数电课程设计说明书八位二进制密码锁.docx
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数电课程设计说明书八位二进制密码锁
课题名称
二进制密码锁的设计
设计要求及设计参数
（1）课题内容：
．设计一个8位并行二进制密码锁，密码内容可通过开关进行设置。
．设置8位输入按键，当不进行任何按键时，数码管显示“0”；当按键值与预置的密码完全符合时，数码管显示“R”，开锁状态LED灯亮；当按键值与预置密码不符合时，数码管显示“E”，开锁状态LED灯灭。
．系统可设置一个使能输入端，当使能端为高电平时，密码锁能正常工作，反之，密码锁按键无效，数码管灭,开锁状态LED灯灭。
（2）主要任务：
完成该系统的硬件设计，调试好后并能通过仿真，最后就课程设计本身提交一篇课程设计说明书。
设计工作量
一周：
1、查找资料，根据要求的格式并结合所查资料写出理论设计方案的全过程，实验操作的步骤、数据以及结论。
2、学习使用MultiSim10软件，利用MultiSim10画出原理图并进行仿真。
3、学习使用Protel软件，利用Protel完成原理图绘制。
进度安排
起止日期
工作内容
备注
5月28日
全体集合，指导教师开题，辅导报告、查阅资料，方案设计
5月29日至5月30日
Multisim仿真
5月31日
Protel原理图
6月1日
验收、答辩，撰写课程设计报告
主要参考资料
1、康华光。
电子技术基础数字部分（第五版）
2、杨欣、王玉凤、刘湘黔。
电路设计与仿真——基于Multisim10与protel99
3、标准集成电路数据手册TTL电路
二进制密码锁的设计
摘要
传统的机械锁由于构造简单，安全性能较差。
数字密码锁由于其保密性高，便于操作，性能安全可靠，因此，广泛应用于家庭和各种办公场所。
本设计用数字电路及相关知识设计的八位二进制数字密码锁，通过multisim10.0仿真，采用两块74HC85芯片级联实现八位二进制密码比较功能，并用了LED发光二极管和米字型数码管双显示来表示系统不同的状态。
本方案优点在于通过对元器件的选择，实现了简单的电路结构，便捷的操作，良好的安全性，以及人性化的显示方案。
关键词：
二进制密码锁；74HC85芯片；组合电路设计；数码管；数值比较器。
1、二进制密码锁电路的设计方案
1.1设计任务与要求
1、设计一个8位并行二进制密码锁，密码内容可通过开关进行设置。
2、设置8位输入按键，当不进行任何按键时，数码管显示“0”；当按键值与预置的密码完全符合时，数码管显示“R”，开锁状态LED灯亮；当按键值与预置密码不符合时，数码管显示“E”，开锁状态LED灯灭。
3、系统可设置一个使能输入端，当使能端为高电平时，密码锁能正常工作，反之，密码锁按键无效，数码管灭,开锁状态LED灯灭。
4、主要任务：
完成该系统的硬件设计，调试好后并能通过仿真，最后就课程设计本身提交一篇课程设计说明书。
1.2设计思路与原理
1.2.1设计思路
图1.1系统逻辑构图
1.2.2电路工作原理
图1.2系统电路原理图
J4为使能开关，当它断开时，电路处于断电状态，数码管无显示，二极管不发光。
合上J4，数码管显示0，表示系统已通电，合上J1，系统开始进入工作状态，J2为密码输入，J3为密码设定，通过数值比较器判断，当输入密码于设定的密码相同时，LED发光二极管发光，数码管显示“R”；当输入密码于设定的密码不相同时，LED发光二极管不发光，数码管显示“E”。
细节说明：
J2，J3选择这种八位开关目的为体积小且易于操控；
U8，U9是为了恢复电压，防止因压降导致高低电平判断失误；
数码管为了显示“R”特意选用米字型数码管；
数码管的状态显示由开关J4和J1以及二极管正向端的高低电平三者决定，所以以这三者为输入信号，每一段数码管为输出信号，通过组合电路的设计方法计算并组合出与非门的组合形式。
1.3单元电路设计与参数计算
1.3.174HC85芯片
图1.374HC85芯片内部结构图
其管脚图和真值表如下：
图1.474HC85管脚图
其中10、12、13、15（或1、9、11、14）脚是输入端，2、3、4（或5、6、7）脚为输出端。
8脚为地，16脚为电源。
图1.574HC85的真值表
数值比较器的原理:
在数字系统中,常常要比较两个数的大小。
数值比较器就是对两数A、B进行比较，以判断其大小的逻辑电路。
比较结果有A>B、A集成数值比较器74HC85是四位数值比较器，这里我用串联方式，用两片74HC85组成8位数值比较器。
见下图。
图1.68位数值比较器
对每一块芯片有：
当8位密码都相同时，芯片2的6脚输出高电平。
1.3.2数码管
图1.714段数码管
1.4Multisim仿真元器件的选用
表1.1元器件选用列表：
元件序号
名称
型号与主要参数
数量
备注
1
8位开关
2
体积小，易操控
2
电阻
100Ω
5
稳压
3
74HC85
见1.3所示
2
数值比较器
4
发光二极管
LED
2
状态显示
5
数码管
15段加小数点
1
状态显示
6
74LS00
4与非门
3片
变换逻辑电平
2、二进制密码锁电路的设计与调试
2.1电路Multisim整体仿真结果与调试
2.1.1断电状态仿真
J4使能开关断开，LED和数码管均不显示（J3密码为10110001）
图2.1使能开关断开时电路仿真结果
2.1.2初始态仿真
J4使能开关闭合，J1断开。
系统进入初始态，LED不显示，数码管显示0（密码为10110001）
图2.2使能开关闭合时电路仿真结果
2.1.3密码错误状态仿真
J4使能开关闭合，J1闭合。
J2输入10001101，LED不显示，数码管显示E（密码为10110001）
图2.3密码错误的电路仿真结果
2.1.4密码正确状态仿真
J4使能开关闭合，J1闭合。
J2输入10110001，LED显示亮灯，数码管显示R（密码为10110001）
图2.4密码正确的电路仿真结果
2.1.5修改密码仿真
J4使能开关闭合，J1闭合。
J2输入10110001，LED不显示，数码管显示E（密码为10101010）
图2.5修改密码后电路仿真结果
3、Protel原理图的绘制
图3.1protel原理图
4、总结与体会
本课程设计的任务和目标是设计一个8位二进制密码锁，并在电脑上用MULTISIM软件模拟实现和用Protel99se软件进行画图，从而加深对知识的理解和综合利用，提升自己的实践能力，并掌握一些通用的电子设计和仿真软件。
通过查寻资料、方案比较以及设计计算、制作调试、撰写总结报告等环节的基本训练，进一步提高分析解决实际问题的能力。
在这次课程设计中，我遇到并解决了许多问题，这让对学习有了更大的信心。
在最开始的方案选择过程中，我因为没有弄清密码可调这一设计要求，导致方案不合格还耽误了两天时间，后来请教老师之后才重新确定了现在这个方案。
然而实现这个方案也并不简单。
在做multisim仿真中，因为自己选择的数码管跟大家用的都不一样，我所用的是米字型数码管，段数较多，实现的话会更复杂，在仿真过程中也产生过换数码管的想法，但觉得这种数码管的显示“R”要比8段数码管好，不甘心放弃。
然后就盲目的连线组合电路，半天没做出来，最后是通过看书本，总结输入输出模型后，按照书本的组合电路设计方法，列真值表，写方程，画出逻辑结构，很快得出了连接方案，而且发现了很多不必要的连接，这让我的电路得到了极大的简化。
我明白了掌握方法是多么重要，也终于意识到书本是多么重要。
在调试电路的过程中，觉得理论上电路已经完全没问题了，但就是没得到想要的结果，然后自己就用万用表检测电路的每一部分，才发现电路的电压问题，比较器输出的高电平仅为2V，导致LED的电压不够以及后面数码管部分电路高低电平的判断错误，最后我是通过U8，U9变换后才恢复到正5V电压。
在做protel过程中，也出现了一些问题，主要是对这个软件运用不熟导致的，所以自己还得加强学习这方面的软件。
最后，为了在实验报告中图片有最好的清晰度，我试验并发现将multisim中的原理图直接复制到ppt中，再复制到word文档的效果是最好的，色彩，清晰度在放大很多的情况下也不觉得失真，比起任何我知道的方法都要好。
所以说这样的课程设计让我学到了很多东西，不仅限于数电。
整个设计过程中，我感觉选择方案部分是最难的，首先得完全理解设计要求，因为只要有一个设计要求没达到，那就是失败。
方案的选择首先是对大的功能结构的选择，然后便是对元器件的选择，因此我们必须要有广阔的知识面，能把一些电路组装的能力；其次是调试部分，因为书本,multisim与实际应用三者不会完全一致，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。
而参数的调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的；还有就是实际操作中成本的估算和实际可用性也是我考虑的一个方面，所以我在实现基本设计要求之上，通过元器件的选择，力求实现电路结构简单，制作成本低廉，系统安全可靠和设计人性化，我相信只有这样的设计才能得到认可。
参考文献
[1]高吉祥、唐朝京．全国大学生电子设计竞赛培训系列教程．电子工业出版社，2007.5
[2]将卓勤邓玉元．MULTISIM2001及其在电子设计中的应用．西安电子科技大学出版社，2003
[3]曹丙霞、赵艳华．Protel99se电路原理图与PCB设计及仿真．电子科技大学出版社，2007.5
[4]康华光．电子技术基础模拟部分（第五版）高等教育出版社,2006.1
[5]王斌．模拟电子技术实验与课程设计东南大学出版社2007.9
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