图。
对原理进行分析，得出结果。
2方案设计与论证
2.1方案：
、设计一个六位十进制密码的密码锁。
、设计一个六位二进制密码的密码锁。
2.2方案分析：
方案a是预置一个六位十进制密码存储在ROM存储器中，当密码输入错误时发光二极管光起，蜂鸣器响起，六位密码有一个输入错误时ROM计数器重置，并亮起红灯提示错误，密码是由一个16×4的ROM密码表和一个16进制的计数器构成，计数器可以预设，从密码表中获取密码，修改密码有两种方式，
（1）修改16进制的预置数，
（2）修改ROM中的密码表。
方案b是预先设定好的六位二进制数密码，该密码可以修改。
输入密码按确定键后，若密码正确则锁打开，只要输入密码就能进入，次序任意。
任意输入密码而不按确定键的话电路不会有反应。
根据分析，方案a适合一般人使用，没有复杂的步骤，易于操作，并且密码复杂，
3单元电路设计与参数计算
3.1电路原理（见结构图）
结构图
当物理锁开启后给数字电路部分加电，此时寄存器清零产生一个脉冲对4移位寄存器U1、U2进行清零，当按下键盘按键后由十进制编码器产生BCD码，此BCD码暂时存储在4移位寄存器U1中，并且由于按键产生电位变化经G1转换后送到单稳态触发器中产生脉冲Q-CLOCK使得来自ROM中的密码和4移位寄存器U1,U2中的密码送到数值比较器中进行比较，若比较后相同，A=B输出1，产生高电位对8移位寄存器产生作用，8移位寄存器进行移位，并且由A=B对ROM的地址时钟TIMEB进行激发，使得ROM中的十六进制计数器进行加一，读出ROM中的密码并送到寄存器U2中，等待下一个按键产生的BCD码！
若比较不同后，即A=B是0，此时密码错误显示器提示密码错误并将ROM中的十六进制计数器归位，也就是说将十六进制计数器恢复到第一密码的ROM地址，要想打开密码锁必须重新从第一个密码输入。
BCD编码器由按键产生的编码如下：
FunctionTable
INPUTS
OUTPUTS
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
D
C
B
A
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
X
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
X
X
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
X
X
X
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
X
X
X
X
1
0
0
0
0
0
0
1
0
0
X
X
X
X
X
1
0
0
0
0
0
1
0
1
X
X
X
X
X
X
1
0
0
0
0
1
1
0
X
X
X
X
X
X
X
1
0
0
1
1
1
X
X
X
X
X
X
X
X
1
0
1
0
0
0
X
X
X
X
X
X
X
X
X
1
1
0
0
1
74121FunctionTable
INPUTS
OUTPUTS
A1
A2
B
Q
-Q
L
X
H
L
H
X
L
H
L
H
X
X
L
L
H
H
H
X
L
H
H
↓
H
APositivePulse
ANegativePulse
↓
H
H
APositivePulse
ANegativePulse
↓
↓
H
APositivePulse
ANegativePulse
L
X
↑
APositivePulse
ANegativePulse
X
L
↑
APositivePulse
ANegativePulse
H=HighLogicLevelL=LowLogicLevelX=CanBeEitherLoworHigh
↑=PositiveGoingTransition↓=NegativeGoingTransition
74ls165
Comparinginputs
Cascadinginputs
Outputs
A3,B3
A2,B2
A1,B1
A0,B0
A>B
AA=B
A>B
AA=B
A3>B3
X
X
X
X
X
X
H
L
L
A3X
X
X
X
X
X
L
H
L
A3=B3
A2>B2
X
X
X
X
X
H
L
L
A3=B3
A2X
X
X
X
X
L
H
L
A3=B3
A2=B2
A1>B1
X
X
X
X
H
L
L
A3=B3
A2=B2
A1X
X
X
X
L
H
L
A3=B3
A2=B2
A1=B1
A0>B0
X
X
X
H
L
L
A3=B3
A2=B2
A1=B1
A0X
X
L
L
H
L
A3=B3
A2=B2
A1=B1
A0=B0
H
L
L
H
L
L
A3=B3
A2=B2
A1=B1
A0=B0
L
H
L
L
H
L
A3=B3
A2=B2
A1=B1
A0=B0
L
L
H
L
L
H
A3=B3
A2=B2
A1=B1
A0=B0
X
X
H
L
L
H
A3=B3
A2=B2
A1=B1
A0=B0
H
H
L
L
L
L
A3=B3
A2=B2
A1=B1
A0=B0
L
L
L
H
H
L
16×4位ROM数据表
地址输入
数据输出
地址输入
数据输出
A3
A2
A1
A0
D3
D2
D1
D0
A3
A2
A1
A0
D3
D2
D1
D0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
0
1
0
1
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
0
1
0
1
1
1
1
1
0
1
0
1
1
0
1
0
0
0
1
1
1
0
0
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
空心为密码，加粗为密码地址！
预置ROM地址为：
0011密码为：
537804
74ls04是一个取反，不做详细说明！
7432说明书
INPUTS
OUTPUT
A
B
Y
L
L
L
H
L
H
L
H
H
H
H
H
74ls194寄存器
CP
S1
S0
功能
Q3Q2Q1Q0
X
0
X
X
清除
=0，Q3Q2Q1Q0=0000
正常工作时：
=1
↑
1
1
1
送数
Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0
↑
1
0
0
右移
Q3Q2Q1Q0=DsrD3D2D1
↑
1
1
0
左移
Q3Q2Q1Q0=D2D1D0Dsl
↑
1
0
0
Keep
1
X
X
Keep
4总原理图及元器件清单
4.1总原理图
BCD编码器
寄存器清零
4寄存器×2
G1或门，取出按键消息
单稳态触发器
数值比较器
8移位寄存器，预设值为01000000
ROM内部计数器的ROM密码存储
密码错误警告
4.2元件清单
Comment
LibRef
Designator
Quantity
Cap
Cap
C1,C2,C3,C4,C5
5
BCD编码器
40147
CC1
1
DVaractor
DVaractor
D1,D2,D3,D4,D5
5
LED0
LED0
D6
1
Buzzer
Buzzer
LS1
1
3049
NPN
Q1
1
Res2
Res2
R1,R2,R3,R4,R5,R6,R8,R7,R9,R10,R11,R12
12
16×4位ROM
ROM16×4
ROM1
1
SW-SPST
SW-SPST
S1
1
SW-PB
SW-PB
S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8,S9,S10,S11
10
74LS194
74LS194
U1,U2
2
74hc165
'74hc165
U3
1
74121
74121
U4,U5,U6,U11,U12
5
74LS85
74LS85
U7
1
7432
7432
U8,U9
2
74LS161
74LS161
U10
1
74LS04
74LS04
U13
1
结论与心得
通过分析设计，本次设计采用两种方案，一种是六位十进制密码的密码锁，此设计的密码是固定不变的，但是相对于六位二进制密码来说安全性比较高；另一种是六位二进制密码的密码锁，此设计的密码过于简单，安全性过于低。
在设计的过程中每天都去图书馆查阅资料，从早上七点到晚上构思，分析，查找芯片功能的芯片说明书，最后设计电路图，设计中独立思考，自行设计，参阅大量文献资料，从其中获得诸多知识。
在设计中熟练的掌握了软件Altiumdesigner的使用，并且了解到了各个芯片的使用。
本次课程、设计为以后毕业设计打好基础。
毕业设计是系统的工程设计实践，而课程设计的着眼点就是让学生从理论引导学生到实际方面，运用学过的分析和设计电路的理论知识，逐步掌握工程设计的方法，同时，课程设计报告的书写也为了以后撰写科技报告和技术资料打下了良好的基础！
在设计中一个人的思维总是不及多人的，要及时请教别人，为自己的设计找出缺点和不足，设计中思绪要保持清晰，
参考文献
[1]【美】DigitalFundamentals，NinthEditionThomasL.Floyd著余璆等译，北京：
电子工业出版社2008年
[2]数字电子技术梅开乡、郭颖北京大学出版社2008年
[3]数字电子技术江晓安董秀峰杨颂华（第二版）西安电子科技大学出版社2002年
[4]实用数字电子技术包长春中国农业科技出版社2001年
[5]电子技术基础数字部分第五版康化光高等教育出版社2006年
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