数字电子课程设计Word下载.docx

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2017年6月30日

一、用途

数字电子锁死一种通过密码输入控制电路或者芯片工作，从而控制机械开关的打开或者闭合，完成开锁、闭锁任务的电子产品。

由于保密性好，方便快捷的特点，广泛应用于超市、住家、办公场合。

二、主要技术指标

一个8位串行数字密码锁，该锁只有当依次收到的8位串行码与预定的二进制数码一致时，才能被打开。

三、设计步骤

3.1电路设计原理图

图3.1电子密码锁原理图

本次项目设计的电子密码锁由电子密码输入电路、编码电路、密码存储电路、密码输出电路、密码比较电路和开锁控制电路组成，仿真主要针对输入电路、编码、存储和比较电路。

原理图见图3.1。

3.2电路实现

本次的实际仿真电路如图3.2所示，仿真平台基于Proteus。

在实现基本的密码锁功能的前提下，本项目对锁的功能进行了提升。

电子锁密码可实时更换，并且操作简单；

设置有清零键，便于输入错误时重新输入；

电子锁本身依靠按键动作产生脉冲信号，简单可靠，鲁棒性相对较强；

电路结构简洁，使用中等规模的集成电路，使得设计、实现性更强。

电路使用的集成电路有74LS138、74LS148、74LS163、74LS194、74LS85等。

图3.2仿真电路图

3.2.1数字按键电路

键位设置见图3.3。

电子锁的按键设置为11位，其中芯片U1设置6位密码位，U2设置2位密码位，按键按下代表密码位为0，弹起代表1，以此表示8位二进制密码；

其余两位：

U2的1端口用作*位键来确认密码设定完毕，U2的7端口用作清零键来覆盖输入密码时可能出现的错误。

图3.3密码锁键位设置

3.2.2编码电路

输入电路的核心是用两片线8线-3线编码器74LS148组成的一个16线-4线编码器，芯片的输入端对应11个键位，编码器输出Z3、Z2、Z1、Z04位二进制编码，两片74LS148的Z2、Z1、Z0经过与非门后分别对应着8片74LS194的D2、D1、D0，U1的EO端作为输出端Z3，Z3经过非门后对应8片74LS194的D3端。

图3.474LS148功能表

图3.574LS148引脚图

由其功能可知，该电路中两片74LS148交替处于工作状态，由于

于是可以利用两芯片的GS端经异或门后输出为CP脉冲信号。

并且在无输入的情况下CP为0，当有键位被按下，就会产生输入信号使得CP为1，这样就构成了CP单次脉冲，该脉冲信号是74LS148、74LS194和74LS136的时钟信号，来控制信号的串行输入。

U5~U8和U13~U16作为数据传输电路，U5~U8在设置密码的过程中起到将密码编码传送给密码存储电路的作用；

设置密码完成后，U13~U16将经过转换后的串行信号Z3、Z2、Z1、Z0传输到比较电路的B3、B2、B1、B0端参与密码比对。

传输电路的核心是双向位移寄存器74LS194，这里主要使用其数据传送的功能，具体芯片功能及引脚分布见图3.6。

图3.674LS194的功能表

数据输入的主要控制电路的核心是74LS163实现的置数法4进制加计数器以及一个74LS138译码器。

前者控制密码中的有效编码为4位，后者决定数据传输电路中工作的芯片，以实现对4位有效编码的分时、串行的传输和存储。

电路部分见图3.9。

由其功能表不难看出，当输入为三线时（本电路中A2

，输入信号实则为A0、A1控制）74138经过输出端的反相，使得输出信号按照Y0、Y1、Y2、Y3的顺序依次为高电平，就实现了4片74194按顺序依次发挥数据传输的作用

图3.874LS138的功能表

图3.9数据的主要控制电路

3.2.3密码存储电路

密码的设置需要将4个单刀双掷开关都置于非地端，一次按下一位密码按键，在8位密码键中选输4位有效新密码，当74LS163输出端ABC=000时，第一片74LS194置数；

当输出端ABC=001时，第二片74LS194置数；

当输出端ABC=010时，第三片74LS194置数；

当输出端ABC=011时，第四篇74LS194置数。

图3.10密码储存电路的主要部分

设置完成后要先将4个单刀双掷开关全部置于地端，再连续按下4次*号键（对应U2的1端口），密码设置成功。

在这个过程中，4位二进制编码在数据控制电路的第一轮工作周期中会依次传送给U5~U8的B3、B2、B1、B0端口并传输给各自的Q端口，即相当于将编码传送给与其相连的74LS85的A3、A2、A1、A0端口；

在第二轮工作周期中，4片74LS194（U5~U8）的S0、S1都为0，此时的四片74LS194（U5~U8）都处于保持状态，而7485的A端保持着74194传输的编码（电位），至此密码存储完成。

最终，密码相当于以4个电位高低的形式存储在数据比较器74LS85的A3、A2、A1、A0端口。

3.2.4密码比较电路

锁在使用时，要依次输入4位有效密码按键相当于二进制编码中的0电位，其余编码位为1电位。

每按一次按键，就会一个单次脉冲产生，使得74163构成的计数器开始工作，当74LS163的输出端ABC=000时，第一片74LS194置数；

当输出端ABC=001时，第二片74LS19置数；

当输出端ABC=011时，第四片74LS194置数。

如果输入有误，可以按下清除键（对应U1的7端口的按键），此时74LS163的计时从A1A0=00开始一个新的工作周期，依次重新输入即可覆盖原来输入的编码（即达到抽象意义上的“清零”）。

由于密码存储电路中74LS194的输出端连接到比较器74LS85的A输入端，密码输出电路中74LS194的输出端接到74LS85的B输入端。

每次按键输入完成后，输入的4个有效编码信号会依次经不同的74194并行传输给7485（U17~U20）的B端口，而后每片74LS85的A=B端分别接到一片74LS194的输入端，该74LS194的S0、S1接1，使74LS194处于置数状态，又有外加的方波信号保证A与B端口实时比较，74LS194的输出端又通过一个4输入的与门相连，最后连接一个LED灯，只有当每片74LS85的A=B都为高电平时，灯才亮。

如果输入的密码和设置的密码相同时，LED灯变亮，反之LED灯不亮，分别表示锁开和锁不开两种状态。

图3.11密码比较电路与开锁电路

四、电路仿真

4.1脉冲产生调试

借用电压探针显示某时刻电路节点的电压大小，高电位为逻辑1，零电位为逻辑0，由仿真结果可知，当有任意按键按下时，U3：

D的显示电压为“SHI”（高电平），当没有电键按下时，显示“SLO”（低电平）。

说明脉冲信号产生正常。

图4.1脉冲调试

4.2数据传输调试

验证数据控制电路的功能，实现按一次键产生一次脉冲，74163四进制加计数器加一次，74138输出高电平换一个端口，实现对74194的逐个数据并行传输使能，借用电压探针显示电路的电位变化。

由三次按键测试可知，每次任意按下一个按键，74138的四个输出中仅有一个为“SHI”高电平，其它为“SLO”低电平，而这四个输出端连接74194的S1S0，由其功能表可知当S1S0=11时就会使74194进入并行数据传输的状态，因此可知，74138与74163实现了在74194之间的选择，使得多个74194可以工作于串行状态下，为密码的串行输入、存储、比较提供了基础。

图4.2数据传输控制与选择调试

4.3密码锁功能调试

按照要求设置八位二进制密码，其中有效密码编码为四位。

图4.3是锁未打开的时候的状态，借用电压探针显示各端口的电压状态，当四次输入的信号都要不满足四位密码编码的情况时，得到了QA=B端口都是“SLO”低电平，使得二极管一端的电压为0V，即灯不亮，锁未打开。

图4.3电子锁功能测试1

在按照设定的密码依次按下按键，这时可以得到下图的结果，显然灯是亮着的情况，此时锁是打开的状态。

、

图4.4电子锁功能测试2

清零端的功能测试。

在输入真确编码的时候，输入错误一个按键，由于是串行编码的电子锁，所以使用“清零”功能，多次按下U2的7引脚对应的清零按键，重新开始输入。

多次按下按键后74163的输出一直为ABC=000（三个输出端的电压显示为“SLO”）。

证明清零功能正常。

图4.5清零功能测试

五、小结

5.1仿真平台真的很重要。

课程项目花的时间最多的在搭建平台上，仿真软件使用不熟练，原理搞懂在面对实际问题的时候也是捉襟见肘，看书跟做项目真的是两回事儿，实际中的问题远比题目的设定要复杂和无规律的多，因此项目很有必要多仿真几遍，软件没用熟的苦苦熬了几天也逐渐有眉目，搭建电路、实时分析网络功能的速度也有点起色。

关键查的书多，练习也足够了！

5.2最难还在电路的调试。

就算是按照样例把电路搭好了也不一定能达到自己想要的输出结果，原理没有问题，可是元件的参数就是搞不准确，效果也保证不了，参考书也不是很靠谱，翻阅的书要不就是大同小异，要不就会错误明显，有价值、优秀的书百里挑一，这时最伤脑筋的。

然而跳出依赖参考书的误区，必须得自己思考、验算，不能抱着省事儿的想法去找本书来抄，而是应该本着学习更扎实的方向去查阅，在不断修正和参考过程逐渐就提高了自己能力，所以几小时搞定一款仿真软件入门还是可以的。