數(shù)碼鎖課程設計---簡易數(shù)碼鎖設計

1、<p><b>　　課 程 設 計</b></p><p>　題 目簡易數(shù)碼鎖設計</p><p>　學 院自動化學院</p><p>　專 業(yè)自動化專業(yè)</p><p>　班 級</p><p><b>　　課程設計任務書</b></

2、p><p>　　題 目: 簡易數(shù)碼鎖設計 </p><p><b>　　初始條件：</b></p><p>　　運用所學的模擬電路和數(shù)字電路等知識；</p><p>　　用到的元件：實驗板、電源、連接導線、74系列芯片、555芯片或微處理器等。&l

3、t;/p><p>　　要求完成的主要任務:</p><p>　　采用數(shù)字按鍵輸入，數(shù)碼為6位或4位；</p><p>　　開機上電后系統(tǒng)自動復位，處于準備接收數(shù)碼的準備狀態(tài)；</p><p>　　設置一只認可鍵，每次輸入數(shù)碼后必須按認可鍵。</p><p>　　認可鍵只承認最后6位或4位輸入數(shù)碼，若與本鎖規(guī)定數(shù)碼相符則使執(zhí)

4、行機構(gòu)動作；</p><p>　　嚴格按照課程設計說明書要求撰寫課程設計說明書。</p><p><b>　　時間安排：</b></p><p>　　第1天 下達課程設計任務書，根據(jù)任務書查找資料；</p><p>　　第2～4天 進行方案論證，軟件模擬仿真并確定設計方案；</p><p>　

5、　第5天 提交電路圖，經(jīng)審查后領取元器件；</p><p>　　第6～8天 組裝電路并調(diào)試，檢查錯誤并提出問題；</p><p>　　第9～11天 結(jié)果分析整理，撰寫課程設計報告，驗收調(diào)試結(jié)果；</p><p>　　第12～14天 補充完成課程設計報告和答辯。</p><p>　　指導教師簽名：

6、 2012年 6月26日</p><p>　　系主任（或責任教師）簽名： 2012年 6月26日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引 言1</b></p><p>　　1設計意義與要求2</p><p>

7、<b>　　1.1設計意義2</b></p><p><b>　　1.2設計要求2</b></p><p><b>　　2方案設計3</b></p><p><b>　　2.1設計思路3</b></p><p><b>　　2.2設計方案

8、4</b></p><p><b>　　2.3方案比較5</b></p><p>　　3簡易密碼鎖電路設計5</p><p>　　3.1密碼輸入和編碼電路5</p><p>　　3.2密碼移位寄存電路6</p><p>　　3.3密碼比較電路7</p><

9、;p><b>　　3.4開鎖電路8</b></p><p><b>　　3.5復位電路9</b></p><p><b>　　4調(diào)試與檢測9</b></p><p>　　4.1調(diào)試方法與步驟9</p><p>　　4.2調(diào)試中故障及解決方法10</p>

10、;<p>　　4.3調(diào)試與運行結(jié)果10</p><p>　　5仿真操作步驟及操作說明11</p><p><b>　　結(jié)束語12</b></p><p><b>　　參考文獻13</b></p><p><b>　　附 錄13</b></p>

11、<p><b>　　引 言</b></p><p>　　現(xiàn)代人類文明社會里，由于社會治安狀況不太好，人們的思想道德觀念，修養(yǎng)水平等差異，善良的人們能夠自覺規(guī)范自己的行為。然而，一些沒有道德觀念的盜賊卻想法設法利用高科技設備撬開門鎖，使廣大居民防不勝防，家中物品被盜現(xiàn)象時有發(fā)生。如何防盜這一現(xiàn)實問題現(xiàn)在變的越來越突出，傳統(tǒng)的機械鎖由于其構(gòu)造的簡單，被撬現(xiàn)象時有發(fā)生。電子鎖由于自身

12、保密性高，使用方便，安全系數(shù)高，也因此受到越來越多的人們的喜愛。</p><p>　　隨著科技的進步，鎖已經(jīng)發(fā)展到了密碼鎖。電子鎖，激光鎖，聲控鎖等等。他在傳統(tǒng)鑰匙的基礎上，加了一組或多組密碼，不同聲音，不同磁場，不同光束，光波，不同圖像（指紋，臉部等）來控制鎖的開啟。從而大大提高了鎖的安全性，使不法之徒無從下手，人們也就能對自身財產(chǎn)安全有了更多的保障。當今安全信息系統(tǒng)越來越廣泛，特別是保護機密，維護隱私和財產(chǎn)保

13、護方面起到重要作用，而基于電子密碼鎖的安全系統(tǒng)是其中的組成部分，因此研究它具有重大的現(xiàn)實意義。</p><p><b>　　1設計意義與要求</b></p><p><b>　　1.1設計意義</b></p><p>　　通過對密碼鎖的設計，考察我們對數(shù)字電子技術(shù)課上學習內(nèi)容的實際應用能力。通過運用所學知識進行歸納、分析、

14、并解決實際的設計問題。了解設計原理，靈活運用所學知識。使用Proteus軟件通過計算機進行原理圖設計、電路分析與仿真、系統(tǒng)測試及功能驗證，通過它進行故障排查，鍛煉分析解決問題的能力。在仿真成功后自己搭建電路進行調(diào)試與檢測，能增強我們動手能力和故障排除的能力。</p><p><b>　　1.2設計要求</b></p><p>　　1）設計一個簡易數(shù)碼鎖，密碼為4位十進

15、制數(shù)，采用數(shù)字按鍵輸入。</p><p>　　2）設置一只確認鍵，每次輸入數(shù)碼后必須按確認鍵；且確認鍵只承認最后4位，若與本鎖規(guī)定數(shù)碼相符則使執(zhí)行開鎖動作。</p><p>　　3）開機上電系統(tǒng)自動處于準備接收數(shù)碼的準備狀態(tài)；若輸入的數(shù)碼最后4位，與正確密碼完全一致，且緊接著按下確認鍵時，執(zhí)行開鎖操作。</p><p><b>　　2方案設計</b&

16、gt;</p><p><b>　　2．1設計思路</b></p><p>　　依據(jù)設計要求，首先要有密碼輸入部分，它把0-9十個字符編碼成二進制數(shù)碼輸入,因此需要編碼電路。每輸入一個密碼編碼后，需要把密碼存起來，便于密碼的輸入比對，這需要一個移位寄存電路寄存密碼。由于移位寄存器的工作原理，每輸入新的數(shù)碼，原來的數(shù)碼就右向移位，使寄存器中的數(shù)據(jù)只有最后輸入的4個密碼，

17、實現(xiàn)最后4位有效。密碼輸入后可以通過將輸入密碼與原設定密碼用與非門組合電路比較器比較，當輸出都為相等時密碼輸入正確；否則，則有誤。當輸入正確密碼后開鎖燈亮，錯誤，則不亮。當按下確認鍵，密碼才能夠輸入；按下復位鍵，密碼清零。</p><p>　　圖2-1 設計流程圖</p><p><b>　　2.2設計方案</b></p><p>　　2.2.

18、1個人方案 電路圖</p><p>　　電路中0～9共10個按鍵是密碼輸入端，與兩片編碼器輸入端相連，另外兩個分別是確認鍵和復位鍵。</p><p>　　輸入的4位十進制密碼經(jīng)兩片74LS148編碼器輸出相應二進制編碼。將輸出二進制數(shù)再與四片級聯(lián)的移位寄存器74LS194芯片的第一片的輸入端相接。當有上升沿觸發(fā)信號時，每個74LS194芯片將其所儲存的密碼右移給下一個74LS194，每個7

19、4LS194的輸出端Q0～Q3分別與四片四位數(shù)值與門和非門組合而成的比較器的輸入端連接。數(shù)值比較器通過有1直接連入與門，有0則在與門前接一非門預設密碼，與A0～A3比較的結(jié)果和確認鍵經(jīng)過一個與門控制開鎖信號燈的亮滅。</p><p>　　每次按下一個密碼開關(guān)后，10個密碼編碼輸出GS端通與門，輸出由1變?yōu)?再變1，將其作為寄存器74LS194的邊沿觸發(fā)信號，輸入密碼移動一位。若74LS194寄存器現(xiàn)存的4個四位二

20、進制數(shù)與比較器預設密碼比較完全一致，則按下確認鍵后，開鎖信號燈亮，實現(xiàn)輸入密碼后4位有效的功能要求。若按下復位鍵，各寄存器的清零端變?yōu)榈碗娖竭M行清零。 </p><p>　　2.2.2小組方案 電路圖 </p><p>　　該方案由74LS147編碼器編碼電路、74LS194移位寄存器、74LS85密碼比較電路、復位電路、555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路、密碼顯示、報警電路六部分組成。其中

21、，555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路作為寄存器的觸發(fā)信號。密碼輸入后通過移位寄存器后，在數(shù)碼顯示電路中顯示輸入的密碼 。將確認鍵輸出端與密碼比較結(jié)果相或，作為兩個級聯(lián)JK觸發(fā)器的脈沖信號，并將兩個JK觸發(fā)器輸出端與非作為報警信號和復位信號，并將其與電源相與。當輸入密碼三次錯誤時，輸出報警信號并將電源封鎖，與此同時，移位寄存器清零。其它原理與個人方案大致相同。</p><p><b>　　2.3方案比較&l

22、t;/b></p><p>　　與小組方案相比，個人方案密碼從0——9，更貼近人們?nèi)粘Ｊ褂们闆r。不足的是密碼編碼較復雜，且無報警裝置，且只有單一的密碼，不能修改密碼。相對而言，小組方案密碼編碼較精簡，且加了密碼顯示裝置。再輸入密碼的同時可以顯示輸入的密碼。用密碼報警裝置來提高安全系數(shù)。使用555單穩(wěn)態(tài)電路的輸出作為觸發(fā)信號，消除了由于開關(guān)抖動時帶來的錯誤，更安全。</p><p>　

23、　3簡易密碼鎖電路設計</p><p>　　3.1密碼輸入和編碼電路 </p><p>　　電路由兩片74LS148進行編碼，由74LS148的功能表可知有一個輸入端輸入低電平時，根據(jù)它的優(yōu)先級別進行編碼，即I7優(yōu)先編碼，可以有效防止同時輸入多個數(shù)字而形成亂碼。由于編碼時若把輸入數(shù)字直接轉(zhuǎn)化為二進制編碼輸出則較為麻煩。結(jié)合

24、電路設定的密碼為7354和74LS148的編碼輸出規(guī)律，把兩片輸出A0與A0相與非，A1與A1相與非A2與A2相與非，GS的非作為輸入數(shù)字的編碼，則電路較為簡潔。其中GS作為最高位輸出。</p><p>　　圖3-1密碼輸入電路</p><p>　　3.2密碼移位寄存電路</p><p>　　通過網(wǎng)絡查找，我找到了四位并行移位寄存器，并對其功能有了具體的了解后搭建了

25、如圖所示的電路圖。其中四片74LS194級聯(lián)，第一片從D0到D3為并型數(shù)據(jù)輸入端，Q0到Q3 為輸出端，與下一個芯片級聯(lián)。當并行數(shù)據(jù)輸入后，在移位寄存器里，總是存儲四個數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)進行移位，實現(xiàn)后4位有效的設計要求。其中CR是異步清零端，低電平有效。它連接復位端。CP是時鐘輸入端，上升沿觸發(fā)有效。它接入密碼輸出電路中的脈沖輸出。P/S是并行串行控制端，接高電平時并行移位。T/C是原碼/反碼輸出控制端，接高電平時原碼輸出。由于數(shù)字鍵按下和

26、彈起瞬間，兩片74LS148相與非后產(chǎn)生信號的過程為1-0-1，產(chǎn)生一個上升沿，使寄存器觸發(fā)進行并行移位操作。每輸入一個密碼，移位寄存器就進行一次并行移位，使存儲的四位二進制代碼總為4個，將這四個代碼與正確的密碼比較，就可以實現(xiàn)密碼后4位有效。其輸出端與比較器輸入端相連。 </p><p>　　圖 3-2移位寄存電路</p><p><b&g

27、t;　　3.3密碼比較電路</b></p><p>　　將移位寄存器的四個密碼輸出端Q0-Q3分別連接四個與門與非門的組合電路相連接的我自己設計相當于比較器功能的邏輯器件。在其輸入端從右到左設置密碼0111,0011,0101,0100。當密碼中為1時直接連入與門，若為0時，則前面加一個非門。由于此時的二進制密碼所對應的由74LS148所編碼的十進制數(shù)為7354，所以正確的密碼為7354。將比較器輸出

28、端相與作為密碼比較結(jié)果，當密碼輸入正確時則輸出1。</p><p>　　圖3-3 密碼比較電路</p><p><b>　　3.4開鎖電路</b></p><p>　　當輸入密碼時，按下確認鍵。當后四位密碼正確時，按下確認鍵，則燈亮。否則，不亮。</p><p><b>　　圖3-4 開鎖電路</b>

29、;</p><p><b>　　4調(diào)試與檢測</b></p><p>　　確定設計方案和電路圖后進過檢查確定無誤后，經(jīng)過仿真仍出現(xiàn)許多問題。調(diào)試和修改之后才終于正確。</p><p>　　4.1調(diào)試中故障及解決方法</p><p>　　對個人方案進行仿真時，遇到的問題及解決方法為：</p><p>

30、;　　1）平常使用的密碼是0～9十個數(shù)，但是沒找到10-4線或16-4線編碼器，于是我使用兩片8-3編碼器74LS148級聯(lián)，構(gòu)成了16-4線編碼器。</p><p>　　2）由于開關(guān)的擺放問題，有的開關(guān)按下去被鎖死，彈不起來。因此我將這些開關(guān)都換掉，開關(guān)部分恢復正常。</p><p>　　3）再進行方真時，按照在網(wǎng)上收索74LS148功能表編碼與仿真時的編碼不同，于是我從0-9進行測試，

31、找到正確的功能表，然后修改電路圖。修改正確后進行調(diào)試，調(diào)試結(jié)果成功。</p><p>　　對方案二即小組方案進行測試時，遇到的問題及解決方法為：</p><p>　　1）最先設計的方案是當按復位鍵或者密碼輸入正確開鎖，寄存器的清零端對電路清零。但是在調(diào)試時，很難實現(xiàn)。因此我們?nèi)サ袅溯斎胝_密碼進行復位這一功能，改為手動清零。調(diào)試時成功。</p><p>　　4.2調(diào)

32、試與運行結(jié)果</p><p>　　方案一仿真調(diào)試結(jié)果：當輸入正確密碼7354并按下確認鍵后，開鎖信號燈閃亮，執(zhí)行開鎖操作。當輸入密碼為12347354并按下確認鍵時，開鎖信號燈閃亮，開鎖；當輸入密碼為1234567并按下確認鍵時，開鎖信號燈不亮。</p><p>　　5簡易數(shù)碼鎖操作說明</p><p><b>　　個人方案：</b></

33、p><p><b>　　一．各部件說明：</b></p><p>　　1．開關(guān)0至9為密碼輸入開關(guān)，復位鍵為密碼輸入控制端，負責清零。確認鍵為輸入密碼確認。</p><p>　　2．二極管為密碼正確顯示，當最后四位密碼正確時燈亮，否則燈不亮。</p><p><b>　　二．操作說明</b></p

34、><p>　　1．開始時開關(guān)都置于斷開，燈不亮，表示密碼未輸入。</p><p>　　2. 先輸入密碼1234，再按確認鍵，則燈不亮。</p><p>　　3．再按123456，再按確認鍵，則燈不亮。</p><p>　　4. 輸入正確密碼7354，再按確認鍵，則燈亮。然后按復位鍵，輸入密碼清零。</p><p>　　

35、5. 最后輸入1237354，再按確認鍵，燈亮。然后按復位鍵。</p><p><b>　　三．功能</b></p><p>　　密碼輸入后四位有效，按下確認鍵密碼才能輸入，當輸入正確密碼燈亮，密碼鎖打開。按下復位鍵則密碼清零，燈滅。</p><p>　　小組方案：按鍵“確認鍵”和“復位鍵”按下時分別對輸入數(shù)碼進行確認和清零。按“復位”鍵開機

36、復位。此時燈不亮，數(shù)碼管顯示全為0，進入密碼輸入狀態(tài)，正確密碼是4567。密碼輸入后按確認鍵確認最后四位，當正確時開鎖信號燈亮；輸入錯誤時可繼續(xù)輸入密碼。但是，當三次密碼輸錯后，報警燈亮，數(shù)碼管顯示清零，任何按鍵失效。輸入單個密碼之后必須等待輸入提示燈熄滅之后才能再輸入下一個密碼。</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　雖然電工電子課程設計只

37、有十四天，但是我卻有了巨大的收獲也讓我對數(shù)字電子技術(shù)這門課程有了更濃厚的興趣。我更愿意鉆進去學，進而把學習到的東西運用到日常生活當中。這門課程非常有用！</p><p>　　在這次課設中，我學會了運用所學的知識分析問題、解決問題。把一個大的問題分解成若干個小的問題來解決，然后中和分析，一個復雜的、難的問題就比較容易解決。通過設計，進一步鞏固和加強了自己數(shù)電的基礎知識，鍛煉了創(chuàng)新能力。</p><

38、;p>　　在設計過程中，我也學會了怎樣和同學一起相互合作，怎樣很好的使用互聯(lián)網(wǎng)查找資料，并做到在學習中提高。</p><p>　　與此同時，我還自主學會了如何利用Proteus仿真軟件，通過看一些參考書和詢問同學，以及自己摸索，學會了如何操作仿真軟件，也了解了仿真的一般方法，以及在此基礎上如何改錯。培養(yǎng)了我的自學能力。</p><p>　　最后我想說：在學習中，要認真、獨立的思考，打

39、好基礎知識，并靈活運用它到實際生活當中。學以致用，這才是學習的意義所在。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]康華光主編.《電子技術(shù)基礎》.高等教育出版社.2005.7</p><p>　　[2]伍時和主編.《數(shù)字電子技術(shù)基礎》.清華大學出版社.2009.1</p><p>　　[3]

40、 鄧勇主編.《數(shù)字電路設計完全手冊》.國防工業(yè)出版社</p><p>　　[4]孫余凱主編.《數(shù)字實用電路》.電子工業(yè)出版社.2007.6</p><p><b>　　附錄 設計總電路圖</b></p><p>　　本科生課程設計成績評定表</p><p>　　指導教師簽字： </p