数电课程设计.docx
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数电课程设计
］湖南工程学院
课程设计
课程名称数字电子技术课程设计
课题名称数字密码锁设计
专业
班级
学号
姓名
指导教师
2011年12月9日
湖南工程学院
课程设计任务书
课程名称：
数字电子技术
题目：
数字密码锁
专业班级：
自动化0903、0904、测控0901
学生姓名：
学号：
指导老师：
审批：
任务书下达日期2011年11月28日星期一设计完成日期2011年12月9日星期五
．设计内容
1.设计数字密码锁电路。
2.对电路仿真,并制作数字密码锁电路。
3.电路功能为：
1）输入的密码为五位，由“1-9”组成。
2）输入密码正确时，发出开锁信号；输入密码错误时，发出警报信号报警时间为28秒。
3）输入密码后90秒若无开锁信号，则电路进入自锁状态，并发出报警信号。
4）用绿色发光二极管亮表示开锁信号，红色二极管亮（或扬声器发声）表示报警信号。
4.功能扩展
1）电路具有消抖功能;
2）自选。
、设计要求：
1．设计思路清晰，给出整体设计框图，提供总电路图；
2．单元电路设计，给出具体设计思路和电路；
3．安装、调试电路；
4.写出设计报告；
三、主要设计条件
1．提供调试用实验室；
2．提供调试用实验箱和电路所需元件芯片；
四、说明书格式
1．课程设计封面；
2．任务书；
3．说明书目录；
4．设计总体思路，基本原理和框图（总电路图）；
5．单元电路设计（各单元电路图）；
6．安装、调试步骤；
7．故障分析与电路改进；
8．总结与体会；
9．附录（元器件清单）；
10.参考文献;
11.课程设计成绩评分表
五、进度安排
第一周星期一:
课题内容介绍和查找资料；
星期二:
总体电路设计和分电路设计；星期三:
电路仿真,修改方案;
星期四:
确定设计方案，拟订调试方案,画出调试电路图，安装电路；
星期五:
安装、调试电路；第二周星期一、二：
安装、调试电路；星期三：
验收电路；
星期四、五:
写设计报告，打印相关图纸；
星期五下午:
带调试电路板及设计报告书进行答辩；整理实验室及其他事情；
1.概要设计1
1.1密码锁原理1
1.2密码锁特点1
2.项目总体设计2
2.1总体设计目标・2
2.2总体设计方案2
2.3总体设计框图3
3.各部分电路及工作原理4
3.1密码设置部分电路4
3.2密码输入部分电路5
3.3密码校验部分电路6
3.4定时计数部分电路8
4.项目设计和调试中存在的主要问题及解决方法9
4.1项目设计中存在的主要问题及解决方法9
4.2项目调试中存在的主要问题及解决法9
4.2.1显示管不能够正常显示10
4.2.2发光二极管不能够正常发光10
5.项目创新之处10
6•总结与体会11
7.所用元器件一览表12
8.参考文献13
附录课程设计成绩评分表
1.概述
1.1数字密码锁工作原理
总的来说数字密码锁通过用户输入的密码和设定的密码比较来决定开关的断开和接通，当输入密码和设定密码相等时发出开锁信号，当输入密码和设定的密码不相等是，发出报警信号。
用户事先设定好密码，当用户想要开锁时，就输入密码，与此同时电路开始计时，若90秒内没有开锁信号输出，电路就发出报警信号，同时进入自锁状态。
若计时期间，有开锁信号到来，则计时停止。
若输入密码错误，则电路发出报警信号持续报警时间为28秒，28秒过后就将开始输入的密码清零，为下一次输入密码做准备。
1.2数字密码锁的特点
此电子密码锁对于输入、输出的密码、输入密码的数以及90秒的开锁时间和28秒的报警时间都可以清楚的在七段显示管上显示出来。
此外，该密码锁可以轻易的修改密码的位数，以及可以重置密码。
最后该密码锁设有90秒的自锁时间，可很好的防止其他人套取密码，增强了该密码锁的安全性能。
2.项目总体设计
2.1总体设计目标
设计一个可以自由设置密码位数，修改密码，验证密码以备自锁和报警功能的数字密码锁。
2.2总体设计方案
首先考虑把该电路分成三个部分：
密码设置部分、密码输入部分、密码比较部分、定时电路部分。
密码设置部分：
这部分主要需要用到8线-3线优先编码器，三态门以及存储器。
我们用8个开关接在编码器的输入端，在编码器的三个输出端各接一个三态门，再由三态门连接到存储器的输入端，将通过开关输入的密码存储的起来。
密码输入部分：
密码输入部分其实用的就是密码设置部分里的8线-3线编码器，只是在输入密码时，编码器输出端接的三态门处于高阻态，输入的密码直接送往比较器。
密码比较部分：
用户输入的密码信息会被直接送往比较器的输入端，此外比较器的输入端还有来自从存储器里读出来的设置好的密码信息，将两组信息进行比较，通过比较器的输出端确定输入的密码是否正确。
定时电路部分：
定时部分分为自锁定时部分与报警定时部分，自锁定时电路是从输入密码的那一刻开始就计时，90秒内若无开锁信号输出则电路进入自锁状态。
报警定时电路是在电路输出报警信号是就开始计时，报警时间为28秒，28秒过后停止报警，等待重新输入密码。
2.3总体设计框图
数字密码锁电路总体设计框图如下：
开锁
报
警
90秒开始计数
设置密
码
90秒内有开锁信号计数器清零
报警28秒后停止报警
读出设置的密码
/
疋
时
/
电路1
90秒
4
28秒开始计时
8个开关
码器
开锁按钮
密
码
输入的密码
信号
比
较
电
路
定时电路2
28秒
密码不等
A
密码相等
地
存
址
—►
储
产
电
生
路
电
路
存储地址
写入设置的密码
3.各部分电路及工作原理
3.1密码设置部分电路
该部分电路图如下：
71LSJ4TT
该部分电路的工作原理：
首先在8线-3线优先编码器（74ls148）的输入端接8个开关，由开关输入高低电平进入编器进行编码。
编码器的三个输出端接三个三态门由三个三态门的输出端接到存储器2114I/O端。
三态门的控制端与存储器的读写端通过一个开关与vcc相连。
当开关合上时，三态门导通，存储器写入有效此时，通过开关输入的密码信号就通过编码器的输出端写入到了存储器，同时十六进制计数器开始计数并通过七段显示器将输入的密码个数显示出来。
3.2密码输入部分
该部分的电路图如下：
接比较器
A=B端
该部分电路原理:
密码输入部分与密码设置部分共用输入电路，都是通过开关输入高低电平，再由编码器编码，只是此时三态门的控制端与存储器的读写控制端接低电平，此时三态门处于高阻态，存储器读出有效，从编码器输出
的信号直接送往比较器。
3.3密码比较部分
该部分电路图如下:
«I■K<1<■
接开关到地
CLK
计数器输出端（28秒）
接三输入与
非门U20A
11
士
丑7010
接三态门
输入端
非门U34A
输入端
A__
接计数器
该部分电路原理：
密码比较部分主要是将输入的密码与存储器里读出的密码
一个一个进行比较。
具体过程是：
通过8个开关输入一个信号，经过编码器编码，然后将这个编码信号送往四位的比较器的四个输入端口。
之后通过一个5进制的计数器输出0-4个数码到存储器的的地址输入端口，此时存储器的读出端有效，编码器每输出一个信号，则计数器就计数一次，并将其所计的数通过计数器的输出端出入到存储器的地址输入端口，从而存储器可以读出与地址对应的密码信号到比较器的另外四个端口，这样输入的信号就可以跟存储器读出是信号一一对应，逐个比较，最后经过比较得出输入密码是
3.4定时电路部分
该部分电路图如下：
（8-HEX-Dll
■4
接数码显
HEX_CHG_pR££H
*>--9B
iTt冒■frl
SU0DU22A
741SMD
U19A
<1
丁4L書04如詰
DCD.HEX^DKjJ
接数
码显
示管
74LS04f
Ifi
T4LS0W
接脉冲发生器
V
1
接两输入与
门U33A输
入端
该部分电路原理：
定时电路部分由90秒自锁定时电路与28秒报警定时电路
组成。
90秒定时电路主要是通过两片十进制计计数器
（74IS160）级联组成一个100进制的计数器28进制计数器
由两片74IS160级联而成。
90秒定时电原理：
密码设置好后，
当用户输入密码时90秒定时开始计时，若90秒内比较器无开锁信号输出，则90后计数器发出信号给编码器，使得编码器变为不可编状态从而达到自锁的目的。
28秒定时器原理：
当编码器输出报警信号时，同时这个信号被送往28秒定时器，作为定时器的计时信号。
28秒过后，定时发出一个报警停止的信号，这个信号送往连接报警信号与报警信号灯之间的三态门的控制端，从而使报警停止。
4.项目设计和调试中存在的主要问题及解决方法
4.1项目设计中存在的主要问题及解决方法项目设计之初考虑到的是8线-3线编码器的每一种输入情况都可作为一个密码输入情况，后来考虑到在输入密码的过程中要通过扳动开关来实现，然后在扳动开关的过程中，难免使得输入都为高电平的情况出现，如果把这一情况也算做一次密码输入的话，那么电路的设计将变的很复杂。
最后考虑到可以利用在开关复位（输入全部为高电平）的过程中，利用编码输出恰好为四个高电平的情况，可以考虑用来使时
计数器的时钟端复位为低电平。
工作过程为：
扳动某一开关
使其输入为低电平时，若该输入不等于设置好的密码时则会
在计数器的时钟输入端产生一上升沿的从触发信号然后开关
扳回复位，则计数器时钟输入端立即变为低电平，等待一个
有效信号的到来
4.2项目调试中存在的主要问题及解决方法
4.2.1显示管不能够正常显示
在项目调试中，当我们按照电路图把线全部接好后，首先
出现的问题是七段数码显示管不能够正确的显示出我们的输
入信号最后我们通过调试，首先发现的问题是显示管接了。
重新接过来之后，仍然发现有一显示管不能够正确显示，通
过多次试和查线后都不能够正确显示，最后我们把能够正常
显示的那个显示管换过来插在不能够正常显示的那个显示管
插的位置，之后发现显示管显示正常了才明白了是那个显示
管本身的问题。
换过显示管之后，显示数据正常。
4.2.2发光二极管不能够正常发光
该问题表现在从数据输入端输入正确密码后，发现发光二极管并不发光。
在检查线路之后发现该问题还是没能够得到解决，最后经过多次尝试之后，发现问题原来是在于数值比较器（74LS85）没有插好。
插好之后，在输入密码和设置的密码相等的情况下，发光二极管还是不发光。
后来我们将发光二极管换成灯泡，灯泡却亮了。
为什么会出现这样的问题呢，后来我们上网查了资料才知道发光二极管所承受的电压没灯泡高，直接接在电路中会烧掉的，所以后来我们就在发光二极管的输入端串联一个200欧的电阻，这样发光二极管就亮了。
5.项目的创新之处
我们设计的这个数字密码锁总的来说有三个创新之处。
第一，该数字卡密不仅可以修改密码而且还可以自由设置密码的位数，用户可以自行调节密码的难易程度，这相对于在网上看到的那些用数字电子技术制作的密码锁算是一个创新之处。
第二，由于我们一般用开关进行密码是输入，开关在拨动的过程中会有抖动，而我们为了防止这种现象，我们在开关与编码器连接的中间加入了一个RS触发器防抖。
第三，该电路设有90秒自锁功能。
一般来说，用户记得密码输入正确的密码的时间不用90秒，所以这个自锁功能主要是防止有人来套密码，当别人90秒内没有输入正确的密码则电路进入自锁即电路关闭输入密码的功能。
6.体会与总结
以上为实习期间所设计的电子密码锁电路，它经过多次修改和整理，以是一个比较不错的设计，可以满足人们的基本要求，但因为水平有限，此电路中也存在一定的问题。
例如，我们用555定时电路做的秒脉冲有时候会不稳定，使得定时器工作出现不稳定的情况。
通过这两周的学习，我感觉有很大的收获：
首先，通过学习使自己对课本上的知识可以应用于实际，使的理论与实际相结合，加深自己对课本知识的更好理解，同时实习也段练了我个人的动手能力：
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。
能对protel99、和multisim10等仿真软件操作，能达到学以致用。
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。
在实习中，我感受到了老师对学生的那种悔人不卷的精神，每天的固定时间，老师都来给我们指导，使我们少走弯路，顺利完成实习任务，请允许我向你们致意崇高的敬意，感谢你们，老师！
7.所用元器件一览表
元件型号
功能
数量
74LS148
实现编码功能
1
74LS85
两个四位二进制数的数值比较
1
74LS160
十进制计数器
4
74LS00
四-二输入与非门
1
74LS125
三态门
1
74LS161
十六进制计数器
2
74LS32
二输入或门
1
74LS08
二输入与门
1
74LS04
非门
1
555
定时器
1
2114
存储器
1
电阻200欧
限流
2
发光二极管
显示报警和开锁信号
2
七段数码器
显示输入输出密码和计数时间
5
开关
输入高低电平
10
8.参考文献
1•《电子线路设计、实验、测试》（第二版）
华中理工大学出版社------谢自美主编
2•《新型集成电路的应用》电子技术基础课程设计
华中理工大学出版社——梁宗善主编
3•《电子技术基础实验》
高等教育出版社陈大钦主编
4•《电子技术课程设计指导》
高教出版社
彭介华主编
电气与信息工程系课程设计评分表
项目
评价
优
良
中
及格
差
设计方案的合理性与创造性（10%）
硬件设计或软件编程完成情况（10%）
硬件测试或软件调试结果*（10%）
设计说明书质量（10%）
设计图纸质量（10%）
答辩汇报的条理性和独特见解（10%）
答辩中对所提问题的回答情况（10%）
完成任务情况（10%）
独立工作能力（10%）
出勤情况（10%
综合评分
指导教师签名：
日期：
注：
①表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；
②此表装订在课程设计说明书的最后一页。
课程设计说明书装订顺序：
封面、任务书、目录、
正文、评分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。
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