数字密码锁设计.docx

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数字密码锁设计

电子技术课程设计报告

电子密码锁

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辅导老师：

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目录

第一章:

课程设计摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3

第二章:

课程设计前言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3

第三章：

课程设计目的和任务．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３

第四章:

课程设计总体要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３

第五章：

课程设计总体方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．４

第六章：

课程设计原理分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．４

第七章：

课程设计心得体会．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．９

第八章：

课程设计参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１０

1、摘要：

电子密码锁是以芯片为核心，通过编程来实现的。

本文的电子密码锁利用数字逻辑电路，用以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路控制方案,实现对门的电子控制，并且有各种附加电路保证电路能够安工作，有极高的安全系数。

关键词：

555单稳态电路电子密码锁JK触发器电压比较器计数器UPS电源。

2、前言

电子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。

现在应用较广的电子密码锁是以芯片为核心，通过编程来实现的。

其性能和安全性已大大超过了机械锁，特点如下：

　　1．保密性好,编码量多,远远大于弹子锁。

随机开锁成功率几乎为零。

　　2．密码可变。

用户可以经常更改密码，防止密码被盗，同时也可以避免因人员的更替而使锁的密级下降。

　　3．误码输入保护。

当输入密码多次错误时，报警系统自动启动。

4.电子密码锁操作简单易行，一学即会。

设计本课题时构思了两种方案：

一种是用以AT89C2051为核心的单片机控制方案；另一种是用以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路控制方案。

考虑到单片机方案原理复杂，而且调试较为繁琐，所以本文采用后一种方案。

3、总体设计目的和任务

本文的电子密码锁利用数字逻辑电路，实现对门的电子控制，要求电子器件设计制作密码锁的控制电路，使之在输入正确的代码时，输出信号以启动执行机构动作，并且用红、绿LED指示关锁、开锁状态。

电路中共设了9个用户输入键，其中只有4个是有效的密码按键，其它的都是干扰按键，若按下干扰键，键盘输入电路自动清零，原先输入的密码无效，需要重新输入；如果用户输入密码的时间超过40秒（一般情况下，用户不会超过40秒，若用户觉得不便，还可以修改）电路将报警80秒，若电路连续报警三次，电路将锁定键盘5分钟，防止他人的非法操作。

4、总体设计要求

（1）认真思考，充分理解设计任务。

（2）确定设计原理框图及方案。

（3）设计出控制器电路，实现控制功能。

（4）选择元器件。

（5）画出相关设计图。

（6）撰写设计说明书。

5、总体方案设计

总体方框图（如下图所示）

6、设计原理分析

电路由两大部分组成：

密码锁电路和备用电源（UPS），其中设置UPS电源是为了防止因为停电造成的密码锁电路失效，使用户免遭麻烦。

密码锁电路包含：

键盘输入、密码修改、密码检测、开锁电路、执行电路、报警电路、键盘输入次数锁定电路。

6.1总体电路图.

其电路如下图1所示：

图1总体电路图

6.2单元电路分析

（1）密码修改电路

开关K1~K9是用户的输入密码的键盘，用户可以通过开关输入密码，开关两端的电容是为了提高开关速度，电路先自动将IC1~IC4清零，由报警电路送来的清零信号经C25送到T11基极，使T11导通，其集电极输出低电平，送往IC1~IC4，实现清零。

密码修改电路由双刀双掷开关S1~S4组成（如图2所示）,它是利用开关切换的原理实现密码的修改。

例如要设定密码为1458，可以拨动开关S1向左，S2向右，S3向左，S4向右，即可实现密码的修改，由于输入的密码要经过S1~S4的选择，也就实现了密码的校验。

本电路有16组的密码可供修改。

图2密码修改电路

由两块74LS112（双JK触发器，包含IC1~IC4）组成密码检测电路。

由于IC1处于计数状态，当用户按下第一个正确的密码后，CLK端出现了一个负的下降沿，IC1计数，Q端输出为高电平，用户依次按下有效的密码，IC2~IC3也依次输出高电平，送入与门IC5，使其输出开锁的高电平信号送往IC13的2脚，执行电路动作，实现开锁。

执行电路是由一块555单稳态电路（IC13），以及由T10、T11组成的达林顿管构成。

若IC13的2脚输入一高电平，则3脚输出高电平，使T10导通，T11导通，电磁阀开启，实现开门，同时T10集电极上接的D5（绿色发光二极管）发亮，表示开门，20秒后，555电路状态翻转，电磁阀停止工作，以节电。

其中电磁阀并联的电容C24使为了提高电磁阀的力矩。

（2）报警电路

报警电路实现的功能是：

当输入密码的时间超过40秒（一般情况下用户输入不会超过），电路报警80秒，防止他人恶意开锁。

电路包含两大部分，2分钟延时和40秒延时电路。

其工作原理是当用户开始输入密码时，电路开始2分钟计时，超出40秒，电路开始80秒的报警。

如图3所示

图3报警电路

（1）、有人走近门时，触摸了TP端（TP端固定在键盘上，其灵敏度非常高，保证电路可靠的触发），由于人体自身带的电，使IC10的2脚出现低电平，使IC10的状态发生翻转，其3脚输出高电平，T5导通（可以通过R12控制T1的基极电流），其集电极接的黄色发光二极管D3发光，表示现在电子锁处于待命状态,T6截止，C4开始通过R14充电（充电时间是40秒,此时为用户输入密码的时间，即用户输入密码的时间不能超过40秒，否则电路就开始报警,由于用户经常输入密码，而且知道密码，一般输入密码的时间不会超过40秒），IC2开始进入延时40秒的状态。

（2）、开始报警:

当用户输入的密码不正确或输入密码的时间超过40秒，IC11的2脚电位随着C4的充电而下降,当电位下降到1/3Vcc时（即40秒延时结束时候）,3脚变成高电位（延时时是低电平）,通过R15使（R15的作用是为了限制T7的导通电流防止电流过大烧毁三极管）T7导通,其集电极上面接的红色发光二极管D4发亮,表示当前处于报警状态,T8也随之而导通,使蜂鸣器发声,令贼人生怯,实现报警.

（3）、停止报警:

当达到了80秒的报警时间，IC10的6,7脚接的电容C5放电结束,IC10的3脚变成低电平,T5截止,T6导通,强制使强制电路处于稳态，IC11的3脚输出低电平,使T7,T8截止,蜂鸣器停止报警；或者用户输入的密码正确，则有开锁电路中的T10集电极输出清除报警信号，送至T12（PNP），T12导通，强制使T7基极至低电位，解除报警信号。

（3）报警次数检测及锁定电路

若用户操作连续失误超过3次，电路将锁定5分钟。

其工作原理如下：

当电路报警的次数超过3次，由IC9（74161）构成的3位计数器将产生进位，通过IC7，输出清零信号送往74161的清零端，以实现重新计数。

经过IC8（与门），送到IC12（555）的2脚，使3脚产生5分钟的高电平锁定脉冲（其脉冲可由公式T=1.1RC计算得出），经T9倒相，送IC6输入端，使IC6输出低电平，使IC13不能开锁，到锁定的目的。

电路图如下图4所示：

图4报警次数检测及锁定电路

（4）备用电源电路

为了防止停电情况的发生，本电路后备了UPS电源，它包括市电供电电路，停电检测电路，电子开关切换电路，蓄电池充电电路和蓄电池组成。

其电路图如下图5所示：

220V市电通过变压器B降压成12V的交流电,再经过整流桥整流,7805稳压到5V送往电子切换电路，由于本电路功耗较少，所以选用10W的小型变压器。

图5电源电路

（5）停电检测及电子开关切换电路

由R8，R9，R6，R7及IC14构成电压比较器，正常情况下，V+V-IC14输出高电平，由T3，T4构成的达林顿管使继电器J开启，将其常开触电将蓄电池和电路相连，实现市电和蓄电池供电的切换，保证电子密码锁的正常工作（视电池容量而定持续时间）。

其电路图如下图6所示：

图6停电检测及电子开关切换电路

（6）蓄电池自动充电电路

T1，T2构成的蓄电池自动充电电路，它在电池充满后自动停止充电，其中D1亮为正在充电，D2为工作指示。

由R4，R5，T1构成电压检测电路，蓄电池电压低，则T1，T2导通，实现对其充电；充满后，T1，T2截止，停止充电，同时D1熄灭，电路中C4的作用是滤除干扰信号。

其电路图如图7所示：

图7蓄电池自动充电电路

7、心得体会

这次课程设计较之平时老师布置得作业要难很多,刚开始的时候就不知道从哪里下手,平时丛书面上学的知识竟然不会用,和同寝室的室友在一起商量也没能想好下一步该如何设计。

最后自己静下心来，把自己课本上的基本知识从新看看了看，再去学院电子阅览室上网查到相关的资料，但是里面的内容大同小异，局限性很大，而且有好多的错误，通过浏览各个网站自己确定了这次课程设计的题目，即电子密码锁的课程设计。

经过网上自己查得的资料，自己对课本知识的理解，和室友在一起谈论，经过多次修改和整理最总完成了电子密码锁课程设计，但由于自己对所学习的知识不能熟练运用到实际中导致了在此次课程设计过程中出现了好多的问题，如用开关作74LS112的CLK脉冲，不是很稳定，可以调换其它高速开关或计数脉冲；电路密码只有16种可供修改，但由于他人不知道密码的位数，而且还要求在规定的时间内按一定的顺序开锁，所以他人开锁的几率很小；电路中未加显示电路，但可通过其它数字模块实现这一功能。

这次实践即将结束,当要叫上这份实践课程设计的时候自己心里非常的激动和害怕,激动是因为自己认真对待这次实践病经过自己的努力最终顺利完成了作业,害怕的是自己不能把自己所学的知识熟练的运用到现实中,以后要错参加这样的训练,好好学好专业知识。

通过这两周的学习，让我认识到自己还有好多要学习和提高的地方，我在以后的学习和实践中要加强课本上的知识可以应用于实际，使理论与实际相结合，加深自己对课本知识的更好理解，要懂得学以致用。

对我们学生来说，理论与实际同样重要，这是我们以后在工作中说明自己能力的一个重要标准。

其次，我能够充分利用图书馆去查阅资料，增加了许多课本以外的知识，这对与我来说都是一笔不小的财富。

重要的是，这次课程设计让我培养了自己独立思考和解决问题的能力，我想这对我以后的工作由很大的帮助。

虽然这次设计也存在很多不足之处，不过我相信自己是在不断进步的，以后会越做越好的。

8参考文献:

[1]阎石数字电子技术基础高等教育出版社1998

（2）

[2]张齐单片机应用系统设计技术-基于C语言编程[M]

北京电子工业出版社,2006.3.

[3]张亦华、延明、肖冰数字逻辑设计实验技术与EDA工具

北京邮电大学出版社；2004-5-21

[4]卢毅、赖杰VHDL与数字电路设计科学出版社2002.3

[5]余永权ATMEL89系列（MCS-51兼容）FLASH单片机原理及应用

电子工业出版社1997