电子密码锁.docx
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电子密码锁
成绩
课程设计说明书
课程设计名称：
电子技术课程设计
题目：
电子密码锁
学院：
电气信息学院
学生姓名：
叶建雄
专业：
信息工程
学号：
指导教师：
日期：
2013年月日
电子密码锁
摘要：
该电子密码锁由六个部分组成，密码输入电路、密码储存电路、密码比较电路、计数电路、开锁和报警电路组成。
当输入密码与之前设定的秘密相同时执行开锁任务；反之，如果输入的秘密与储存的秘密不同时执行报警任务。
密码可修改，且当三次密码输入错误时持续报警。
密码输入电路由74LS1488线—3线编码器构成。
密码储存电路基于74LS160四个D型触发器构成的储存单元。
密码比较电路由74LS85数字比较器完成。
计数电路基于74LS160构成的移位寄存器来实现计数功能。
报警电路由555定时器构成的多谐震荡产生报警信号。
关键字：
电子密码锁，数字比较器74LS85，编码器74LS148，寄存器74LS160，555定时器
Abstract:
Theelectroniccombinationlockismadeupofsixparts,thepasswordinputcircuit,password,passwordcomparisoncircuit,storagecircuitofcountingcircuitandalarmcircuit.Beforeenterthepasswordandsetthesecretofthephaselocktasksatthesametime;Ontheotherhand,iftheinputandstorageofsecretsdon'talarmtasksatthesametime.Passwordcanmodify,andcontinuestoalarmwhenenteredanincorrectpasswordthreetimes.Thepasswordinputcircuitmadeupof74ls1488lineto3lineencoder.Passwordstoragecircuitbasedon74ls160fourDtypeflip-flopstorageunit.Passwordiscompletedby74ls85digitalcomparatorcircuit.Countingcircuitbasedon74ls160consistingofshiftregistertorealizecountingfunction.Alarmcircuitcomposedof555timermultipleharmonicoscillationalarmsignalisproduced.
Keyword:
electroniccombinationlock，74LS85digitalcomparator，74LS148encoder，74LS160Register，LS670555timer
目录
1前言1
1.1设计背景1
1.2设计目标1
1.3实施计划1
1.4必备条件1
2总体方案设计2
2.1方案比较2
2.1.1方案一2
2.1.2方案二2
2.2方案论证3
2.3方案选择3
3单位模块设计4
3.1各个短语模块功能介绍及电路设计4
3.1.1密码模块4
3.1.2报警模块5
3.1.3计数模块5
3.2电路参数的计算及元器件的选择6
3.2.1主要元件6
4调试12
4.1调试环境12
4.2硬件调试.12
4.2.1单元模块调试.12
4.2.2整体调试17
5系统功能、指标参数23
5.1系统能实现的功能23
5.2系统指标参数测试23
5.3系统功能及指标参数分析23
6结论24
7总结与体会25
8谢辞（致谢）26
9参考文献27
附录28
1前言
防盗一直以来都受到人们的关注。
随着人们生活水平的提高，传统的锁由于各种因素已经满足不了现代人的需求，渐渐的密码锁被重视。
但是人们对密码锁的要求也越来越高。
传统的机械式密码锁也逐渐被淘汰。
新式的电子密码锁越来越受人们的喜爱。
本文针对这一现象设计了一种电子密码锁。
它主要由密码输入电路、密码储存电路、密码比较电路、报警电路组成。
其主要功能是：
在密码输入电路中输入密码，储存电路将会把此密码记住在密码比较电路中与系统已记住的密码进行比较。
当二者相同时，电路磁线圈中有电流通过，磁力吸动锁栓，锁便被打开。
若错误，系统将自动清零，原输入的秘密无效，需重新输入，当超过输入时间限制或连续错误输入三次系统将自动锁定键盘一段时间，防止他人盗取密码。
1.1设计背景
74LS160移位寄存器、74LS148编码器以及555定时器是我们在数字电路中学习到的元件及电路。
再结合74LS85数字比较器等图书馆查阅资料学习到的元件。
为了进一步的了解这些元件的功能和更好的使用它们，提出了设计密码锁的方案。
从而达到锻炼自我的目的。
1.2设计目标
（1）密码正确执行开锁，密码错误执行报警；
（2）密码可调；
（3）密码错误三次持续报警。
1.3实施计划
（1）查阅参考资料，画出草图；
（2）选择并查阅电子元件的参数；
（3）使用proteus软件做出电路图；
（4）运行仿真，观察并调试。
1.4必备条件
电子计算机、Proteus软件
2总体方案设计
本节将对比两套方案的优劣性，给出方案选择的理由
2.1方案比较
2.1.1方案一
方案一的结构框图如下图2.1所示：
图2.1方案一的原理框图
方案一：
采用74LS160寄存器、74LS1488线—3线编码器进行编码的多位可报警多功能密码锁。
密码锁由密码输入、密码储存、密码比较、错误计数、报警和开锁六个部分组成。
前五个部分由电路控制，开锁电路包括电磁线圈、锁栓、弹簧和锁框等。
当电磁线圈作孽个有一定的电流通过时，磁力吸动锁栓，锁便打开。
否则，锁栓进入锁框，即处在锁住状态。
为方便试验，用发光二极管代表电磁线圈，当发光二极管为亮状态时，代表电子锁被打开暗状态代表锁着。
2.1.2方案二
方案二的结构框图如下图2.2所示：
图2.2方案二的原理框图
方案二：
采用一种是用以AT89S51为核心的单片机控制方案。
利用单片机灵活的编程设计和丰富的IO端口，及其控制的准确性，不但能实现基本的密码锁功能，还能添加调电存储、声光提示甚至添加遥控控制功能。
2.2方案论证
本设计主要的目的是完成密码正确开锁、密码错误报警的功能。
方案一的核心是集成数字比较器，由数字比较器比较输入的密码与之前储存的秘密。
密码正确则实现开锁，密码错误则报警。
优点：
电路简单，元件常见，实现比较容易。
缺点：
由于电路简单，实现的秘密功能简单，保密性差。
方案二的核心是51单片机，由51单片机的程序实现密码的比较，进而实现开锁或者报警功能。
优点：
功能齐全，能够实现的秘密种类多。
缺点：
程序编写复杂，要求较高。
2.3方案选择
综上所述，考虑到方案的可行性和元件的成本等各种因素，本设计选择方案一为最终方案。
3单位模块设计
本节主要介绍电子密码锁各个单元模块的具体功能、电路结构、工作原理已经各个单元模块之间的链接关系；同时本节也会对相关电路中的参数计算、元件选择已经核心器件进行必要的说明。
3.1各个短语模块功能介绍及电路设计
本节主要分为3个单元模块，它们分别是：
密码模块、计数模块、报警模块组成。
各个单元模块功能以及相关电路的具体说明如下。
3.1.1密码模块
图3.1密码模块电路图
这部分模块集成了密码输入密码比较和密码显示的功能，整体电路中由四个相同的密码模块扩展成四位密码，提高了密码的安全性。
这部模块由8个高低平开关对应8个数字键作为输入，八个数字按键连接74LS1488线—3线编码器的的八个端口，由74LS148编码器将输入数字转换成2进制编码，由于74LS148输出的为反码，通过非门转换成正码一端输入到74LS85数字比较器的A0~A2端；另一端输入到74LS160寄存器中，作为密码储存，寄存器的输出端接74LS85的B0~B2端。
比较结果由74LS85输出，相同输出高电平，不同输出低电平。
使能控制：
当74LS148的EI端接低电平时允许输入密码，当接入高电平时禁止输入密码；当74LS160的LOAD端接入第电平同时CLK给一个脉冲信号时储存密码。
3.1.2报警模块
图3.2报警模块电路图
这部分模块由两片555定时器构成，第一片555构成了一个多谐振荡器，产生震荡信号输入到第二片中，第二片555则构成了一个施密特触发器，通过整形第一片555产生的震荡信号成为脉冲信号驱动喇叭报警。
控制信号由A端输入，当输入信号为高电平时报警，当输入信号为低电平时不工作。
3.1.3计数模块
图3.3计数模块电路图
这部分模块基于74LS160构成的计数器组成，B端接报警模块C端接密码模块。
开关SWE为密码确认开关。
密码输入之后按动开关SWE进行密码输入确认。
当连续输入三次错误后计数器记录B端输入高电平报警模块持续报警。
直到密码输入正确后产生清零信号停止报警。
3.2电路参数的计算及元器件的选择
3.2.1主要元件
（1）74LS148
图3.474LS148
74LS148为8线－3线优先编码器，共有54/74148和54/74LS148两种线路结构型式，将8条数据线（0－7）进行3线（4-2-1）二进制（八进制）优先编码，即对最高位数据线进行译码。
利用选通端（EI）和输出选通端（EO）可进行八进制扩展。
芯片管脚
0－7编码输入端（低电平有效）
EI选通输入端（低电平有效）
A0、A1、A2三位二进制编码输出信号即编码输出端（低电平有效）
GS片优先编码输出端即宽展端（低电平有效）
EO选通输出端，即使能输出端
功能表
表3.174LS148功能表
输入
输出
EI
0
1
2
3
4
5
6
7
A2
A1
A0
GS
EO
H
X
X
X
X
X
X
X
X
H
H
H
H
H
L
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
L
L
X
X
X
X
X
X
X
L
L
L
L
L
H
L
X
X
X
X
X
X
L
H
L
L
H
L
H
L
X
X
X
X
X
L
H
H
L
H
L
L
H
L
X
X
X
X
L
H
H
H
L
H
H
L
H
L
X
X
X
L
H
H
H
H
H
L
L
L
H
L
X
X
L
H
H
H
H
H
H
L
H
L
H
L
X
L
H
H
H
H
H
H
H
H
L
L
H
L
L
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
L
H
H－高电平L－低电平X－任意
（2）74LS160
图3.574LS160
这种同步可预置十进计数器是由四个D型触发器和若干个门电路构成，内部有超前进位，具有计数、置数、禁止、直接（异步）清零等功能。
对所有触发器同时加上时钟，使得当计数使能输入和内部门发出指令时输出变化彼此协调一致而实现同步工作。
芯片管脚
MR清零端（低电平有效）
LOAD置数端（低电平有效）
D0~D3数据输入端
CLK时钟脉冲端
ENPENT使能端
Q0~Q3输出端
RCO动态进位输出
（3）74LS85
图3.674LS85
74LS85为4位数值比较器，可进行二进制码和BCD码的比较，对两个4位字的比较结果由三个输出端（QA＞B，QA＝B，QA＜B。
）
芯片管脚
A0~A3字A输入端
B0~B3字B输入端
A＞BA＞B级联输入端
A＝BA＝B级联输入端
A＜BA＜B级联输入端
FA＝BA等于B输出端
FA＞BA大于B输出端
FA＜BA小于B输出端
（4）555定时器
图3.7555定时器
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。
一般用双极型工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。
555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V~16V工作，7555可在3~18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。
555定时器的功能主要由两个比较器决定。
两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。
在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的反相输入端的电压为2VCC/3，C2的同相输入端的电压为VCC/3。
若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。
如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。
芯片管脚
TP低触发端
Q输出端Vo
R是直接清零端。
当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。
VC控制电压端。
若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。
TH高触发端。
DC放电端。
该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。
功能表
表3.274555定时器功能表
清零端
高触发端TH
低触发端
Q
放电管T
功能
0
×
×
0
导通
直接清零
1
0
1
x
保持上一状态
保持上一状态
1
1
0
1
截止
置1
1
0
0
1
截止
置1
1
1
1
0
导通
清零
4调试
本节介绍对电子密码锁的调试。
4.1调试环境
Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件总代理为广。
它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。
它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。
虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。
Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。
是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。
在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。
Proteus软件具有其它EDA工具软件的功能。
这些功能是：
1．原理布图2．PCB自动或人工布线3．SPICE电路仿真。
革命性的特点：
1．互动的电路仿真,用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。
2．仿真处理器及其外围电路可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。
还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。
配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。
4.2硬件调试.
利用Proteus对电子密码锁进行仿真调试。
4.2.1单元模块调试.
（1）密码模块
密码储存端接入一个数字显示器方便直观的观察调试结果。
密码输入调试：
初始密码为0，输入密码为3。
调试结果如图：
图4.1密码输入调试
密码储存调试：
将74LS160的LOAD端置接低电平，在CLK端给一个脉冲信号，即储存密码。
输入密码6，储存密码6。
调试结果如图：
图4.2密码储存调试
（2）报警模块
当A端接入高电平的时候发出报警声。
调试结果如图：
图4.3报警电路调试
当A端接入低电平时报警停止。
调试结果如图：
图4.4报警电路调试
（3）计数模块
每次使用密码确认开关记一次数，使用两次后记录两次。
调试结果如图：
图4.5计数调试
当第三次使用密码确认开关时B端输出高电平，报警电路报警。
调试结果如图:
图4.6计数调试
4.2.2整体调试
整体电路图（参考附录）
储存密码3751。
调试结果如图：
图4.7储存密码调试
输入错误密码2231。
调试结果如图：
图4.8错误密码输入
按动密码确认键之后电路报警，红灯亮，错误计数显示1。
调试结果如图：
图4.9报警红灯
图4.10错误计数
输入正确密码3751。
调试结果如图：
图4.11输入正确密码
按动密码确认键后电路布报警，绿灯亮，错误计数清零。
调试结果如图：
图4.12开锁绿灯
图4.13错误计数
5系统功能、指标参数
本节主要介绍电子密码锁的功能及一些参数。
5.1系统能实现的功能
电子密码锁实现的实际功能是：
当密码输入正确时，绿灯亮，表示开锁，驱动开锁装置。
当密码输入错误时，红灯亮，喇叭报警。
在输入端能够实现密码的修改和重置。
输入密码错误三次持续报警。
5.2系统指标参数测试
本设计中主要的参数：
555多谐振荡器中T=0.7（R1+R2）C和f=1/T，可以计算出报警的频率。
R1=10KR2=50KC=10uF计算出f≈1.3HZ；
R1=10KR2=100KC=0.02uF计算出f≈340HZ。
5.3系统功能及指标参数分析
由调试结果可以看出，实现了预计功能；
由参数计算结果可以看出，报警的频率符合报警系统的要求，能够满足正常报警需要。
6结论
本次课程设计，我们小组的题目是电子密码锁，成功的设计了电子密码锁。
本设计的核心元件为74LS85，这是一个4位数字比较器。
在设计中完成的功能是比较输入的密码与储存的密码。
这是电子密码锁的核心。
另一个重要的元件是74LS160在电路中分别使用了两次，一次作为密码的储存，使用到的寄存功能。
另一次是作为计数使用，使用到的是移位寄存功能。
其次还用的了74LS148将输入密码转换为二进制码。
已经555定时器，通过555定时器构成的多谐振荡器实现了报警功能。
本次设计的电子密码锁，其优点是：
能够及时、准确的报警。
当输入的密码与储存的密码相同时，绿灯亮表示开锁。
当输入的密码与储存的密码不同时，红灯亮并触发报警电路。
可修改密码，输入密码错误三次将持续报警。
总的来说，这次设计是成功的，实现了预计的功能。
7总结与体会
开始接到这个课题时很迷茫，不知道从何下手。
通过在图书馆查阅资料，和老师的指导，知道了如何开始设计。
拿到题目后，认真的分析题目后，确定了总体的方案，根据题目指定了一个设计思路。
通过小组的讨论，逐渐完善了设计思路。
使得设计更加的完善。
经过后期的元件选择和电路图的绘制，增强了自己的动手动脑能力。
在仿真调试的过程中遇到了各种问题，通过查阅资料，向老师咨询，最终解决了问题。
在这过程中，锻炼了自己解决问题的能力。
通过这次的课程设计，让我明白了实际动手的操作的重要性。
即使你的理论知识再好，不会儿在实际问题中解决问题也是没用的。
在学习中我们应该多多注意理论与实际的结合。
通过理论学东西，实际操作学会东西，这里的学东西与学会东西是两种不同的概念。
学东西，你只要了解了这个东西有什么用就行了，而学会东西则要求我们要学会这件东西怎么使用而不再单单的去了解它。
我们要在课余生活中结合实际，在实际中学习，学习一些在课堂上学不到的东西。
在这次课程设计的过程中还让我体会到了团队合作的重要性。
在设计的过程中我们设计小组给了我很大的帮助，有什么不懂的问题他们都给予了我他们最大的帮助。
一个人的思维是有限的，一个小组，集合着大家的力量，创造出无限的可能。
课程设计虽然很难，很费时间，但是这缺是一次难得的锻炼自我的机会，在这次设计过程中，我得到了成长，巩固了知识，也体会到了团队的力量。
8谢辞（致谢）
在雷雨老师的亲切指导下，我终于得以顺利成功完成了这次课程设计的任务。
首先，我要对雷雨老师表示深深的谢意。
刚开始设计的时候，很迷茫不知道从何下手。
是在雷雨老师耐心的指导下，让我有了设计的思路。
雷雨老师为我们细心的讲解了课程设计中应该注意的事项，让我们在设计过程中少走弯路，能够顺利的完成设计。
在我们遇到困难的时候，向雷雨老师询问问题，雷雨老师总是很详细的为我们解答，让我们很受鼓舞，对战胜困难有了信心。
在失败中学习，最终收获了成功的喜悦。
再次对雷雨老师表示深深的感谢，感谢这两周来对我们细心的教导，让我们学习到很多课堂上学不到的知识。
其次，我要感谢我们小组的成员们，这次设计的成功少不了他们的帮助，大家共同努力，互相帮助，一起探讨问题，解决问题，才能圆满的完成这次设计的任务。
一个人的力量是有限的，但是在集体里面力量却是无限的。
在设计过程中，在组长的带领下，我们分工明确，工作效率高，完成任务质量好。
让我明白了团队的力量，团结的重要性。
最后，再次对给予过我帮助的老师和同学们表示深深的感谢。
9参考文献
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