电子锁及门铃电路课程设计.docx
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电子锁及门铃电路课程设计
电子锁及门铃电路课程设计
摘要:
本设计利用74194做移位寄存器，实现8位二进制码串行输入。
利用7485比较器对预设置好的密码与输入的密码进行比较。
若密码正确则开锁电路实现开锁功能；若密码不正确，则报警。
利用74161芯片设计十八进制计数器，控制报警时间为15s，停3s之后循环；同时该报警系统可兼作门铃使用，利用74LS290设计十进制计数器来控制门铃的响铃时间为10s。
数字15、3、10分别通过3个数码显示管显示出来。
关键词：
电子锁，门铃，移位寄存器，计数器，脉冲，扬声器
一、目的
1.理解密码电子锁电路的基本原理；
2.了解电子门铃的基本知识；
3.进一步熟悉74194的工作原理；
4.熟悉应用555定时器；
5.掌握TTL门电路的用途；
6.了解数码显示的工作过程。
二、设计指标
1）设计一个电子锁，其密码为8位二进制代码，开锁指令为串行输入码。
2）用8个拨码开关设置原密码，然后用一个拨码开关以单步脉冲方式输入密码至74194移位寄存器中，使之在比较器中与原密码进行比较。
3）当开锁输入码与密码一致时，锁被打开。
4）当开锁输入码与密码不一致时，则报警。
报警时间持续15秒，停3秒后再重复出现。
5）报警器可以兼作门铃使用，门铃时间为10秒。
6）所有的时间数据用数码管显示出来。
7）报警器与门铃的响应频率通过不同频率的振荡电路实现。
三、原理框图
1）各模块功能：
原始密码部分：
使用8位数码开关，可以实现重新设置密码的功能。
串行输入模块：
利用移位寄存器右移的功能实现8位密码的串行输入。
比较模块：
将密码输入后，与原始密码进行比较，如一致则Fa=b端输出高电平，表示密码正确，锁被打开。
若密码不正确则Fa=b端输出低电平，送入声响模块和计时模块中进行报警，比较模块中接入一个开关作为密码输入后的确认键。
声响模块，扬声器：
若比较模块送入信号，则声响确认送入扬声器中，开始报警。
计时模块：
比较模块同时将信号送入计时模块，开始计时并将信号送入扫描电路中。
扫描电路，数码管：
扫描电路接收信号，与计数器同步工作，连接数码管显示时间。
2）工作过程：
首先设置一个原始密码，设置结束。
将密码串行输入，若密码一致，则锁被打开。
若密码输入有误，则发生报警，报警时间为15秒，停3秒后重复。
数码管同步显示时间。
密码锁的报警系统同时可以用作门铃，输入脉冲信号就进行响铃，响铃时间为10秒。
系统有复位开关，复位开关闭合则电路重置。
密码输入均以单步脉冲进行输入控制。
四、元器件清单
元器件名称
使用数量（个）
1
电阻（R1：
1K，R2：
15K，R3：
68K，R4：
910K，R5：
5K）
19
2
电源Vcc：
5V
3
3
接地
5
4
电容（C1：
0.01uF，C2：
10uF，C3：
100uF）
8
5
基本RS触发器
1
6
8位数码开关
1
7
三极管
1
8
电动小马达
1
9
锁体
1
10
移位寄存器74LS194
2
11
比较器74LS85
2
12
计数器74LS161
3
13
译码管74LS49
2
14
数码显示管
2
15
555定时器
3
16
扬声器
1
17
TTL非门
1
18
TTL二输入与非门
2
19
TTL二输入与门
3
20
TTL四输入或非门
1
21
双掷开个K1
4
22
开关K2
2
23
导线
若干
五、工作进程
设计74194的级联问题，将拨码开关接入级联好后的74194中，用VCC供电，再接入消抖后的单步脉冲信号，串行输入8位密码。
7485比较器级联后，输入密码部分连入7485输入的A中4个引脚，拨码开关连入B中4个引脚，检查引脚连接是否有误，检查后，经比较器对输入密码进行测试，若输入正确密码则开锁；若输入错误密码则报警。
调试后电路若可以正常运行，则密码输入与比较部分工作结束。
报警部分用74161计数器级联设计后用来控制循环报警时间，并通过7449译码管译码和数码显示管显示所用时间。
同时并连一个555定时振荡电路及扬声器用作报警，通过各种门电路来控制实现计数器与该555时基电路同时工作。
门铃部分用一个555单稳态触发电路及扬声器来实现。
门铃响应时间10s通过计数器74161来实现，且通过译码管及数码显示管将之显示出来。
六、各功能模块
1、原始密码：
图18位数码开关
原始密码用一个8位数码开关设置。
开关连接8个上拉电阻与一个VCC提供电源。
开关白色部分在下表示“0”，在上表示“1”。
开关可以自行任意设置密码
2、串行输入密码
1）单步脉冲及消抖
要求每次用拨码开关输入一位密码，且按单步脉冲把这个密码输入移位寄存器74194中，当输入完8次后，移位寄存器并行将之输出。
但是，当手动产生单步脉冲时，出现的并不是理想的脉冲，而是出现如图2有毛刺的脉冲。
为了使结果更加精确，本设计采用基本RS触发器消抖，原理如图3所示，当单刀双掷开关从k2打到k1时，out端由低电平到高电平，产生一个理想的上升沿驱动密码右移至移位寄存器中，实现串行输入密码的功能。
图2带毛刺的单步脉冲
图3基本RS触发器消抖电路图
2）移位寄存器74LS194
图474LS194功能引脚图
74LS194:
4位双向通用移位寄存器，功能引脚如图4，功能表见表1。
A，B，C，D为并行数据输入端，QA，QB，QC，QD为并行数据输出端。
VCC接高电平，GND接地，CLR为清零端（低电平有效），S1,S0与右行输入SR，左行输入SL共同实现串行输入。
本设计中接SR，S0接高电平，S1接低电平，实现密码右行穿行输入功能，将第一级74194的QD端接到第二级74194的SR端，实现8位存储功能。
74194初始密码为0，输入数据便锁存。
因此在输出端应加一个确认开关，当密码输入完毕后，闭合开关，数据送入比较器中。
表174LS194真值表
图58位二进制码串行输入电路原理图
图5实现8位二进制码串行输入，Z为脉冲开关，Space—拨码开关，A为密码重置开关，若密码输入错误，可以将A断开再闭合重新输入
3、7485比较器
7485比较器：
4位幅值比较器.数值比较器——对两个位数相同的二进制整数进行数值比较并判定其大小关系。
利用多片四位数值比较器的比较输入，ia＞b，ia=b和ia＜b，可以很方便地连接成更多位的数值比较器，只要将低位芯片的输出作为高位数值比较器的比较输入即可。
图6是用两片7485实现8位数值比较器逻辑电路图，表2为1位数值比较器真值表。
当高4位数值比较器输入相等a7a6a5a4=b7b6b5b4时，8位数值比较器的输出由低4位数值比较器输出决定。
当高4位数值比较器输入不相等时，8位数值比较器的输出与低4位数值比较器输出无关。
按图示级联方式，可以组成更多位数值比较器。
图6
输入
输出
AB
FA＞BFA＜BFA＝B
00
01
10
11
001
010
100
001
表21位数值比较器真值表
图7为实现数码开关与输入密码后比较器的原理图。
图中，J为密码输入确认开关，X1为开锁电路，确认密码正确后开锁电路中小电动机驱动开锁。
当开锁密码正确时，与门驱动报警。
图7
4、开锁电路
开锁电路原理图见图8。
当端口1处为高电平时晶体管饱和导通，继电器吸合，驱动电动小马达运作，电子锁打开；反之，端口1处为低电平时，晶体管截止，继电器不能吸合，马达不运作。
图8
5、报警部分
由于要求报警系统的报警时间为15s，该时间需用数码管显示出来，并且要求停3s后循环报警，所以利用两片74161芯片采用异步清零法设计成十八进制计数器，计数器的脉冲由555定时器制成的秒脉冲来驱动。
1）74161
74161的功能：
74161是4位二进制同步加计数器。
表3、图9分别是它的逻辑功能表和引脚图，其中RD是异步清零端，LD是预置数控制端,A、B、C、D是预置数据输入端,EP和ET是计数使能端，RCO=ET•QA•QB•QC•QD是进位输出端，它的设置为多片集成计数器的级联提供了方便。
清零
预置
使能
时钟
预置数据输入
输出
RD
LD
EP
ET
CP
A
B
C
D
QA
QB
QC
QD
L
×
×
×
×
×
×
×
×
L
L
L
L
H
L
×
×
↑
A
B
C
D
A
B
C
D
H
H
L
×
×
×
×
×
×
保持
H
H
×
L
×
×
×
×
×
保持
H
H
H
H
↑
×
×
×
×
计数
表374161的功能表
2）数码管：
七段数字显示器原理：
七段数字显示器就是将七个发光二极管（加小数点为八个）按一定的方式排列起来，七段a、b、c、d、e、f、g（小数点DP）各对应一个发光二极管，利用不同发光段的组合，显示不同的阿拉伯数字。
图10七段数字显示器原理
图11为数码显示部分电路图
其中，CLK脉冲输入端提供一个1HZ，电压为5V的脉冲方波。
2片74161级联作为数码显示的15秒脉冲，再连入1片74161做3秒脉冲。
再用与门，或门，非门连接入CLK做循环。
3秒脉冲74161的QA端与第一级74161的QA端并联送入信号给报警电路，使报警电路与数码管同步工。
3）报警电路
利用555定时器设计周期为1s的振荡电路来驱动扬声器，电路原理图见图12，并且4端用一个可由计数器控制的与门控制，使得报警时间为15s。
图12
6、门铃部分
门铃部分原理与报警部分类似，M为脉冲开关，原理图如图13
图13
七、调试及总结
1、调试
首先要保证连线正确，掌握连线顺序。
通常是先短线，后长线，或先连不易连接的线，使已经连接好的线不影响下一步的布线。
特别注意连好各集成器件的地线和电源线，否则会损坏器件。
因此在实验板上接好各器件的地线和电源线，并用万用表测量，以保证电源的地线和电源线畅通无阻。
电路连接完成后用万用表检查各个界限是否正确。
要防止错线，漏线，接触不良等现象。
对于集成电路中不用的出入端，必须接到一个无效电平上去。
各器件的输入端在理论中悬空是表示接高电平，但是实际的逻辑器件如果输入端本该接高电平而没接，可能会导致元件的工作不稳定。
在实际联电路时，会出现接触不好等情况。
这是由于面包板的质量和连线时线头裸露部分没有完好的接触面包板的铜片造成的。
灯不亮，极有可能正负极接反，调整过来。
高低电平区分不出，应仔细检查。
最后，也存在芯片坏的，那就需要自己判断，比如非门进1出0。
完成搭接工作后，做一次系统检查，如果各个部分连线正确，方可接通电源，进行调试，调试时应先对子系统进行调试，子系统调试成功后，在进行子系统之间的连接，然后进行总调试。
2、总结
1）工作中遇到的问题：
①问题：
输入正确密码并确认后并不能开锁。
解决办法：
重新检查74194的级联，输入端口的高低电平接入情况。
②问题：
数码显示15秒时间不准确
解决办法：
调整方波脉冲
③问题：
报警系统不循环工作
解决办法：
系统加入TTL门电路组合，使系统构成循环装置
④问题：
输入密码时报警器与指示灯同时工作
解决办法：
比较器后加一个确认开关，使密码锁存不输出。
确认键闭合时才输出
2）心得体会：
在本次课程设计中，使我充分了解了数字电子在实际中的应用，各元器件的工作原理及过程。
让我认识到自己对实践环节知识的缺乏，锻炼了我的实践能力。
所谓“态度决定一切”，于是偶然又必然地收获了诸多，概而言之，大约以下几点
一、温故而知新。
课程设计发端之始，思绪全无，举步维艰，对于理论知识学习不够扎实的我深感“书到用时方恨少”，于是想起圣人之言“温故而知新”，便重拾教材与实验手册，对知识系统而全面进行了梳理，遇到难处先是苦思冥想再向同学请教，终于熟练掌握了基本理论知识，而且领悟诸多平时学习难以理解掌握的较难知识，学会了如何思考的思维方式，找到了设计的灵感。
二、思路即出路。
当初没有思路，诚如举步维艰，茫茫大地，不见道路。
在对理论知识梳理掌握之后，茅塞顿开，柳暗花明，思路如泉涌，高歌“条条大路通罗马”。
顿悟，没有思路便无出路，原来思路即出路。
三、实践出真知。
时至今日，课程设计基本告成，才切身领悟“实践是检验真理的唯一标准”，才明晓实践出真知。
因为在教材上，数字钟不过是由计数器和译码显码器组合而成，也便不以为然搭建电路图，结果电路出现诸多问题，譬如短路开路，EWB中引脚悬空即为低电平，现实中引脚悬空呈现大电阻特性即高电平，不为则不知，无为则无知，实践出真知。
四、创新求发展。
“创新”目前在我国已经提升到国家发展战略地位，足见“创新”的举足轻重。
因此，我们要从小处着手，顺应时代发展潮流，在课程设计中不忘在小处创新，未必是创新技术，但凡创新思维亦可，未必成功，只要实现创新思维培育和锻炼即可。
综上所述，课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。
参考文献
【1】陈大钦，电子技术基础实验，北京：
高等教育出版社，2000
【2】王泽保，数字电路典型实验范例剖析，人民邮电出版社，2021
【3】贾更新，电子技术基础实验、设计与仿真，郑州：
郑州大学出版社，2022.10
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