电子技术课程设计.docx
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电子技术课程设计
课程设计名称：
电子技术课程设计
题目：
多功能数字密码锁的设计
专业：
电气工程及其自动化
班级：
姓名：
学号：
辽宁工程技术大学
课程设计成绩评定表
学期
姓名
专业
电气工程及其自动化
班级
课程名称
电子课程设计
设计题目
多功能数字密码锁的设计
评
定
标
准
评定指标
分值
得分
知识创新性
20
理论正确性
20
内容难易性
15
结合实际性
10
知识掌握程度
15
书写规范性
10
工作量
10
总成绩
100
评语：
任课教师
时间
年月日
备注
课程设计任务书
一、设计题目
多功能数字密码锁的设计
二、设计任务
1.可设置密码。
2.开锁密码不正确，进行报警声提示。
3.并实现闭锁功能。
三、设计计划
电子技术课程设计共1周。
第1天：
选题，查资料；
第2天：
方案分析比较，确定设计方案；
第3～4天：
电路原理设计与电路仿真；
第5天：
编写整理设计说明书。
四、设计要求
1.画出整体电路图。
2.对所设计的电路全部或部分进行仿真，使之达到设计任务要求。
3.写出设计说明书。
指导教师：
时间：
年月日
摘要
随着人们生活水平的提高，如何实现家庭防盗这一问题也变的尤其的突出，传统的机械锁由于构造简单，被撬的事件屡见不鲜，与此同时电子锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，已受到了广大用户的青睐。
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D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。
本文主要介绍运用分解设计，将数字密码锁系统分解为若干子系统，并且进一步细划为若干模块，然后分别设计这些模块，并且分别进行软件和硬的仿真。
该数字密码锁共设了11个用户输入键，可以预置密码，密码正确则开锁，密码错误报警并闭锁。
该密码锁体积小，功耗低，操作简单，维护和升级都十分方便，具有较好的应用前景。
关键词：
电子密码锁；D触发器；555单稳态电路；单稳态触发器
目录
0综述………………………………………………………………………1
1方案设计与分析………………………………………………………………2
1.1设计要求………………………………………………………………2
1.2设计方案分析…………………………………………………………2
2电路设计框图及功能描述…………………………………………………2
2.1设计思路……………………………………………………………………2
2.2总体框图……………………………………………………………………2
2.3设计原理分析………………………………………………………………3
3电路原理设计及参数计算…………………………………………………3
3.1键盘输入、修改及检测电路…………………………………………………3
3.2键盘灯电路…………………………………………………………………4
3.3密码错误报警电路…………………………………………………………5
3.3.1模块电路………………………………………………………………5
3.3.2555定时器………………………………………………………………5
3.4键盘锁定电路及开锁电路……………………………………………………6
4调试及结果记录，总电路原理图……………………………………………6
4.1调试结果记录………………………………………………………………6
4.1.1键盘调试………………………………………………………………6
4.1.2报警调试………………………………………………………………7
4.2总电路原理图………………………………………………………………7
5结论…………………………………………………………………………7
6课程设计体会………………………………………………………………7
参考文献…………………………………………………………………………9
0综述
数字密码锁是二十一世纪制锁业的一次革命。
锁的特点是不用钥匙、无锁孔、机械传动、不易损坏、不磨损、不易被破译、可多次更换密码、换号不换锁、一把锁多个密码，具有防拨、防砸、防撬、防堵等功能。
安装门锁时不破坏原来门的结构，避免用钥匙开启旋芯式锁具的一切烦恼（如丢、落、拆、堵门被反锁等）。
“数字密码锁”是利用数字密码来开启的锁具，其重复概率仅为十万分之一，有着很高的安全性；而旋芯式锁具使用不够安全。
通过对社会各阶层千余人的调查，百分之百的人对目前身上挂着的串串钥匙无可奈何。
但现在又没有一种锁具可摆脱钥匙的束缚。
都愿意一身轻松没有任何顾虑的出入家门，都愿意用上一种既安全方便又不用钥匙的锁具。
因此，“数字密码锁”产品的市场发展前景极为广阔。
在调查的千余人中有60%的人有丢失钥匙的经历，25%的人有把钥匙反锁在室内的，75%的人居室在三层以上的，36%的人把钥匙忘在工厂的，有8%的人是利用邻居的阳台、窗户跳跃进入自己家来打开被反锁的房门，90%的人或听或看新闻得知有因无法打开房门，而冒险跃窗，发生事故，非死既伤，给家庭造成麻烦。
精神和肉体的损伤是无法挽回的，为了解决上述各种数据给人们带来的各种烦恼，所以“数字密码锁”，使人们在无忧无虑的环境中生活。
我国有31个省（直辖市），若每个省以10个市计算，每个产品每市每年售1000个计算，公式为省×市×销售量×单价=产值、31（省）×10（市）×1000（个）×单价=产值、下面以防盗门、保险箱、门锁三个产品为例：
一、防盗门：
31×10×1000×700=217,000,000（元）二、保险箱：
31×10×1000×200=62,000,000（元）三、门锁；31×10×1000×90=27,900,000（元）总产值：
360,900,000（元）通过以上计算年产值是十分可观的，如果开发之初，年销售量达不到1000个，而以一半的销售量计算，年产值也可达到153,450,000元。
1方案设计与分析
1.1设计要求
设计一个简易的电子密码锁电路．准确地理解有关要求，独立地完成系统设计，要求所设计的电路具有以下功能：
十个触摸按钮。
作为编码按钮；具有开锁语音报警功能；输入密码三次不正确，视为非法用户，具有防盗报警功能；能够随机设计密码和修改密码。
1.2设计方案分析
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D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。
2电路设计框图及功能描述
2.1设计思路
电子密码锁电路需要输入密码，所以要有键盘可弹起式按钮。
电子密码锁还必须具有密码识别功能，所以首先必须具有密码存储电路和报警电路，密码是可以修改的，就要具有密码修改电路。
此电路有键盘有10个密码输入按钮和1个密码确认键。
其中有五个是有效键位。
密码存储与修改由内置的开关电路组成。
当用户输入正确的密码时，相应键位发光，按确认键后执行打锁，并发出声音信号提示和LED发光提示，开锁成功，并执行数据清零；当输入密码错误时，输入数据自动清零，键盘灯熄灭，若密码输错3次，电路自动报警2分钟，锁定15分钟，十五分钟内任何操作无效。
2.2总体框图
系统开始以后，由键盘输入密码，然后有控制电路对密码进行判断。
若输入的密码是正确的，则执行开锁功能；若密码不正确，则无法开锁，系统报警，并锁定键盘。
图2-1电路总体设计框架图
2.3设计原理分析
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、键盘锁定电路。
3电路原理设计及参数计算
3.1密码输入、修改与检测电路
密码输入部分原理图如下所示：
图3-1密码输入、修改电路
此输入电路为低电平触发，由B1-B9和OK键共11个可弹起式按键组成，如图3-1所示，当输入密码错误时，低电平将被送至CD清零端，需要重新输入密码。
修改密码需要拨动S1-S5向左或向右。
如图中密码为02468。
当输入端接到不同D触发器的CP端时，可以有5位密码0-9不重复数字的任意组合。
当输入密码时需要经过S1-S5，也就起到了密码检测功能。
清零信号
接开锁电路
图3-2密码输入、修改、检测电路
如图3-2所示，当依次输入正确密码，脉冲依次将D触发器U1A-U3B的输出端Q将依次输出高电平，通过后面电路执行开锁，此时Q为1，Q非为0，Q非经过R3、C1的作用延时很短一段时间后清零。
3.2键盘灯电路
键盘脉冲信号输入
接VCC
键盘脉冲信号输入
图3-3键盘灯电路
键盘灯由LED灯KEY0-KEY9组成，LED灯接在D触发器上，由于第一个D触发器接高电平，当按动正确键位时，CLK将获得一个脉冲信号，使D触发器输出端Q置1，相应的LED灯亮，当输入密码错误时，所有的D触发器CD端将获得一个低电平的清零信号，输出端Q被清零，LED灯熄灭。
3.3密码错误报警电路
3.3.1模块电路
接VCC
只接收密码错误的清零脉冲信号
图3-4密码错误计数及报警电路
当密码输入错误时，接受到清零脉冲信号，使计数器计数。
而执行开锁时的清零信号由于非门和与非门的作用，对计数器不起作用，计数器不对其计数。
起到计数器只对密码错误信号计数的功能。
当输入密码错误三次时，计数器清零并传给555定时器一个脉冲，555定时器输出高电平并延续2min，三极管导通，蜂鸣器发声报警2min，LED灯发光报警2min。
3.3.2555定时器
图3-5555定时器
555定时器，它基本原理是，由于电容C的两端的电压不能突变，定时器的2端电压低触发端为低电平，输出端3为高电平。
电源经过R1、R2给电容C充电，当电容的电压充到电源电压的2/3时，555内部的MOS管导通，输出为低电平。
接着电容通过R2和已经导通的MOS管放电，当电容的两端电压下降到低于1/3的电源电压时，MOS管截止电容放电停止，此时电源通过R1、R2再次向电容充电，如此反复，形成震荡，从而在3端得到时钟脉冲源输出，根据公式：
周期T=（R1+2R2）×C×ln2=0.7（R1+2R2）C
它由3个阻值为5k的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电BJT以及缓冲器G组成。
定时器的主要功能取决于比较器的输出控制RS触发器和放电BJTT的状态。
图中Rd为复位输入端，当Rd为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出Vo为低电平。
因此在正常工作时，应将其接高电平。
3.4键盘锁定电路及开锁电路
接计数器清零端
接U3B的Q端
图3-6锁定及执行开锁电路
当密码输错三次时，计数器将产生低电平使计数器清零，此低电平传至555定时器UD3使输出端产生15min的高电平，经过非门和与非门的作用，产生一个持续15min的高电平，使下一个555定时器的输出端保持为低电平，从而锁定电路15min。
当密码输入正确时，UD3输出端为低电平，经过一个非门变为高电平，至与非门的输入端，与非门的另一个输入端为D触发器U3B的输出端Q，由于密码正确，此时，U3B的Q端为高电平，故555定时器UD2的输入端2为低电平，555定时器输出5s的高电平，使灯DS2发光。
继电器K工作，DS3发光提示，开关闭合，控制后面一系列开锁动作。
4调试及结果记录，总电路原理图
4.1调试结果记录
4.1.1键盘调试
调试过程中发现，按键的输入速度比较慢，影响系统的工作速度。
经过改进后在开关两端并联电容从而提高了密码的输入速度。
增强了系统的稳定性。
4.1.2报警调试
报警时间较短，经过改进实验，增大了555定时器的电容，增长了报警的时间。
达到了设计的需求。
4.2总电路原理
此电路由密码输入电路，密码修改、检测电路,键盘灯电路,密码错误计数电路，报警电路,锁定电路以及执行开锁电路组成。
有11个键位，6位密码，其中10位为密码输入键位，1位为密码确认键位。
当用户输入正确的密码时，在D触发器的作用下，使相应的键盘灯亮，执行开锁，并有声光提示执行开锁成功，D触发器的清零端起效，输入清零。
当密码输入错误时，电路也会自动清零，密码输入错误3次，在计数器的作用下，使555定时器构成的单稳态触发器工作，电路自动锁定15min，电路报警2min，15min内任何输入无效，直至锁定解除。
5结论
经过仿真模拟该系统可以实现密码的设定和修改，密码正确可以准确的开锁。
密码错误可实现报警和锁定键盘的功能，并加入了键盘灯功能可使夜间输入密码更加方便，基本达到了设计得要求。
但是由于时间仓促，准备有所不足，比如没有设定密码的复位键，此外由于该系统用于家庭，考虑到断电对系统会有影响，在以后的设计中可以通过添加备用电源来解决这一缺点。
6课程设计体会
这是我们第一次电子课程设计，我选择了电子密码锁的设计这个课题，第一天设计的时候，不知道从何做起，就到图书馆漫无目的的查资料第二天开始看自己查的资料，设计方案慢慢的浮上水来。
第四天开始设计自己的方案，用半天的时间把框架花了出来，又用了半天时间把框架的联系及原理有了大致的了解。
然后就开始设计电路，在设计电路中遇到了诸多困难，经过查资料，认真推理思考，终于一个个的被我解决。
每当想了很久的问题终于被想通后，心理就油然升起一股成就感。
然后用EWB进行仿真，这也并不轻松，通过自己的努力，伴随着一个个问题的觉接，电路中仿真成功。
仿真成功后就开始用ProtelDXP2004做图，最后经过布线，顺利完成了电路的SCH图和PCB图。
电路中还有许多自己设计的功能由于时间关系和电路过于复杂没能够去实现。
比如电路中当开始按键盘时开始计时，输入密码超过一定时间后自动报警，这可以用一片可重复触发单稳态触发器MC14528和一片单稳态触发器器74121构成脉冲延时电路；还有按键的数字的数码管显示，在仿真时实现，在Protel时，考虑到电路过于复杂，就舍弃了这部分电路。
一周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。
在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。
学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础．
通过这次模具设计，本人在多方面都有所提高。
通过这次模具设计，综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次冷冲压模具设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了冷冲压模具设计等课程所学的内容，掌握冷冲压模具设计的方法和步骤，掌握冷冲压模具设计的基本的模具技能懂得了怎样分析零件的工艺性，怎样确定工艺方案，了解了模具的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。
在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。
在此感谢我们的老师.，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次模具设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。
而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。
同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。
由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正，本人将万分感谢。
参考文献
[1]康华光.电子技术基础（第四版）[M].北京:
高等教育出版社,1998
[2]梁宗善.新型集成块应用[M].武汉:
华中理工大出版社,2004
[3]康光华.电子技术基础数字部分（第五版）[M]北京:
高等教育出版社，2009.12
[4]何希才.常用集成电路简明速查手册[M]北京:
国防工业出版社,2006.8
[5]黄继昌,张海贵,徐巧鱼.数字集成电路应用集萃[M]北京:
中国电力出版社,2008.4
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