数字电子技术课程设计电子密码锁解析.docx

1、数字电子技术课程设计电子密码锁解析郑州科技学院数字电子技术课程设计题 目 电子密码锁 学生姓名 孟 四 州 专业班级 12通信工程2 班 学 号 201251037 院 （系） 信息工程学院 指导教师 刘 筠 筠 完成时间 2014年12 月8日 目 录1 课程设计的目的 12 课程设计的任务与要求 22.1 基本功能 22.2 设计任务与要求 23 设计方案与论证 33.1 工作原理及方案选择 33.1.1 方案一 33.1.2 方案二 33.2 电路设计方案的比较 433 总体电路框图 44 单元电路的设计 54.1 密码输入及验证电路模块 54.2 密码修改及锁定模块 74.3 计时模块

2、 94.4 逻辑组合模块 115 硬件的制作与调试 135.1 电路板中元器件的布局 135.2 电路焊接与调试 145.2.1 正确使用电烙铁 145.2.2 元件焊接顺序 145.2.3 电路调试 156 总结 16参考文献 17附录1：总体电路原理图 18附录2：元器件清单 19附录3：实物图 201 课程设计的目的(1)巩固和加深对电子电路基本知识的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力；(2)培养根据设计需要选学参考书籍，查阅相关手册、图表和文献资料的自学能力；(3)通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件、电路组装、调试和检测等环节，提高自身动手能力；(4)通过课程设计

3、，培养独立设计能力、提高综合运用知识的能力，同时也有助于为以后的毕业设计打下坚实的基础；(5)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，传统的机械锁由于其构造的简单，被撬的事件屡见不鲜，电子锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的亲睐。2 课程设计的任务与要求2.1 基本功能(1)密码为6位，当输入密码与设置密码一致时开锁；(2)当输入密码与设置密码不一致时，发出报警信号，并用LED表示关锁状态；(3)密码可以修改。2.2 设计任务与要求(1) 该电子锁的密码为六位二进制数，共设有8组密码;(2) 输入密码按确定键后，若密码正确则绿灯亮；若密码不正确

4、，则红灯亮，同时电路发出报警信号;(3) 若输入密码后不按确定键则电路无现象。3 设计方案与论证3.1 工作原理及方案选择自己设计制作数字电子密码锁，可以使用各种集成（译码器，555定时器，触发器），也可以采用单片机（如89C51）。由于自己知识范围的限制，并且为了进一步掌握数字电子技术的基本理论及实验调试技术，我在这次课程设计中采用集成芯片及门电路设计数字电子密码锁的设计方法。3.1.1 方案一设计选用单片机作为本设计的核心元件，利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口，及其控制的准确性，实现基本的密码锁功能。在单片机的外围电路外接输入键盘用于密码的输入和一些功能的控制，外接芯片用于密码的

5、存储，外接LCD显示器用于显示作用。当用户需要开锁时，先按键盘开锁键之后按键盘的数字键输入密码。密码输完后按下确认键，如果密码输入正确则开锁，不正确显示密码错误重新输入密码，当三次密码错误则发出报警。除上述基本的密码锁功能外，声光提示等功能，依据实际的情况还可以添加遥控功能。3.1.2 方案二设计选用各种集成芯片作为本设计的核心元件，采用逻辑开关及74LS138译码器组成密码输入部分。74LS175D触发器与密码输入部分不同的接线方式可修改密码。555定时器构成单稳态触发器产生触发信号触发开锁或者报警。3.2 电路设计方案的比较方案一：用51单片机实现，其优点是硬件电路简单，功能很多，拓展方便

6、，编程设计灵活多样和I/O端口丰富，控制准确。但是单片机要求知识广泛，需要对硬件有较好的认识和一定的编程能力。再者，单片机加上外围的设备费用要比单用集成芯片打。方案二：用各种集成芯片及门电路来设计，优点是电路理解轻松，设计比较顺畅，用已有的知识就可以设计。但是电路连线比较繁杂，需要一些逻辑器件，智能化大大降低，并且能拓展的功能比较少。3.3 总体电路框图图3-1 总体设计框图4 单元电路的设计4.1 密码输入及验证电路模块此模块主要是用输入键盘和74LS138实现，输入键盘为六个逻辑开关;74LS138为3线-8线译码器。74LS138每个输出端为0时都有唯一的输入码，所以可以把G1 、G2A

7、 、G2 B 、C 、B、 A作为密码输入端，与输入键盘相连,共有26=64种输入情况。Y0Y7只需要选择其中一端作为密码验证信号输出就行了。电路连接图如图4-1图4-1 密码输入表4-1 74LS138真值表输入输出G1G2A+G2BC B AY0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y70XX X X1 1 1 1 1 1 1 1X1X X X1 1 1 1 1 1 1 1100 0 00 1 1 1 1 1 1 1100 0 11 0 1 1 1 1 1 1100 1 01 1 0 1 1 1 1 1100 1 11 1 1 0 1 1 1 1101 0 01 1 1 1 0 1 1 1

8、101 0 11 1 1 1 1 0 1 1101 1 01 1 1 1 1 1 0 1101 1 11 1 1 1 1 1 1 04.2 密码修改及锁定模块此模块采用八个单刀单掷开关控制，通过闭合不同开关来达到改变密码的目的，开关左端分别连接74LS138的Y0Y7密码输出端，右端连接74LS175。如图4-2图4-2 密码修改及锁定模块Y0-Y7通过闭合不同开关选择密码，共有8个选择，也就是修改密码时，只有8个不同的固定密码可以选，故密码和密码选择端对应表如表4-2表4-2 密码和密码选择端对应表密码设定端的连接密码Y0100000Y1100001Y2100010Y3100011Y4100

9、100Y5100101Y6100110Y7100111该模块是预先选择密码，即译码器的8个输出端口分别连接到逻辑开关8个接口上面，这样就可以实现选择密码的功能，但是密码只有固定的8种。然后D触发器再把密码验证模块送来的验证结果存住。在按下确定键时，单稳态触发器送过来的上升沿使触发器做出反应。如表4-3 D触发器真值表。表4-3 74LS175D触发器真值表输入输出CLKDQ0011X保持4.3 计时模块单稳态触发器只有一个稳定状态和一个暂态，在外界触发脉冲的作用下。电路从稳态翻转到暂态，然后在暂稳态停留一段时间Tw后又自动返回到稳态，并在输出端产生一个宽度为Tw的矩形脉冲。Tw只与电路本身的参

10、数有关，与触发脉冲无关。通常把Tw称为脉冲宽度。单稳态触发器也是一种重要的时序逻辑电路，它和双稳态触发器不同，只有一个稳定状态，另一个是暂稳态，经过一段延迟时间后，将自动返回稳定状态。这个延迟时间一般称为暂稳态时间，是由电路中有关的电阻电容时间常数确定的。单稳态触发器进入暂稳态要靠触发脉冲的触发才行，有的单稳态触发器是由触发脉冲的上升沿触发翻转的；有的单稳态触发器是靠触发脉冲的下降沿触发翻转的。图4-3 单稳态和双稳态触发器触发方式的异同如图是用555构成的单稳态电路和其工作波形，图中R、C为外接定时元件，输入触发信号u1加至低触发TR端，由OUT端输出信号，控制端CO不用时一般均通过0.01

11、uf接地，以防干扰。图4-4 555构成的单稳态电路和其工作波形此模块采用555电路单稳态的一种变形，如图4-5定时器组成的单稳态触发器。图4-5 555定时器组成的单稳态触发器按下确定开关将在时基电路输出端OUT（第3引脚）产生高电平，经延时Tx后，输出端OUT将保持低电平不变。当按钮按下时C1储存的电荷通过J7泄放，2脚TR受低电平触发，555置位，3脚输出高电平。松开按钮后，定时即开始，此时电源通过电阻R1向C1充电，使C1两端电平不断升高，当升至2/3Vcc时，时基电路复位，定时结束，3脚输出低电平。Tw=1.1RC (4-1)暂稳态时间Tw4.4 逻辑组合模块此模块的两个输入端是接锁

12、定模块的输出端A和计时模块的输出端B。两个输出端分别接开锁指示灯S和报警指示灯J。它们的真值表如表4-4表4-4 开锁指示灯S和报警指示灯J的真值表A BS J0 01 10 10 11 01 11 11 0由此可以选用74LS08，实现该模块的逻辑功能A的非直接用74LS175的3引脚输出。其连接图如图4-6,开锁指示灯S和报警指示灯J逻辑电路图。图4-6 开锁指示灯S和报警指示灯J逻辑电路图5 硬件的制作与调试5.1 电路板中元器件的布局在设计印制电路板时，应尽量将相互关联的元器件摆放在一起，以避免因元器件离得太远而造成印制线过长所带来的干扰；再者，将输人信号和输出信号尽量放置在引线端口附

13、近，以避免因耦合路径而产生的干扰。在印制电路板上，将正、负载流导线分别紧靠布在印制电路板的两面，并设法使之保持平行，因为平行紧靠的正、负载流导体所产生的外部磁场是趋向于相互抵消的。布线之间的电磁耦合是通过电场和磁场进行的，因此在布线时，应注意对电场与磁场耦合的抑制。对电场的抑制方法如下：(1)尽量增大线间的距离，使电容耦合为最小；(2)采用静电屏蔽，屏蔽层要接地；(3)降低敏感线路的输人阻抗。对磁场的抑制方法如下：(1)减小干扰源和敏感电路的环路面积；(2)增大线问的距离，使耦合干扰源与敏感电路之间的互感尽可能小；(3)最好使干扰源与敏感电路呈直佃布线，以便大大降低线路之间的耦合。5.2 电路

14、焊接与调试5.2.1 正确使用电烙铁 1、电烙铁使用前要上锡，具体方法是：将电烙铁烧热，待刚刚能熔化焊锡时，涂上助焊剂(松香)，再用焊锡均匀地涂在烙铁头上，使烙铁头均匀的吃上一层锡(亮亮的薄薄的就可以)。 2、在进行普通焊接的时候(比如在万能板上焊接直插式元件)，一手烙铁，一手焊锡丝，靠近根部，两头轻轻一碰，一个焊点就形成了。焊点理想的形状是一坨屎那种。 3、在万能板上焊接直插元件时，要将引脚尽量插到底。 4、焊接时间不宜过长，否则容易烫坏元件，必要时可用镊子夹住管脚帮助散热。 5、焊接完成后，要用酒精把线路板上残余的助焊剂清洗干净，以防炭化后的助焊剂影响电路正常工作。 4、电烙铁应放在烙铁架

15、上。 5.2.2 元件焊接顺序 先难后易，先低后高，先贴片后插装。 宗旨：焊接方便，节省时间。 先焊接难度大的，这主要是指管脚密集的贴片式集成芯片。如果把这些难度大的放于最后焊接，一旦焊接失败把焊盘搞坏，那就会前功尽弃。先低后高，先贴片后插装。这样焊接起来方便。如先把高的元件焊接了，有可能妨碍其他元件的焊接，尤其是高大的元件密集众多的时候。如果先焊接插装的元件，电路板就会在焊台上放不平，影响焊接心情。5.2.3 电路调试(1)检查电路连线是否正确，包括错线、少线和多线。(2)按照电路图检查安装的线路(3)按照实际线路来对照原理电路进行查线这是一种以元件为中心进行查线的方法。把每个元件（包括器件

16、）引脚的连线一次查清，检查每个引脚的去处在电路图上是否存在。为了防止出错，对于已查过的线通常应在电路图上做出标记，最好用指针式万用表“1”挡，或数字式万用表“挡”的蜂鸣器来测量，而且直接测量元器件引脚，这样可以同时发现接触不良的地方。6 总结刚开始的时候，由于对理论知识的学习不是很透彻，不知道从哪里开始入手。从网上搜集了译码器，触发器,计时器等很多内容，从书上的原型有了基本的认识画了电路图。算好了参数，我就开始仿真。开始仿真时,明明按照自己设计的电路图来画,可是结果就是与理论的不一样。我查了很久没有结果，于是和同学讨论，并且重新查了各个芯片的引脚图，一对比才知道自己接的线路有几处错误，比如74

17、ls138的密码输入端。经过一周的仿真，我最终把电路成功地设计完善，得到的结果与理论几乎一致。经过这次课程设计，我对各个集成电路：定时器，触发器，译码器等有了更加深刻的理解，对课程设计有了了解，对自己制作电子设计有了浓厚的兴趣。但是更加深刻的是，我理解了“读万卷书，行万里路”这句话的深刻含义。在以后的专业学习中，我将会注重实践，将理论知识应用到实践中去，以便更好的学习知识。最后由衷的感谢刘筠筠老师辛勤的指导，还有小伙伴的团结合作！参考文献1 江晓安.董秀峰. 数字电子技术（第三版）. 西安:西安电子科技大学出版社,20082 杨力.文刚. 电子技术课程设计. 北京:中国电力出版社,20093

18、陈明义. 电子技术课程设计实用教程. 长沙:中南大学出版社,20104 孙丽霞. 实用电子电路设计与调试（数字电路）. 北京:中国电力出版社,2011附录1：总体电路原理图附录2：元器件清单序号名称型号数量1四/2输入端与门74LS082块2译码器74LS1381块3555计时器5551块4同步D触发器74LS1751块5发光二极管红1个6发光二极管绿1个7电池盒1个8芯片插槽DIP141个9芯片插槽DIP163个10芯片插槽DIP81个11万用板9cm*15cm1块12电阻300欧1个13电阻100欧2个14电容1uf1个15电容103(0.01uf)1个16导线若干17干电池1.5V3节18拨动开关单刀双掷16个附录3：实物图实物图反实物图正