数字式电子锁的设计与实现Word格式.docx
《数字式电子锁的设计与实现Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字式电子锁的设计与实现Word格式.docx（20页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。
安装调试设计电路。
3、查阅至少5篇参考文献。
按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。
全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。
时间安排：
1、2014年6月20日，布置课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。
2、2014年6月21日至2014年6月23日，方案选择和电路设计。
3、2014年6月24日至2014年6月27日，电路调试和设计说明书撰写。
4、2014年6月28日，上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。
指导教师签名：
年月日
系主任（或责任教师）签名：
年月日
数字式密码锁
摘要
现代电子技术的快速发展,使得数字电子技术广泛地应用在自动化领域中。
在生活或工业领域中，电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务的电子产品。
它的种类很多，有简易的电路产品，也有基于芯片的性价比较高的产品。
数字电子技术课程设计对所学的基础理论知识是一次实践检测的过程。
本文的电子密码锁是利用集成数字芯片和数字逻辑电路，实现对门的电路控制，并且有各种附加电路保证电路能够安全工作，具有极高的安全系数。
该系统主要由密码存储电路，比较电路，开锁输入电路，报警电路，锁体组成。
密码存储电路与比较电路主要由开关和集成芯片74LS85构成，开锁输入主要由74LS194移位寄存器及相应开关构成，报警电路主要由555芯片、74LS90、报警灯和蜂鸣器构成，其中555产生1HZ周期脉冲，74LS90实现计数和计时。
电路中还包括一些逻辑门电路，以实现相应的逻辑功能。
关键词：
数字密码锁，密码存储电路，比较电路，报警电路，开锁输入电路
1.原理电路的设计与说明
1.1实验方案的选择
1.1.1方案一原理及框图
以AT89C52单片机为核心设计单片机电子密码锁，密码锁首次加电会自动设置一个初始密码.。
密码锁平常处于待机关锁状态。
在待机关锁状态下，用户在键盘上按数字键，密码锁认为用户开始输入开锁密码，并自动记录所按键值，待用户在键盘上按“确认”键后，密码锁开始比较用户密码是否正确。
如果密码正确，给继电器线圈加电，指示灯亮，表示开锁，如果密码错误，声光报警器并提示用户重新输入正确的开锁密码，如果连续3次开锁密码错误，系统自锁并开始报警，响60秒钟，停10秒钟后，用户可再次输入开锁密码。
在待机关锁状态下，用户在键盘上按“修改”按钮，在显示器提示输入旧的密码，输入旧额的密码后，在按“确认”按钮，如果旧密码错误。
蜂鸣器报警，返回待机状态。
如旧密码正确，在显示器提示输入新的密码，输入密码后按“确定”按钮，在显示器提示再次输入新的密码，再次输入新的密码后按“确定”按钮，如果两次输入的新密码一致，在显示器提示修改密码成功，否则蜂鸣器报警，之后均返回待机关锁状态。
除开锁密码错误系统自锁外，密码锁在一分钟内如果没有接收到任何按键的情况下，均自动返回待机关锁状态。
根据上述功能介绍，密码锁系统可以分为用户密码输入、显示和控制报警3大功能，因此可以键盘模块、显示模块、报警模块、电子锁控制模块和单片机模块。
系统模块图如图1.1所示
图1.1方案一原理图
1.1.2.方案二原理及框图
由移位寄存器构成密码输入电路，有开关与集成数值比较器构成密码比较与存储电路，集成芯片计数器74LS90计数器记录输入错误错误的次数，并由555芯片组成电路及74LS90芯片构成报警60秒停10秒的报警电路，红灯亮表示闭锁，绿灯亮表示开锁，蜂鸣器响表示输错三次报警，再加反馈回路实现对前面电路的控制。
其原理框图如下。
图1.2.方案二原理框图
1.1.3方案比较与选择
通过以上的原理说明可知，方案一中，以单片机AT89C52作为设计的核心元件，利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口，及其控制的准确性，实现基本的密码锁功能。
在单片机的外围电路外接输入键盘用于密码的输入和一些功能的控制，外接字符型液晶显示器用于显示。
方案二是利用集成数字芯片和逻辑门电路实现密码锁的功能，原理清楚，比较简洁明了。
由于方案一更侧重程序设计，而方案二则侧重于数字电路原理的应用，而本次课程设计是数字电子电路的设计，故本次课设选择方案二。
1.2.设计原理说明
1.2.1.开锁输入电路原理说明
开锁密码输入主要由移位寄存器74LS194及开关构成，74LS194是四位双向通用移位寄存器。
功能：
串行输入和并行输出。
四种操作方式：
同步并行寄存，右移，左移，不动。
正沿时钟触发。
由功能表可知，当S1=0,S0=1时，芯片处于右移串行输入，当CP端经过四个上升沿脉冲时，QA-QD并行输出四位密码，相当于密码输入。
74LS194的功能表及逻辑图如下
功能
输入
输出
CP
CR
S1
S0
SR
SL
A
B
C
D
QA
QB
QC
QD
清除
X
送数
↑
1
右移
DSR
左移
DSL
保持
QAn
QBn
QCn
QDn
↓
表1.174LS194功能表
74LS194引脚图如下：
图1.374LS194引脚图
1.2.2.密码设定与比较电路原理
因设计要求规定密码为四位二进制数，故密码设定电路主要由四个单刀双掷开关构成，由开关拨向不同组成不同的密码组合，设定之后不更改状态即是对密码的储存，且密码可以在0000-1111之间任意设定，通过设定的密码可以与输入的密码进行比较。
密码比较电路主要是集成芯片74LS85构成，集成数值比较器74LS85是4位数值比较器。
在数字电路中，经常需要对两个位数相同的二进制数进行比较，以判断它们的相对大小或者是否相等，用来实现这一功能的逻辑电路就成为数值比较器。
数值比较器就是对两数A、B进行比较，以判断其大小的逻辑电路。
比较结果有A>
B、A<
B以及A=B三种情况。
应用原理是利用数据比较器比较设定密码和输入密码的大小，如果相等，芯片的OAEQB就会输出1，反之，其他两个输出端必有有一个输出为1.设计中就是利用数据比较大小来完成密码的设定与比价。
74LS85的逻辑功能表及引脚图如下：
图1.474LS85引脚图
表1.274LS85逻辑功能表
1.2.3锁体电路
锁体主要由LED灯代替，用红灯表示锁体闭合，绿灯表示锁体打开，通过数据比较器输出的值很容易实现电路功能。
1.2.4报警电路原理说明
报警电路也是其中的一个关键部分。
报警电路主要由输入次数计数，555震荡器，定时电路及蜂鸣器报警电路组成。
其中输入次数记录及定时电路主要由集成芯片74LS90构成。
74LS90计数器是一种中规模二-五-十进制计数器，通过不同的连接方法，其还可构成其他进制的计数器。
本次设计要用到74LS90记3次错误次数和记录报警响60秒停10秒电路。
555震荡器主要用于产生1HZ的脉冲，用于报警电路的计时。
蜂鸣器用于报警，实际电路中用三极管驱动。
其各相关芯片引脚及功能表如下：
图1.574LS90引脚图
R0a
R0b
S9a
S9b
Q3
Q2
Q1
Q0
计数
表1.374LS功能表
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（TTL）工艺制作的称为555，用互补金属氧化物（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。
构成多谐振荡器，组成信号产生电路，如下图，
振荡周期：
T=0.7（R1+2R2）C
图1.6555定时器电路
555芯片的引脚图如下：
图1.7555定时器引脚图
2.设计电路图及仿真
2.1电路图
2.1.1密码输入部分电路图
由前面介绍可知，密码输入部分主要由移位寄存器74LS194及相关电路构成，其电路图如下图2.1：
图2.1密码输入部分电路图
由电路图可知，S1=0，S0=1使得芯片194工作在右行串行输入，开关S7实现对密码输入部分的清零操作，S6是串行密码输入的开关，分别拨向高低电平表示密码的1和0。
密码的输入要靠上升沿脉冲作用加入，故加入开关S5实现脉冲的输入。
每次输入一个密码，要按一次脉冲，经过四个脉冲后，密码被输入到194中通过Q0-Q3并行输出，用于下一步的比较电路。
2.1.2密码设定与比较电路
密码的设定与比较电路如下：
由图可知，开关S1—S4分别拨向不同的电平，则输入到数据比较器的值不同，即是密码的设定不同，改变开关的状态，即可改变密码的设定。
同时，如果芯片194有数据的输出，则通过数据比较器与之进行比较，密码正确，则6脚输出高电平，反之，则通过逻辑门或门输出高电平，输出到下一部分电路。
图2.2密码设定与比较电路
2.1.3密码错误次数电路
密码次数计数主要是由74LS90构成三进制计数，当达到0011时，通过与门输出引起后面电路的报警动作。
其电路图如下
图2.3密码次数的计数电路
2.1.4报警电路
报警电路图如下：
图2.4报警电路图
其中，555芯片用于产生1HZ的脉冲，给74LS90芯片提供时钟脉冲，芯片在脉冲作用下计数，产生计数信号，并通过、逻辑门的关系实现响60秒，停10秒的电路，蜂鸣器由三极管驱动。
2.1.5总电路图
总的电路图如下
图2.5总电路图
2.2电路仿真
对电路进行仿真，部分仿真结果如下图。
当密码输入正确时，可以看到，红灯不亮，绿灯亮。
仿真图如下：
图2.6密码正确时仿真图
当密码输入错误时，绿灯不亮，红灯亮。
图2.7密码错误仿真图
当密码输入错误三次后，555震荡波形及蜂鸣器端的波形如下
图2.8震荡波形及蜂鸣器两端波形
如图所示，上面波形为555震荡器输出波形，产生秒脉冲，下面波形为90芯片输出波形，产生响60S停10秒电路。
3.实物制作与调试
3.1实物的安装
按照电路图，进行元件的组装与焊接，注意各部分电路的顺序，安装完成的电路板如下：
正面图如下：
图3.1实物正面图
反面焊接图如下：
图3.2反面焊接图
3.2实物调试
当密码输入正确时，现象如下：
图3.3密码输入正确现象图
当密码输入错误时，现象如下：
图3.4密码输入正确现象图
4.总结与其他
4.1总结
本次课程设计主要是设计并制作密码锁，因设计要求规定密码为四位二进制数，故密码设定电路主要由四个单刀双掷开关构成，由开关拨向不同组成不同的密码组合，设定之后不更改状态即是对密码的储存，且密码可以在0000-1111之间任意设定，通过设定的密码可以与输入的密码进行比较。
密码输入是由集成芯片74LS194设计而成，当密码串行右行输入时，并行输出到集成芯片74LS85，进行密码的比较，当密码输入正确与设定密码相同时，则输出相等信号，当密码不相等时，输出结果通过或门输出不相等信号，当不相等次数达到3次，则引起后面报警电路工作，蜂鸣器响60S，停10S。
时钟电路则有555震荡器产生，并通过74LS90实现计数。
本次设计结果符合题目要求，原理明确，内容清晰，工作正常。
4.2元件清单
序号
名称
规格
数量
备注
电阻
10k
4
2
1k
3
47k
瓷片电容
0.1uf
5
电解电容
10uf
50v
6
74LS90
7
74LS194
8
74LS85
9
74LS00
10
74LS32
11
74LS08
08
12
三极管NPN
C9013
13
Ne555
14
开关
15
排针
若干
16
蜂鸣器
17
LED
表4.1元件清单表
4.3心得体会
为期一个星期的课程设计已经结束，通过这一个星期的学习，我知道了自己的知识是多么的匮乏。
在这一个星期的学习、设计、焊接过程中我有了很深的感触。
通过这次课程设计让我懂得了专业基础知识的重要性，没有好的理论基础就不可能有实践的正确性，当自己边看书边做设计，通过分析总结，上网及图书馆的资料查阅，与老师同学的探讨，更加掌握技术的支撑靠严谨的科学逻辑与实践的检验。
通过模仿，及与同学探讨，明白了函数发生器的机理，学到了好多东西，当自己一个人研究这个电路的结构，对参数，正负极的分析时，就明白了作为一个工科生，首先明白道理，在科学的指引下，一步一步向实践迈近。
通过这次的课程设计实验，让我知道了要设计出一个电路必须对电路的原理要了若指掌，然后在设计过程中才能游刃有余，也让我知道了集成芯片在各个部位所起的各个不同的作用。
设计电路还要考虑到它的前因后果，什么功能需要什么样的电路来实现以及各个不同的运算放大器在电路中所起的具体作用，和它们之间是否可以互换等等。
另外还有考虑到它的实用性及可行性等等。
这样也变向提高了我们分析问题和解决问题的能力。
这次课程设计是对电工实习以来对我们的电器知识的又一次补充和熟悉。
还有就是在焊接过程中，有好多同学被电烙铁烫伤了，也有同学不小心把电烙铁放在了电线上，导致电路烧坏或者短路等等。
这不得不让我想到了安全问题，所以在以后的实验过程中我们要着重注意自己的安全问题，让不必要的伤害减少到最低。
另外大电容的电容也比较容易损坏，甚至造成安全事故，比如损坏等等。
我们在设计实验过程重要特别之一具有安全隐患的电器器件。
虽然这次的课设时值期末，同学们都需要复习，但是我们最终安定下来做它，为它而东奔西走，但是我们最后还是完成了，这种精神，这种毅力确实可嘉。
参考文献
[1]谢自美.《电子线路设计·
实验·
测试（第三版）》.华中科技大学出版社
[2]何希才.《常用集成电路应用实例》.电子工业出版社
[3]吴友宇.《数字电子技术基础》.清华大学出版社
[4]黄志伟.《电子电路计算机仿真与分析》.电子工业出版社
[5]张庆双.《电子技术基础技能线路实例》.北京：
科学出版社
[6]刘可文等.《数字电子线路与逻辑设计》.科学出版社
升级会员 