双频率数字保密锁电路设计.docx

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双频率数字保密锁电路设计

双频率数字保密锁电路设计

摘要

密码锁是实际应用极为广泛的一种数字电路，它的主要功能是用来对某些操作进行加密保护，目的是避免无权人员使用某些措施或者进行越权操作。

保密锁设计电路很多，其门锁控制器的设计方法更是五花八门。

机械式密码锁是电路结构比较简单的保密锁，但其安全性比较差，因此，具有防盗性功能的电子密码锁代替弹子锁和机械式密码锁已是必然趋势。

随着科技的发展，现在设计出的双频率数字密码锁具有难破译、保险度高和抗破坏能力强等特点，应用极为广泛。

这将使双频率数字保密锁的设计走向一个保险、简单、抗破坏的新时代。

首先，本文将概述双频率数字保密锁电路的基本原理及特点，并且阐述选择双频率的原因。

其次，本文将讲述系统中核心部件及其电路的基本工作原理，简述备用电源电路的设计目的。

最后，本文将简要叙述画图软件Protel的基本组成，讲述系统电路所用的电子元器件的基本工作原理及其调试方法。

关键词：

双频率，数字，保密锁

Thedesigncircuitsofdoublefrequencydigitalprivacylock

Abstract

Thecodelockisadigitalcircuitthathasallkindsofpracticalapplication,itsmainfunctionisusedtoencryptandprotectsomeoperationanditspurposeistopreventsomepeoplewhohavenorightsfromusingsomemeasuresoroperatingwithoutpermission.Notonlydoestheprivacylockhassomanycircuits,butalsothecontrollerofgatelockownsallkindsofmethodsofdesign.Themechanicalcodelockisakindoflockthathasarelativelysimplecircuitstructurebutpoorsecurity.Soitisaninevitabletrendthatelectroniccombinationlocksthathaveanti-theftfeaturereplaceinsecuremechanicalcodelocks.Withthedevelopmentoftechnology,thecurrentdoublefrequencydigitalprivacylockhaslotsoffeaturessuchasdifficulttodecipher,highinsurance,goodresistancetodestroyandsoon,whichisextensivelyused.Sothesecharacteristicsmakethedoublefrequencydigitalprivacylockgointoaneweraofinsurance,simplenessandtamperresistance.

Atfirst,thispaperwillintroducethebasalprincipleandcharacteristicofdoublefrequencydigitalprivacylock,andstatesreasonsofchoosingdoublefrequency.

Thesecond,thispaperwilldescribethecorepartsinsystemandthebasicworkingprinciplesofcircuits,andtalkabouttheintentionofdesigningstand-bypower.

Atlast,thispaperwilldescribebrieflythebasicelementsofdrawingsoftwareProtel,andgiveanaccountofthebasicworkingtheoryofelectroniccomponentinsystemiccircuitaswellasthemethodofdebugging.

Keywords:

doublefrequency,digital,privacylock

1绪论1

1.1课题背景1

1.2国内外发展现状1

1.3课题研究现状2

1.4论文构成及研究内容2

2主要元器件介绍4

2.1CMOS反相器4

2.1.1CMOS反相器工作原理4

2.1.2CMOS反相器传输特性5

2.1.3CMOS反相器动态特性6

2.2CD4069CMOS六反相器引脚及其功能8

2.3LM324四运放集成电路9

2.4CD4060计数器10

2.5二极管的工作原理11

2.5.1二极管的导电特性11

2.5.2二极管的主要参数13

2.5.3二极管的应用14

2.5.4特殊二极管14

2.6基本谐振电路15

2.6.1并联谐振电路15

2.6.2串联谐振电路17

2.7电源电路及其原理18

2.7.1电源变压器19

2.7.2桥式整流电路20

2.7.3备用电源电路21

3双频率数字保密锁电路23

3.1电路的工作原理23

3.2电路的制作与调试24

3.2.1电路的调试24

3.2.2Protel软件介绍26

结论28

致谢29

参考文献30

附录31

1绪论

1.1课题背景及目的

密码锁是实际应用极为广泛的一种数字电路，它的主要功能是用来对某些操作进行加密保护，目的是避免无权人员使用某些措施或者进行越权操作。

例如银行自动柜员机、自动售货机、门卡系统或者保险柜中都含有这种密码锁。

在电子技术飞速发展的今天，具有防盗性功能的电子密码锁代替弹子锁和密码量少、安全性差的机械式密码锁已是必然趋势。

而双频率数字密码锁具有难破译、保险度高和抗破坏能力强等特点，应用极为广泛。

然而，保密锁作为我们生活中的一部分，我们既要知其然，还要知其所以然。

因此，我们有必要去研究保密锁的工作原理。

在表面看来，保密锁只是一个较小的金属外壳，但是其中的奥秘又是很多人想知道而又无法知道的，为何一个简单的金属外壳会有如此神奇的功能，其中的理论又是什么呢？

19世纪兴起的数字电路以其先天的便捷、稳定的优点在现代电子技术电路中占有越来越重要的地位。

数字电路与模拟电路相比有显而易见的稳定性。

近年来，数字电路又有了巨大的发展。

可编程逻辑器件（PAL、GAL等）的发展和普及最终使IC的设计面向了用户（这是模拟电路无法做到的），而这毫无疑问会给用户带来巨大的便捷，从而奠定它在电子电路中的地位。

如今大多数的保密锁都是基于数字电路来设计完成的。

在能源比较匮乏的今天，数字保密锁在应用方面更表现出一种节约能源的魅力，在科技发达的今天，在一个到处都充斥着电子信息的今天，双频率数字保密锁表现出它的另一个特点：

难破译，这将使保密锁表现出它更广阔的天地。

数字保密锁更要体现出它难破译、保险度高和抗破坏能力强的特点。

本课题的研究让我们能初步了解数字保密锁的特点，熟悉它的技术指标，认识了解它的功能进而能对它有深刻的认识。

1.2国内外发展状况

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。

但较实用的还是双频率数字保密锁。

20世纪80年代后，随着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。

1.3课题研究现状

 电子密码锁从目前的技术水平和市场认可程度看，使用最为广泛的是双频率数字保密锁，该产品主要应用于保险箱、保险柜和金库，还有一部分应用于保管箱和运钞车。

为了发扬优点、克服弱点，整个电路采用COMS器件，所以功耗很小，完全不必担心整机的耗电量。

如果采用贴片元件，整个电路可以做得很小，“电子钥匙”的大小可以与平常得钥匙相比拟，方便携带。

锁栓可以用电磁锁，也可以由平常的锁加电磁铁改装而成。

整个锁的成本很低廉，电路的成本最多要五十元。

电磁锁的价格也不过三十至四十元左右，非常适合制作。

总之，尽管新式电子防盗锁层出不穷，但双频率数字保密锁仍然“老树发新芽”，不仅在市场上居于主流地位，而且，还经常作为其他类型电子防盗锁的辅助输入手段。

1.4论文构成及研究内容

本文首先主要介绍设计双频率数字保密锁电路所用到的各个元器件及典型电路的基础知识，然后介绍双频率数字保密锁的工作原理，主要研究该电路的各个部位的结构及性能。

双频率锁采用“电子钥匙”作为钥匙来开启门锁，具有难破译、保险度高、抗破坏力强的优点。

它由三部分组成：

电子钥匙、门锁控制器、门锁。

其中“电子钥匙”是关键，“门锁控制器”是核心。

“电子钥匙”原理：

它由两个振荡器构成。

振荡器由COMS器件构成，振荡频率稳定，受环境影响小。

两个振荡器产生的频率各不相同，而且每个振荡器的设定范围很宽，从几K到几十K，从几十K到几M。

这样即使想用扫频仪之类东西来作为频率发生器开启门锁也是相当困难。

“门锁控制器”由保护电路、输入回路、鉴频电路、缓冲、放大、整流、滤波、电压比较、比较延时电路、定时器、输出驱动等组成。

保护电路用于人为的或其他原因输入过大的信号时自动切断输入信号，从而起到保护后级电路的作用。

输入回路起到把输入信号耦合到鉴频回路的作用。

鉴频回路对输入信号的频率进行鉴别，当输入信号与鉴频电路预设的频点相一致时，输出的信号最强，经缓冲、放大、整流、滤波后，输出直流电压，再送到比较器与电路中设定电压进行比较，两个比较器输出的直流信号相遇后，再经延时电路，最后送到末级作为开启的控制信号触发驱动电路，驱动锁栓。

其中鉴频电路、缓冲、放大、整流、滤波电路作用是把两路信号的频率与预设的两个频点进行比较的结果转变成一个直流电压，只有当信号的频率在预设的频点两端很小的范围内时，输出的直流电压才最高，否则输出的直流电压很低。

输出的直流电压与预设电压值经电压比较器输出高电平，两个高电平相遇后输出的高电平经一秒的延时后再向驱动电路送去开启信号。

延时一秒的目的是为了进一步提高锁的保险度，如果想采用如扫频的方式来输入两路信号，即使某个时刻输入的两个信号的频率与预设的频点一致，但因为有一秒钟的延时才能开启门锁，