电子密码锁数字逻辑课设综述.docx
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电子密码锁数字逻辑课设综述
1、概述
本次课程设计主要设计一个在生活中运用广泛的数字电子密码锁。
通过对课程的设计掌握电子系统的一般设计方法，掌握模拟IC器件的应用，培养综合应用所学知识来指导实践的能力，为接下来电子信息学习培养兴趣。
本系统的设计思路为将整个系统分为密码输入，密码设置，密码比较，控制结果四个部分。
主要的设计要求有：
（1）有预先设定好的密码，该密码可以修改。
（2）输入密码按确定键后，若密码正确则锁打开（此设计用发光二极管S表示锁，锁打开就是点亮发光二极管S）；若密码不正确则电路发出报警信号（用放光二级管J，报警就是点亮放光二级管J）。
任意输入密码而不按确定键的话电路不会有反应。
（3）任意输入密码而不按确定键的话电路不会有反应。
（4）打开的持续时间为10秒，警报持续时间也为10秒，即按下确定键到松开后10秒，按住确定键不放的话一直打开或者报警。
本设计报告主要由原理图的设计，分解单元的设计，连接与调试和Multisim图的正确设置和接线组成。
本系统已经可以粗略模拟在生活中已经广泛运用的数字密码锁的大概功能，例如ATM机，数字防盗门，数字密码锁都能通过本设计实现，所以本课设具有极强的实际意义。
2、方法设计
1.数字电子密码锁原理框图
图1原理框图
本次设计采用图1所示的程序框图的设计思路，利用74LS138形成三输入八输出的密码输入，同时由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，个设计方案不但便于制作，电路的价格比较低廉，采取的电路结构也简单易读，而且可移植性高，能够适用于多种设备及系统，便于投入实际生产。
3、电路设计
3.1本次电路设计主要包含用了密码输入的74LS1383线-8线译码器，用去验证密码的D触发器，和用于10秒计时的555单稳态计时器，还有一些逻辑关系来调节发光二极管。
3.2密码输入及验证电路
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,它的真值表如表1
表174LS138真值表
输入
输出
G1
~G2A+~G2B
CBA
Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7
1
0
000
01111111
1
0
001
10111111
1
0
010
11011111
1
0
011
11101111
1
0
100
11110111
1
0
101
11111011
1
0
110
11111101
1
0
111
11111110
由表1可知每个输出端为0时都有唯一的输入码，所以可以把G1~G2A~G2BCBA作为密码输入端，与输入键盘相连,共有26=64种输入情况。
Y0—Y7只需要选择其中一端作为密码验证信号输出就行了。
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。
电路连接图如图2。
图2密码输入连接图
密码和密码选择端对应表如表2
表2密码选择端真值表
密码设定端的连接
密码
Y0
100000
Y1
100001
Y2
100010
Y3
100011
Y4
100100
Y5
100101
Y6
100110
Y7
100111
3.3密码修改及输出锁定
此模块用的是九逻辑开关以及D触发器74LS175。
其电路连接如图3。
图3逻辑开关电路连接图
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。
D触发器真值表如表3。
表3D触发器真值表
输入
输出
CLK
D
Q
0
0
1
1
X
保持
3.4计时部分
此模块选用555电路单稳态的一种变形。
由555定时器组成的单稳态触发器如图4所示。
图4单稳态触发器连接图
由公式Tx≈1.1R1C2可以算得，为了是开锁和报警时间维持10秒左右，令R1=1M欧，C2=10uF。
而对于LED连接的电阻，为了使LED能正常发光，可以确定为500欧。
另外，电源为5V。
3.5报警与开锁
此模块的两个输入端分别接入的是输出端A和555计时器输出端B。
其中开锁指示灯为S，报警指示灯为J。
这两个输出端分别接在了开锁指示灯S和报警只指示灯J。
组合逻辑模块的真值表如表4。
表4组合逻辑真值表
AB
SJ
00
11
01
01
10
11
11
10
所以
，由此可以选用74LS00.实现该模块的逻辑功能A的非直接用74LS175的3引脚输出。
开锁和报警的逻辑电路如图5。
图5开锁与报警逻辑电路
4、性能的测试
4.1、555单稳态计时器的测量
555单稳态计时器的测量电路如图6
图6555单稳态计时器测量电路
555单稳态计时器的测量电路的波形图如图7
图7测试波形图
由于公式为Tx≈1.1R1C2要想实现T=10秒，可以令R1=1M
。
C2=10uF，为了方便测量，我改用为R1=1K
。
所以此图为R1=1K欧时候的波形图，其中存在少量的误差。
因为1K和1M相差为1000倍，所以上图测量与实验中规定的10秒也相差1000倍。
在实际运行仿真调试时，要注意将R1调整为1M
。
4.2、电路整体测试
4.2.1开锁的测试
先将译码器的输出端YO接口与D触发器的1D接口连接起来，这样就是我们所选择的密码为000000，即输入密码为000000，密码是由我们设计的波动逻辑开关来进行输入的，这时我们闭合确定键J7,便可以观察到LED1亮起绿灯，这就表示电路此时为开锁状态，并且这个绿灯亮的时间持续10秒，这与我们设计的要求和理论分析是一致的。
假如一直闭合着确定键J7，这个LED1会一直亮绿灯，若松开确定键J7，那么LED1的绿灯将会在10秒后熄灭。
这也就证明了，我们设计思路是正确的，开锁部分的仿真也成功了。
开锁仿真电路图如图8所示
图8开锁仿真电路图
4.2.2报警的仿真
先将译码器的输出端Y0接口与D触发器的1D接口链接起来，这样我们所选择的密码为000000，即输入密码为100000，密码是由我们设计的波动逻辑开关来进行输入的，这时我们按一下确定键J7，便可以观察到LED2红灯亮了这是因为我们输入了错误的密码，，所以此时电路为报警状态，这个红灯亮持续的时间为10秒，这与我们的设计和理论分析一致。
假如一直按着确定键J7不放，则LED2一直亮着红灯，若松开确定键J7，在10秒后红灯就会熄灭，同时这也真名了，此电路报警部分的仿真成功，报警保证图如图9所示
图9报警仿真电路图
4.2.3电路仿真总图
图10电路仿真总设计
这次电路设计主要由3线-8线译码器构成的密码输入部分，D触发器和555单稳态计时器构成的能实现数字电子密码锁的各项功能，基本实现了课设的要求。
其中我们测试了密码输入系统，和设置了10秒的555计时器，也测试了开锁时候的状态和报警时候的状态。
所以课设的基本要求已经实现。
5、结论
我们在生活中所离不开的各种系统实际上都来自我们在课堂上所学到的知识，而本次课设也是一个实际性和综合性特别强的题目，尤其针对这学期所学习的模电和数电知识，所以不但要求及其扎实的课堂基础知识，还要有优秀的动手能力和创新思维，才能真正地做成这个课设。
刚把题目拿到手的时候没有一点思路，不像以前的实验有具体的方法，能够按照步骤最后一点一点完成，所以最后在别人的指导下将整个题目分成不同的板块，然后才一点点的开始实现具体功能,在实际设计过程中，我还意识到有一些地方掌握的不是很好，其中包括电子电路基本知识不扎实，对电子设计类软件和集成电子产品的不了解，而在这个过程中，我意识到充分利用图书馆和互联网可以充分弥补知识上面的不足。
虽然最后完成了整个课设，但由于基础知识的盲区，有些具体电路的引脚功能还是不太了解，整个系统也不是特别成熟，依然存在着很多的问题和缺点，而我也在仿真的过程中遇到了很多困难。
总的来说，在这次课设中，不但培养了自己的动手能力，还充分意识到了自己的不足，当代大学生，仅仅掌握理论知识是远远不够的，还需要大量的实践，加强自身的修养。
所以我将会在以后的课设中，乃至以后走向工作岗位，去努力弥补自己在本次课程设计中所暴露出来的缺点。
参考文献
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高等教育出版社，2006年
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机械工业出版社,2008年
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北京航空航天大学出版2005年
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高等教育出版社，2006年
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高等教育出版社2006年
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清华大学出版社，2006年
附录I元器件清单
序号
编号
名称
型号
数量
1
U1
3线-8线译码器
74LS138D
1
2
U2
同步D触发器
74LS175D
1
3
U3
555计时器
LM555CM
1
4
U4
2输入与非门
74LS00D
2
5
LED1
发光二极管绿
LED_green
1
6
LED2
发光二极管红
LED_red
1
7
J1,J2,J3,J4,J5,J6,J7
单刀双掷
7
8
S1
拨动开关
1
9
R1
电阻
1Ω，500Ω,500Ω
3
10
C1,C2
电容
10uF,47uF
2
沈阳航空航天大学
课程设计
数字电子密码锁课程设计
班级网络1301
学号2013040102024
学生姓名廖凌湘
指导教师孙琦
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