数字逻辑大作业报告.docx

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数字逻辑大作业报告

数字逻辑大作业报告

题目：

电子密码锁的设计

成员：

指导老师：

目录

1．设计要求........................................................................................3

2．工作原理、系统方框图...............................................................4

3．各部分选定方案及电路组成、相关器件说明..........................15

4．调试过程........................................................................................16

5．设计结论........................................................................................16

6．设计心得与总结............................................................................17

7．参考文献.........................................................................................19

8．附录一：

总体器件表及相关器件的功能表、管脚分布..........19

　　附录二：

总体设计图....................................................................29

　　附录三：

仿真结果........................................................................29

附录四：

小组各成员所做工作说明

每个成员对最终方案的贡献........................................31

一：

设计要求

（1）设计一个开锁密码至少为4位数字（或更多）的密码锁。

（2）当开锁按扭开关（可设置8位或更多，其中只有4位有效，其余位为虚设）的输入代码等于所设密码时启动开锁控制电路，并且用绿灯亮、红灯灭表示开锁状态。

（3）从第一个按扭触动后的5秒内若未能将锁打开，则电路自动复位并发出报警信号，同时用绿灯灭、红灯亮表示关锁状态。

二：

工作原理、系统方框图

1.工作原理图：

2.组成原理：

本系统一共分为九个部分：

1按键部分；

2输入数字储存部分；

3密码比对部分

4输入位置储存选择部分

5输入倒计时部分

6锁定倒计时部分

7开锁判断部分

8输入数字显示部分

9倒计时显示部分

1．按键部分

一共１０个按键，一端共同姐ＶＣＣ－５V电源，另一端各有一个输出，作为密码锁的输入端。

按键后面接７４ＬＳ１４７Ｄ，将按键输入的１０进制转换为４位二进制数。

按键后同时接９个相与的与门，再有按键按下时输出高电平１，并传递给锁定倒计时部分和数字存储部分。

2.输入数字储存部分

此部分有3个小部分，如上图标识Part1、Part2、Part3

Part1：

此部分为一个74LS290D用作异步清零模四计数器。

输入为从第一部分传入的信号，每传入一个信号，输出一个对应的二位二进制数，输出到Part2。

Part2：

此部分为一个2-4译码器。

接收到从Part1输出的信号后，从四个输出端对应端口输出数据，并传入到Part3.

Part3：

此部分为4个相同的储存单元组成，每一个存储单元为一个4位寄存器，用以存储输入的10进制数。

每个寄存器由4个高电平触发的D触发器组成。

此部分接收到Part2传入的信号，用以选择4个存储单元中的某一个。

同时，该存储单元由于接收到Part2传入的高电平信号，将由第一部分（按键部分）传入的信号存储起来，并将信号传入到密码比对部分。

3.密码比对部分

此部分为8个74194N芯片组成，均分为四组。

每组左端的芯片接收到密码存储部分Part3传入的信号，并与右端的设定的密码相与，然后四组相与的结果再相与输出一个信号。

若为1，则由按键输入的密码与预设密码相同；为0则不同。

4.输入位置储存选择部分

此部分即为输入数字储存部分Part2.上已描述，此处不再赘述。

5.输入倒计时部分

此部分由2个主要Part组成。

Part1：

为74LS290D，输入信号为：

第二部分（输入数字储存部分）Part1输出的两位2进制信号相或后与一个10Hz的时钟相与以及第七部分（开锁判断部分）输出信号，起模五计数的功能，即为输入5秒倒计时功能。

Part2：

此部分为1个7448N芯片，将模五计数器输出的两位二进制数转化为7段显示数码管的输入信号。

见第八部分（输入数字显示部分）Part2.

6.锁定倒计时部分

此部分为一个模90计数器（频率为1Hz）。

开始计数信号为第七部分（开锁判断部分）的输出信号，即首次输入并判断后开始计时。

当超出90秒后，将锁定灯点亮。

未超出90s时，输出信号与第七部分（开锁判断部分）相与，共同判断是否开锁。

7.开锁判断部分

此部分为一个7474ND型触发器。

，输入信号为第三部分（密码比对部分）输出的0或1，时钟为第五部分（输入倒计时部分）。

输出信号与第六部分（锁定倒计时部分）相与，共同判断是否开锁。

8.输入数字显示部分

此部分输入信号为第二部分（输入数字储存部分）输入存储的结果——每一组存储单元存储的数据（即由第一部分（按键输入部分）输入的数据）。

经由74487段显示译码管译码为相应的信号输入到7段显示器中。

9.倒计时显示部分

此部分输入信号为第五部分（输入倒计时部分）的模五信号。

并经由74487段显示译码管译码为相应的信号输入到7段显示器中。

10.开锁、锁定、锁死显示部分

此部分为3个灯，X3、X1、X2，当工作时X2显示为红色，当解锁成功是X2熄灭，且X1显示为绿色，当90s倒计时结束时，锁死提示灯X3亮起。

三：

各部分选定方案及电路组成、相关器件说明

按键部分：

9个按键、74LS147D芯片、9个与门

输入数字储存部分：

74LS290D、74LS139D、16个D型触发器

密码比对部分：

8个74194N芯片

输入倒计时部分：

74LS290D、7448N芯片

锁定倒计时部分：

2个74LS290D芯片级连

开锁判断部分：

D型触发器

输入数字显示部分、倒计时显示部分：

共5个7段显示数码管

开锁、锁定、锁死显示部分：

3个灯

四：

调试过程

通过个路线中插入探针，在输入过程中显示电流变化，以追踪错误、修正错误。

五：

设计结论

根据基本的数字逻辑原理能够设计出一定复杂度的电子密码锁。

本次课程设计，历时1个多星期，经过不断努力、克服各种困难，最终实现了任务目标。

本次设计解决的主要问题是输入密码存储及判断部分。

设计是理论知识与实践的完美结合，对于现代大学生的实践能力是个很好的培养。

短短一个星期的设计时间虽然短暂，但它给我们的收获却是难忘，不仅仅在智能仪器方面有了很大的进步，而且在max+plus2和Multisim等软件方面也学到了不少在课上学不到的知识。

这段时间，我们查阅了很多关于课程设计的书籍，对我们的帮助也很大。

通过此次设计实验，我们的动手实践能力和兴趣增加了许多。

有了这次经历，以后的工作一定会受益匪浅。

同时在实验中，我们也看到了自己的不足。

如原理知识掌握不实，曾经学过的知识运用方存在缺陷，软件使用不熟。

六：

设计心得与总结

王一江：

作为本次大作业的主要设计人，本人在设计制作时，遇到了许多问题与麻烦，也因此获得了许多有用的经验，在设计整体电路结构以及细节实现方案时，通过先画草图形成构思，然后再进行软件实现，在设计时，由于选题的可创造空间较大，在设计之初为了减少返工就对将要实现的额外功能预留实现空间，从而提高了效率，在实现时，本小组原本打算用maxplus2进行展现，并于其上制作了部分基本功能单元，但由于其仿真效果差，而且仿真真实度低，且测试抽象，难以修改，而换用multisim软件（下文简称MU）全组成员在一天集中学习了该软件的操作方式，以及功能特点，并最终实现了真实操作的效果，在此期间我负责部分功能单元的实现与总体设计的实现（即将各个功能单元相连接，使得密码锁成功使用），在这一部分本人花费了很长世间经行调试与修改，由于MU软件的仿真程度高，所以设计中存在的不恰当设计被暴露无遗，多处信号的竞争冒险导致电路无法正常工作，于是本人尝试了多种办法，并最终通过反向器缓冲使得电路按设计正常工作，在七段数码管显示方面，由于MU提供的器件特性在没串联电阻时数码管无法正常工作，数字闪烁，起初本人以为是电路设计错误并经行了相关检验，在最后也未能找到原因，上网查找相关内容后终于解决，好在MU提供的功能十分丰富，所以本小组在调试时充分利用了探针检验电路电压，在探针的指示下查找线路问题。

另外由于MU的一些BUG导致仿真出错难以发现，但本人用探针指示发现在产生BUG时线路电压一般为未知，于是成功解决相应问题。

另外作为项目负责人，除了设计制作外还要对组员进行任务的分配，在人员协调安排方面，本人遇到了人员工作能力鉴别，与人员工作积极性的调动问题，在给组员安排任务后，有组员无法及时完成，以及不专心工作的情况发生，并且影响了项目进度，导致项目时间延长。

在任务的分配方面，关于整个系统的设计组员无法完全掌握，因而导致组员对任务不理解和完成结果不合理等问题，使合作效率下降。

总之，在这次大作业中，通过各种问题的处理，麻烦的解决，我得到了许多经验:

在设计多系统多单元的任务时，每个单元要预留接口以便最终连接；在制作中遇到根源性问题时，应果断停止，另辟蹊径，反而提高效率；在问题出现后要通过多方面的分析，通过各种工具、途径解决问题，善于使用方便可得的资源；人员安排方面应该对每个人的能力都做好仔细的分析，合理的安排任务；在小组合作时，预先制定好标准便于后期处理，在完成自己的部分时不能偷懒胡做，而应该更仔细认真，如果草草处理只可能使后期处理更加困难，导致1+1<1的情况发生不如一人制作。

区志祥：

在这次大作业中，我加深了对数字逻辑这个课程的理解，把老师课上讲的，书上的知识真正落到实处来。

在遇到不懂的知识，或者不了解的芯片时，通过查询网络，翻找书籍，这锻炼了我的文献检索能力。

在具体完成过程中，通过与小组成员间的相互协作，这其中包含了争论，头脑风暴，分工合作，互相学习帮助等，提高了我团队合作的能力，以及相互沟通的能力。

经过了一段时间的学习后，我掌握了maxplus2和multisim这两个软件的使用方法，尤其是multisim这款软件，它具有极其强大的功能，和非常方便的使用方法，这大大加快了我们小组的工作

程成：

我们学习了数逻辑课程，对电子技术有了一些初步了解，但那都是一些理论的东西。

通过这次密码锁的设计，我们把学到的东西应用到实践中。

从中对我们学的知识有了更进一步的了解。

在此次密码锁的设计过程中，更进一步的熟悉了芯片的结构及掌握了个芯片的工作原理和其具体的使用方法。

也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯。

虽然这次设计的过程并非一帆风顺，但在实验中不断探索检验，也让我从中受益。

同时，我进一步巩固了自己运用max+plus2及Multisim的能力和技巧，在软件的使用过程中，从安装程序，到应用破解、汉化独立完成。

七：

参考文献

[1]王玉龙《数字逻辑实用教程》清华大学出版社

八：

附录一：

总体器件表及相关器件的功能表、管脚分布

器件名称

管脚分布图

功能介绍

74487段显示译码管

1）.7段译码功能（LT=1，RBI=1）

在灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI）都接无效电平时，输入DCBA经7448译码，输出高电平有效的7段字符显示器的驱动信号，显示相应字符。

除DCBA=0000外，RBI也可以接低电平，见表1中1～16行。

2）.消隐功能（BI=0）

此时BI/RBO端作为输入端，该端输入低电平信号时，表1倒数第3行，无论LT和RBI输入什么电平信号，不管输入DCBA为什么状态，输出全为“0”，7段显示器熄灭。

该功能主要用于多显示器的动态显示。

3）.灯测试功能（LT=0）

此时BI/RBO端作为输出端，端输入低电平信号时，表1最后一行，与及DCBA输入无关，输出全为“1”，显示器7个字段都点亮。

该功能用于7段显示器测试，判别是否有损坏的字段。

4）.动态灭零功能（LT=1，RBI=1）

此时BI/RBO端也作为输出端，LT端输入高电平信号，RBI端输入低电平信号，若此时DCBA=0000，表1倒数第2行，输出全为“0”，显示器熄灭，不显示这个零。

DCBA≠0，则对显示无影响。

该功能主要用于多个7段显示器同时显示时熄灭高位的零。

74046非门

Vcc（14脚）为工作电源脚；GND（7脚）为电源地；1、3、5、9、11、13脚分别为反相器通道1~6的输入，2、4、6、8、10、12脚分别为反相器通道1~6的输出，1脚和2脚对应、3脚和4脚对应，5脚和6脚对应，9脚和8脚对应，11脚和10脚对应，13脚和12脚对应。

74290

1）异步清零端R1,R2为高电平时，只要置9端S1,S2有一个为低电平，就可以完成清零功能；

2）当S1,S2均为高电平时，不管其他输入端状态如何，就可以完成置9功能；

3）当R1,R2中有一个以及S1,S2中有一个同时为低电平时，在时钟端/CP0,/CP1脉冲下降沿作用下进行计数操作；

4）十进制计数：

应将/CP1与Q0连接，计数脉冲由/CP0输入；

5）二、五混合进制计数：

将/CP0与Q1连接，计数脉冲由/CP1输入；

6）二分频、五分频计数：

Q0为二分频输出，Q1~Q3为五分频输出。

74084-2输入与门

Vcc（14脚）为工作电源脚；GND（7脚）为电源地；1和2，4和5，9和10，13和12为输入端；3，6，8，11为输出端。

74324-2输入或门

或门Y=A+B

以集成块的一侧有缺口的为左起：

左下1--1A，2--1B，

3--1Y；4--2A，5--2B，6--2Y；7--GND；

右起：

右上8--3Y，9--3A，10--3B；11--4Y，12--4A，

13--4B；14--VCC

其中A，B为输入端，Y为输出端，GND为电源负极，VCC为电源正极。

74139两个2线－4线译码器

74LS139为两个2线－4线译码器，共有54/74S139和54/74LS139两种线路结构型式，当选通端（G1）为低电平，可将地址端（A、B）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。

若将选通端（G1）作为数据输入端时，139还可作数据分配器。

74024-2输入或非门

1A－4A输入端

1B－4B输入端

1Y－4Y输出端

7474N带置位复位正触发D触发器

74LS290二/五分频十进制计数器

（1）异步清零端MR1,MR2为高电平时，只要置9端MS1,MS2有一个为低电平，就可以完成清零功能；

（2）当MS1,MS2均为高电平时，不管其他输入端状态如何，就可以完成置9功能；

（3）当MR1,MR2中有一个以及MS1,MS2中有一个同时为低电平时，在时钟端/CP0,/CP1脉冲下降沿作用下进行计数操作：

1）十进制计数：

应将/CP1与Q0连接，计数脉冲由/CP0输入。

2）二、五混合进制计数：

将/CP0与Q1连接，计数脉冲由/CP1输入。

3）二分频、五分频计数：

Q0为二分频输出，Q1~Q3为五分频输出。

74LS147D二一十进制优先编码器

（1）74LS147优先编码器有9个输入端和4个输出端。

（2）某个输入端为0，代表输入某一个十进制数。

当9个输入端全为1时，代表输入的是十进制数0。

4个输出端反映输入十进制数的BCD码编码输出。

（3） 74LS147优先编码器的输入端和输出端都是低电平有效，即当某一个输入端低电平0时，4个输出端就以低电平0的输出其对应的8421 BCD编码。

（4）当9个输入全为1时，4个输入出也全为1，代表输入十进制数0的8421 BCD编码输出

附录二：

总体设计图

　　附录三：

仿真结果

系统开启时，无密码，显示4个零，绿灯亮

设定密码，在按键部分处输入要设定的密码，并点击“上锁”键完成密码的设定，此时红灯亮起，说明密码设定完成，并可输入开锁密码。

输入密码，在按键部分输入开锁密码，并点击“开锁”按键以完成开锁密码的输入。

若密码正确，则绿灯亮起，红灯熄灭。

若密码错误，则红灯保持亮

超过90s输入时间限制后，红灯继续亮，黄灯亮起

附录四：

小组各成员所做工作说明，每个成员对最终方案的贡献

：

项目负责人，担任人员安排，所有部分的设计构思，以及解锁控制单元，密码验证修改单元，倒计时转码单元，按键信号传输单元，和所有单元的连接，及最终功能实现调试部分。

：

模4模5计数器单元、时间90秒控制单元

：

按键部分、数字显示部分、报告部分