电子密码锁课程设计报告最终版 2.docx

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电子密码锁课程设计报告最终版2

课程设计（综合实验）报告

（2012--2013年度第1学期）

名称：

电子技术综合实验

题目：

电子密码锁

院系：

电气与电子工程学院

班级：

实验电10

学号：

学生姓名：

指导教师：

设计周数：

一周

成绩：

日期：

2013年1月13日

一、目的与要求

1.目的

1.1课程设计是教学中必不可少的重要环节，通过课程设计巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能，提高综合运用知识的能力，逐步增强实际工程训练。

1.2注重培养学生正确的设计思想，掌握课程设计的主要内容、步骤和方法。

1.3培养学生获取信息和综合处理信息的能力、文字和语言表达能力以及协作工作能力。

1.4提高学生运用所学的理论知识和技能解决实际问题的能力及其基本工程素质。

2.要求

2.1能够根据设计任务和指标要求，综合运用电子技术课程中所学到的理论知识与实践技能独立完成一个设计课题。

2.2根据课题需要选择参考书籍，查阅手册、图表等有关文献资料。

要求通过独立思考、深入钻研课程设计中所遇到的问题，培养自己分析、解决问题的能力。

2.3进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，掌握合理选用的原则。

2.4学会电子电路的安装与调试技能，掌握常用仪器设备的正确使用方法。

利用“观察、判断、实验、再判断”的基本方法，解决实验中出现的问题。

2.5学会撰写课程设计总结报告。

2.6通过课程设计，逐步形成严肃认真、一丝不苟、实事求是的工作作风和科学态度，培养学生树立一定的生产观点、经济观点和全局观点。

要求学生在设计过程中，坚持勤俭节约的原则，从现有条件出发，力争少损坏元件。

2.7在课程设计过程中，要做到爱护公物、遵守纪律、团结协作、注意安全。

二、主要内容

共有8个既有学习价值又有一定的实用性和趣味性的设计课题，学生根据自身情况自由选择其中之一。

1.移位寄存器型彩灯控制器

2.智力竞赛抢答器

3.电子拔河游戏机

4.交通信号灯控制器

5.数字电子钟

6.电子密码锁

7.电子秒表

8.数字电子钟（硬件）

三、进度计划

序号

设计（实验）内容

完成时间

备注

1

设计内容讲解、学习资料查找方法

半天

2

发放材料、清点材料、熟悉各种元器件

半天

3

查找资料、设计电路、绘制总体电路草图

1天

4

电路组装并调试或在Multisim上绘制电路图、仿真并调试

2天

5

验收、撰写实验报告

1天

四、设计（实验）成果要求

1.学生根据所选课题的任务、要求和条件进行总体方案的设计，通过论证与选择，确定总体方案；然后对方案中单元电路进行选择和设计计算；最后画出总体电路图。

2.预设计经指导教师审查通过后，学生即可向实验室领取所需元器件等材料，在面包板上组装、调试电路，使之达到设计指标要求。

3.在Multisim软件平台上学生可直接设计、仿真和实现，直至达到设计要求。

五、考核方式

综合以下指标评定课程设计总成绩：

优、良、中、及格和不及格。

1.设计方案的正确性与合理性；

2.实验动手能力（安装工艺水平、调试中分析解决问题的能力以及创新精神等）；

3.总结报告；

4.答辩情况（课题的论述和回答问题的情况）；

5.设计过程中的学习态度、工作作风和科学精神。

一、课程设计（综合实验）的目的与要求

本题要求用电子器件设计制作一个密码锁，使之在输入正确的代码时，输出开锁信号以推动执行机构动作，并用红灯亮、绿灯灭表示关锁，而绿灯亮、红灯灭表示开锁。

1、在锁的控制电路中储存一个可修改的4位二进制代码作为密码，当输入代码和锁的密码相等时，进入开锁状态使锁打开。

2、从第一个按钮触动之后的5秒内若未将锁打开，则电路进入自锁状态，使之无法再打开，并由扬声器发出持续20秒的报警信号。

二、设计（实验）正文

1．电子密码锁的原理框图如图1

图1电子密码锁的原理框图

2.设计思路

（1）该题的主要任务是产生一个开锁信号，而开锁信号的形成条件是输入代码和已设置的密码相同。

实现这种功能的电路构思有多种。

比如：

用2片8位数据锁存器或2片4位寄存器，一片存入开锁的代码，另一片存入密码，通过比较的方法判断，若二者相等，则形成开锁信号。

（2）在产生开锁信号后，要求输出声、光信号。

其中音响的产生可以由开锁信号去触发一个音响电路。

其中的光信号可以用开锁信号点亮LED指示灯。

（3）用按钮开关的第一个动作信号触发一个5S的定时器，若在5秒内未将锁打开，则电路进入自锁状态，使之无法再打开，并由扬声器发出持续20秒的报警信号。

3.具体方案

1）开锁信号产生电路：

该题的主要任务是产生一个开锁信号，而开锁信号的形成条件是输入代码和已设置的密码相同。

利用74LS194实现置数和存数电路,并比较相对应的四组数的大小,即QA,QB,QC,QD分别与A,B,C,D的大小。

当且仅当QA=A,QB=B,QC=C,QD=D时，开锁信号产生。

利用74LS85数值比较器实现输入数字与存储密码的比较。

构成的开锁信号电路如图。

图:

置数/储存密码电路电路

置数电路的触发脉冲由方波信号和5秒定时电路的输出端共同控制，以实现电路的自锁功能。

当5秒计时到，输入的数字与存储密码不相等，触发脉冲接入端被置零，开锁电路被自动锁定，此时继续输入其他数字，无效。

同时，当输入电路开始工作时，即输入的四位二进制数字不全为零时，5秒定时电路被触发，开始工作。

图：

开锁信号电路

2）5s定时电路

利用74290构成十进制计数器，在数字显示器显示5时，保持。

输入端由开锁信号和正弦脉冲共同决定。

其中，当在5秒内输入密码正确就停止计时。

当5秒定时结束，电路输出为非时，触发20秒定时电路导通。

开关key是实现开始输入密码的功能。

电路图如图下

图：

5s定时器

3）20s定时电路原理同上。

电路图如图

图：

20s定时电路

4）将电路连接起来。

按照设计要求，5秒钟内，若锁被打开，则绿灯亮红灯灭；若锁未被打开，则绿灯灭红灯亮，同时报警信号被触发，报警信号由信号灯代替，持续时间20秒。

完整电路图下：

3、课程设计流程即相关说明

74LS194:

u1是设置密码片，u2是输入密码片；u1,u2时钟是上升沿时并行置数；u1的时钟是由方波脉冲和5秒定时电路共同决定；当5秒定时电路显示5时密码还不对则u1的时钟就不会再产生上升沿了，此时无论u1输入什么都不会开锁；（自锁功能）

74LS85:

u3是比较片；u1的QD,QC,QB,QA分别接入u3的A3,A2,A1,A0;u2的QD,QC,QB,QA分别接入u3的B3,B2,B1,B0;u3输入端A>B,A=B,A

5秒定时器输入端由开锁信号和正弦脉冲共同决定；当绿灯亮时74LS08输出为0，则74LS290的二进制脉冲输入部分始终为1，由于INA下降沿计数所以5秒计时器不再计数；（输入密码正确）

而当74LS85比较后密码不同时红灯亮，5秒计数器可以继续计数到5秒；关于5秒计数器：

RO1,RO2是复位端，高电平有效，每次run前先复位，即开关打到上端；由74L290的功能表可知，开关打到下端且时钟为下降沿时开始计数；为什么计数到5呢？

原因是计数到5说明密码在5秒内没匹配，此时74L290的QC,QA为1,74LS00输出为0（注意是计数过程中第一次出现QC,QA同时为1）,此时74LS08输出为0，则74LS290的二进制脉冲输入部分始终为1，由于INA下降沿计数，所以5秒计时器不再计数保持在5，不变；

（和输入密码正确时的情况一样停止计数）

关于20秒计数器：

由两片74L290构成，u14是高位片，u15是低位片；当5秒计数器计数到5时，20秒计数器开始计数，蜂鸣器响；5秒计数器计数到5时，74LS00输出为0，接到u14，u15的复位端，在下降沿到来时开始计数；低位片的时钟信号由3部分相与构成；

计数到20停止是由于设定当高位片QB第一次输出为1时，低位片的时钟输入置0，即不再计数。

蜂鸣器响20秒的原因：

由电路图可知只要高位片的QB输出不为1，经过门电路的控制作用，蜂鸣器就会一直响。

四、课程设计（综合实验）总结或结论

小结:

1.采用了模块化设计，即小组内进行了细致的分工，模块设计完成后，测试无误才接入电路，设计思路明确，减少了返修的工作量，提高工作效率。

2.线路比较复杂,将各模块连接的过程中,出现细节问题,应稍加注意。

3.注意文件和仿真电路图的及时保存。

4.此密码锁的保密能力低，仅四位密码，如果将几个串联起来用，则保密会很好。

5.比较电路中,最初利用异或门和非门同样可以实现四位二进制数的比较,但所用器件较多,连线较为复杂,为设计带来不便。

改用四位二进制数值比较器后,减少了连线,大大简化了设计图。

本次综合实验结果达到设计要求.密码锁的应用也具有实际意义。

通过本次试验,深入理解了电路设计中模块化的指导思想,熟练应用各门电路和继承芯片以实现其功能。

电路完善、调试过程中出现的问题也引发了对细节的进一步思考。

实验激发了设计兴趣，从感性上加深理解，把理论转化为实践，对所学知识的综合应用，使在原有基础上得到提高。

五：

个人心得与收获

这次实验我们小组成员分工明确，各自设计其对应点模块，这样每个人的工作量大大减少同时极大的提高了工作效率。

我所负责的部分主要为密码的设置和输入部分，用到的器件为74LS194.这个器件工作原理比较简单，上升沿触发，这里我让S0和S1接高电平实现并行置数操作，用四个开关控制四个输入端，再输入密码部分由于有“自锁功能”，所以要让在输错密码后不再产生上升沿，所以引用了一个与门，与门输出和CLK相连，这样便可控制其自动锁定功能。

设定密码部分则简单了些，由于不需要锁定所以直接令CLK接高电平即可。

通过这次为期两星期的电子技术综合实验，我们经历了前期的搜集资料，小组讨论，中期的分配任务，电路设计以及后期的电路整合，调试改进三个过程，锻炼了我们的动手能力，提高了我们的团队合作能力，感谢老师给我们的这次机会，这将是大学一个美好的回忆。

四、参考文献

[1]作者李月乔《数学电子技术基础》中国电力出版社出版2008年2月第1版

附录

1.所用到的主要元器件

（a）74LS194

74LS194是一个4位双向移位寄存器，最高时钟脉冲为36MHZ。

其逻辑符号及引脚排列如下图所示。

其中：

D0～D1为并行输入端；Q0～Q3为并行输出端；SR--右移串引输入端；SL--左移串引输入端；S1、S0-操作模式控制端；-为直接无条件清零端；CP-为时钟脉冲输入端。

74LS194模式控制及状态输出如下表所示。

（b）74LS85

74LS85是4位数值比较器，共有54/7485、54/74S85、54/74LS85三种线路结构型式，其主要电特性的典型值如下：

型号

Lpd

PD

54/7485

21ns

275mW

54/74S85

12ns

365mW

54/74LS85

25ns

52mW

其功能如下表：

输入

输出

A3B3

A2B2

A1B1

A0B0

IA>B

IA

IA=B

FA>B

FA

FA=B

A3>B3A3

XXA2>B2A2

XXXXA1>B1A1

XXXXXXA0>B0A0

XXXXXXXXHLXHL

XXXXXXXXLHXLH

XXXXXXXXLLHLL

HLHLHLHLHLLLH

LHLHLHLHLHLLH

LLLLLLLLLLHLL

从功能表可以看出，该比较器的比较原理和两位比较器的比较原理相同。

两个４位数的比较是从Ａ的最高位A3和Ｂ的最高位B3进行比较，如果它们不相等，则该位的比较结果可以作为两数的比较结果。

若最高位A3＝B3，则再比较次高位A2和B2，余类推。

显然，如果两数相等，那么，比较步骤必须进行到最低位才能得到结果。

真值表中的输入变量包括A3与B3、A2与B2、A1与B1、A0与B0和Ａ与Ｂ的比较结果。

其中Ａ和Ｂ是另外两个低位数，IA>B、IA

设置低位数比较结果输入端是为了能与其他数值比较器连接，以便组成位数更多的数值比较器。

（c）74LS290

74LS290为异步二-五-十进制加法计数器。

其引脚排列、逻辑符号如图6-32所示。

电路的逻辑功能见表6-10.

输入

输出

ROA·ROB

S9A·S9B

CP0·CP1

Q3Q2Q1Q0

1

0

XX

0000

X

1

XX

1001

0

0

CP0

二进制计数

0

0

0CP

五进制技术

0

0

CPQ0

十进制计数

从逻辑符号以及功能表中可看出；

CP0、CP1均为输入计数脉冲输入端，下降沿有效。

S9A、S9B为直接置9（1001）端，ROA、ROB为直接清零端，他们均不受时钟脉冲的控制，为异步控制端。

当ROA、ROB=1，S9A、S9B=0时，计数器清0.

当S9A、S9B=1时，计数器置数为1001，即置“9”。

当ROA、ROB=S9A、S9B=CP1=0时，计数脉冲在CP0端则构成1位二进制计数器。

当ROA、ROB=S9A、S9B=CP0=0时，计数脉冲在CP1端则构成五进制计数器。

当ROA、ROB=S9A、S9B=0时，把CP1与Q0连接，计数脉冲加在CP0端构成8421码十进制计数器。

显然，74LS290可以实现二-五-十进制计数。

通过适当连接，该电路可以扩充功能，组成任意进制计数器。