数电课设 电子技术课程设计报告 BJFUWord格式文档下载.docx

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闫磊

设计时间：

2014.6.30-2014.7.4

摘要

电子密码锁主要由设置密码、输入密码、验证密码、错误锁定等几部分组成。

设置密码电路：

可修改密码，通过锁存器与输入端开关组的配合，将开关组的密码锁存在锁存器输出端。

输入密码电路：

由开关组和锁存器构成，从开关组输入密码，传入锁存器记录，在锁存器使能端控制下传输给验证密码电路。

验证密码电路：

主要由数值比较器实现密码验证功能，密码正确时，输出开锁/改密信号，密码错误时，输出密码错误信号。

错误锁定电路：

密码错误信号作为脉冲通入计数器，当错误次数达到3次时产生清零信号，同时清零信号作为计时器触发信号，使计时器开始计时3分钟，计时器输出信号控制输入密码电路的锁存器锁定3分钟，使密码锁3分钟内无法输入密码。

设置密码电路由开锁信号和改密开关共同控制，当且仅当改密开关断开且有开锁信号时，方可修改密码。

关键词：

密码锁，计数，计时，锁存器，数值比较器

目录

摘要…………………………………………………………2

1.设计任务书…………………………………………………4

1.1设计任务………………………………………………4

1.2要求……………………………………………………4

2.设计框图及电路系统概述…………………………………5

2.1功能设计框图…………………………………………5

2.2电路系统概述…………………………………………5

3.各单元电路的设计方案及原理说明、参数计算…………7

3.1密码验证电路…………………………………………7

3.2密码输入电路…………………………………………8

3.3密码修改电路…………………………………………8

3.4输入错误锁定电路……………………………………10

4.调试过程及结果分析……………………………………12

4.1仿真……………………………………………………12

4.2实物……………………………………………………12

5.设计、安装及调试中的体会………………………………14

6.参考文献…………………………………………………18

1.设计任务书

1.1设计任务

电子密码锁主要具有密码验证、密码输入、密码设置、错误锁定这四大功能。

密码验证功能由数值比较器实现，本设计采用2片74LS85级联实现8位密码（256种密码组合）的验证。

密码由开关组输入，并经过锁存器74LS373的控制输入到密码验证电路中。

密码设置由8D锁存器74LS373和输入电路开关组配合使用实现，并有一片555定时器计时，在1分钟内完成设置密码动作方可实现密码的修改和锁存，否则密码不变。

错误锁定电路主要由计数器74LVC161和555定时器组成，计数器对错误信号次数计数，达到3次时计数器产生清零信号，同时清零信号通入记时器中，计时器输出高电平，通过控制锁存器使能端从而使输入电路锁定5分钟，5分钟后计时器输出回复低电平。

1.2要求

整个电路共使用7片集成电路，导线开关若干，要求先使用multisim软件进行仿真实验，再在面包板上搭建实物，用绿、红、黄、蓝LED灯表示开锁信号、密码错误信号、设置密码信号、密码置数，最终以仿真和实物形式完成电子密码锁电路，并实现预期功能。

2.设计框图及电路系统概述

2.1功能设计框图

2.2电路系统概述

电子密码锁整个电路设计中共有13个彩灯、一个开关组和三个按钮开关。

其中8个蓝灯为开关组置数信号显示，绿灯为开锁信号，黄灯为修改密码提示信号，三个红灯分别为输入密码错误次数信号，从左到右（LED12、LED17、LED9）依次为错误1、2、3次信号，前两次错误时可以重新输入，连续第3次错误时LED9亮3分钟，密码锁锁定3分钟。

正常工作状态下只要密码正确一次，之前错误计数全部清零（红灯全灭）。

开关组（J2）为密码输入端，对应蓝灯亮时为1，蓝灯灭为0；

按钮J1为输入密码确认按钮，输入密码完毕时按下J1便可显示密码输入是否正确（绿/红灯亮）同时进行错误计数；

开关J3为是否修改密码选择开关，按钮J5为改密确认按钮，J3闭合时为密码锁正常工作状态，不可修改密码，J3断开且有开锁信号时，黄灯亮1分钟，一分钟内可以修改密码，新密码输入完毕后按下J5，新密码被锁存到密码锁中，设置密码成功，一分钟后黄灯灭，密码锁恢复正常工作状态。

3.

各单元电路的设计方案及原理说明、参数计算

下图即为整体电路图

3.1密码验证电路

密码验证电路的核心是由2片74LS85级联而成的8位数值比较器，输入端An和Bn分别为修改密码端锁存输出和输入密码端锁存输出，输出A=B端连接开锁信号（绿灯），输出A>

B和A<

B通入或门，或门输出为密码错误信号。

3.2密码输入电路

密码输入电路由开关组和74LS373（U2）锁存器构成，正常工作时锁存器U2使能控制为OE=0，ENG=1，为导通状态nQ=nD，使开关组的置数直接通入密码验证电路中。

当密码连续错误三次产生锁定信号时，OE=1，锁存器输出端为高阻态，使开关组的置数无法通入验证电路，从而达到锁定目的。

3.3密码设置电路

密码设置电路主要由74LS373锁存器（U1）和555定时器（A2）组成。

定时器的功能是为锁存器产生一个1分钟的1信号脉冲，定时器触发端TRI由密码错误信号和修改密码选择开关信号的或逻辑控制。

正常工作时开关J3闭合，则定时器TRI=1，使输出OUT=0不变；

当想要修改密码时，J3断开，且输入正确密码后没有密码错误信号，即为0时，或门输出方为0，TRI=0触发定时器产生一个时长1分钟的脉冲（黄灯亮），提供给锁存器U1，1分钟内修改完密码后，按下按钮J5，计时器产生的1脉冲通入锁存器使能ENG，使锁存器Qn=Dn，锁存器输入端连接开关组置数信号，松开按钮后，锁存器再次锁定，Qn+1=Qn不变，从而将开关组的置数锁存在U1输出端，即数值比较器的Bn端上。

相关计算：

根据单稳态触发器脉宽计算公式Tw=RCln3≈1.1RC，及R取值在几百欧至几兆欧之间、电容C取值为几百皮法到几百微法，可计算：

实际电路中R*C≈60/1.1≈54.5，可取R=3MΩ，C=18.2μF

但在仿真运行时，由于仿真软件速度比实际要慢近一千倍，因此为了便于观察，仿真电路图中，我们把电阻电容都适当的调小了一些

R=3KΩ；

C=10μF。

3.4输入错误锁定电路

错误锁定电路主要由74LS161计数器和555定时器（A1）组成，如图。

计数器时钟脉冲由密码确认按钮J5给出，当按钮按下时为低电平，松开时时钟输入为密码错误信号，若密码正确，则仍然为0，不产生下降沿，若密码错误，则密码错误信号为1，按钮按下时产生下降沿，计数器计数加一，当计数器记到11时通过与非门产生异步清零信号，同时将异步清零信号通入计时器中，触发A1产生一个时长3分钟的脉冲，将此脉冲接入输入密码端锁存器的使能端OE，便可使密码锁锁定3分钟。

而在正常工作时，一旦输入密码正确，密码错误信号变为0，和清零信号做与逻辑，无论计数是否达到3次，0信号使计数器异步清零。

由前计算公式可计算出：

实际电路中R*C=3*60/1.1≈163.6

可取R=4MΩC=4.09μF

仿真电路中R=3KΩC=3μF

4．调试过程及结果分析

4.1仿真

仿真时，密码锁初始密码为00000000。

当输入端置为全零时，绿灯亮，打开设置密码选择开关J3，黄灯亮，说明可以开始修改密码。

新密码置数完毕，趁着黄灯还亮着，按下改密确认按钮J5，则密码修改成功，黄灯点亮13秒左右后熄灭，密码锁恢复正常工作。

正常工作状态下，输入密码时，若密码不正确，按下密码确认按钮，红灯亮（LED12）；

再次输入密码，若仍不正确，按下按钮后，第二个红灯亮（LED12灭，LED17亮）；

若连续3次密码错误，计数器清零，第三个红灯亮（LED17灭LED9亮），且持续点亮5秒左右，这5秒内即使输入正确密码也无法开锁，为锁定状态。

正常工作时，若输错密码一次或两次后输入正确密码，计数器自动清零，并开锁。

4.2实物

由于实验器材的局限性和不稳定性，自身方案的复杂性，再加上时间有限，我们制作出了一小部分的实物功能，实物已实现功能电路图如上图。

实物如下：

黄灯开关组为设置密码端，蓝灯开关组为输入密码端，当输入密码与设置密码相同时绿灯亮，否则红灯亮，如下图。

5．设计、安装及调试中的体会

为期一周的课设已经结束，回头来看，忙碌的日子过的总是格外的快些，5天时间真是太短。

第一次真正运用自己所学的专业知识，去创新、设计、并实践，将理论付诸现实，亲自去设计制作电路板，让独立死板的元器件在自己的手中组成一块能为人所用的有“思想”的机器，听起来很酷炫，而真正动手去做过才明白其中的不容易。

一周之后再来总结，真是百感交集啊，这复杂心情便是我们有过各种经历之后所换来的成长吧。

一周之前，我对课设还是一点概念都没有，周日的晚上我们都还沉浸在考完试的欢喜中，好朋友几个聊到第二天的课设，都觉得应该没什么大不了吧，期末考试都考完了，假期前最后一周的课设应该也会比较水吧，大家都想着回家呢。

然而，直到周一听了闫老师一上午的课，我才对课设有了大致的了解，原来这么多事情都是要靠我们自己去自主完成的。

跟平时写作业和实习都不一样，不再是老师出一个题目大家做，做不出来同学之间相互讨论讨论，得不出来确切结果也有个大致思路了，这次，几乎所有小组之间做的课题都不一样。

设计比的首先就是创意，好胜的我当然想要做出点别人不会做的东西，于是我们选择了自选课题。

周一下午，我和我的小伙伴周扬帆开始了选定方案。

我们在网上搜了一些数电课设相关的创意，最后确定了电子密码锁这个看似简单又与别人不一样的课题。

可是问题马上出现了，网上给的电路图我们看不太懂，更别说自己去做了。

仔细分析网上的方案，实现的功能似乎不难，就是他所使用的开关和触发器的连法看不懂，于是我们开始翻数电书翻课件，看是否有我们学过的集成电路有相似的功能。

果不其然，我们学过的典型的组合逻辑电路、时序逻辑电路和触发器就相似的功能，于是，我们列下了期望实现的功能，就抛开了网上的方案，开始对着课件自主设计电路。

第一天，我们设计出了第一版的大致的电路结构，画在一张广告纸的背面，看起来似乎很高大上，那时候自己看着觉得特别有信心。

现在回头再看那图纸，部分设计的确有可取之处，但大部分的集成电路的使用都太理想化了，也存在着很多细节问题，尤其是使能端的连接很混乱。

那时觉得那些都是小问题做的时候自然就解决了，经过实践证明，往往就是一个个的小问题导致逻辑上出现了大漏洞，可能只是一个开关的连接问题便会导致半边电路的瘫痪，可见细致的作风对于身为工科生的我们的重要性啊。

贴出我们的手绘初稿图┏（゜ω゜）=☞

第二天我们的任务是审核方案并详细设计电路。

由于电路都是自己设计的，都是使用我们上课学过的典型电路，所以我们对自己的方案了如指掌，非常的有自信。

上午审核电路我们很容易就通过了，老师问到我们要做实物还是仿真的时候，我们毫不犹豫的选择了实物，可能考虑到我们电路的复杂性吧，我们得到了较高的难度值。

信心满满的我们早就跃跃欲试了，下午我们边查datasheet边翻课件，研究了一些细节问题后就画出了我们第二版的手绘图。

这一张要比初稿详细具体很多，选定了各芯片的型号，标上了所有的管脚号，画出了锁定电路的输入输出波形图，写出了相关的计算公式，基本连好了所有的开关及使能端，甚至连哪个地方想要使用什么样的开关都规划好了。

当然，这个过程也是花了不少功夫的，因为初稿留下了太多棘手的细节问题。

当我们一个一个慢慢解决掉那些漏洞，画出这张似乎很完整了的详细的电路图时，成就感爆棚的我们迫不及待的就奔向了中发市场。

可是大意的我们忽略了时间问题，我们想当然的觉得中关村的大商场关门肯定不会很早，当我们赶到时正好过了五点半，中发市场刚好关门了，问附近没关门的商家他们也都不卖我们要用的东西，我们兴高采烈地去却扑了场空，只好悻悻的回来。

有同学问我们是不是应该先做个仿真，乐观的我们想着明天早点来买回去抓紧做，我们的电路图看起来那么完美肯定没问题的，我们就不做仿真啦，直接做实物吧。

然而看起来完美终归只是看起来，后来走投无路做仿真时才发现，看起来完美的东西不去实践一下，永远不知道背后存在着多少问题。

在条件允许的

情况下给自己多留一条路才是明智的做法，盲目乐观地贪多求快，想要一步登天去孤注一掷的做实物实在是太狂妄。

这次的教训也让我明白多留一手准备的必要性，永远不要太过自信，说不定在你飘忽的正惬意的时候，一个小小的意外或者一点小小的失误就能让人败的一塌糊涂。

意外就开始于第三天。

我们怎么都没料到买材料就花费了我们接近一整天的时间。

早上上完课我们班好几个小组就一起向中发市场出发了，万万没想到一个阴雨天居然堵车堵的那么厉害，出发了一个小时，连清华都没到，就是以这种龟速的节奏，我们终于在中午饭时候到了。

正巧，好多店铺的售货员都吃午饭去了，这让本来就没买过元器件的我们犯难了，无头苍蝇似的转悠了半天，好不容易锁定几个有人的店铺，结果看店的人还不太懂，还得等……就这样磨叽了好几个小时，好多预想的开关买不到不说，买到的面包板居然还是劣质产品。

最后磨叽完回到学校已经是五六点了，走了一天的我们都很疲惫，只好睡了一俩小时再才开工搭实物。

那天搭到熄灯都没做完只好留到了第四天上午。

周四一直做到中午才完成，可是一通电我们就傻眼了，电路根本不按我们想象的运行。

用万用表检测后发现电压太不稳定，我们所买的芯片很多都无法正常工作，我们求助于老师，老师检测过之后都相当无语，导线直接连接的各排电源电压都有压降。

问题可能就出在面包板上了，看来我们是买到劣质面包板了，虚接问题很严重。

可是孤注一掷的我就是固执的不放弃，我坚信我的电路图是没有问题的，只要我一点一点排查，说不定就成功了，怀着这样的信念，我用万用表在我的电路上捣鼓了一下午，最后问题实在太多，我自己都被搅糊涂了。

无奈之下，我们不得不选择放弃实物开始做仿真了，可是此时，我们只剩一晚上时间了，我们却连软件都没装，什么都不会。

深深的无助感让我意识到前两天的乐观自信是那么的不堪一击，同样的，纯粹的理论和想法在实践面前实在太脆弱，我们目前的知识都太简单太淡薄，我孤注一掷的想法更是幼稚，不该那么自信，不该贪多求快，不该眼高手低，不该自不量力……千不该万不该都无法让时间倒流了，我们唯一能做的就是利用好着剩下的最后一晚，尽量补救，做不出来实物做仿真，做不出来整体做局部。

于是，我们很快调整心情，重新开始。

周四的刷夜很意外也很难忘。

很意外考试全都结束后在临放假的前一晚还刷夜了，很意外是为一开始以为会很随意的课设刷夜，很意外刷夜的原来也不止我一个……很难忘老师也一直辅导我们到深夜，很难忘在我遇到困难崩溃的都要放弃的时候老师一遍遍地激励我们，很难忘老师让学习委员一定要陪我们到最后还搬来一张床，很难忘那晚几乎是做到了穷途末路又重新开始借线搭出了新的电路……那晚做仿真做的并不成功，最后老师走之前教我们碰到问题要自己想办法解决，总电路太复杂，就分解成几个模块，一个一个解决。

正是老师的这番话给了我前进的方向，让我最后至少做出了仿真和部分实物。

当然也教会了我生活中一些问题的处理方法。

这张图是我们当时没有做成功的仿真图，现在的提交的仿真图是后期修改过做成功的作品。

总体来说，这一周紧凑、忙碌又有趣，更重要的是遇到过那么多问题后，我对自己有了更清楚的定位，对理论知识和实践的差距有了初步的认识，也学到了不少处理问题的方法。

我想这就是成长吧，经历过一些不如意的事情后总会有些反思，下一次我再遇到这样的问题，不去犯同样的错误，尽量避免不必要的损失，下一次，我会更成熟，这就是成长！

这一周要要感谢的人也有好多好多。

首先要感谢我的队友周扬帆耐心的跟我一直做到了最后，并且在做的过程中跟我积极配合，在我最崩溃的时候鼓励我支持我，谢谢你的陪伴！

然后是好多给我们提供各种帮助的同学们，中国好学委潇扬的陪伴和支持，帮我们按软件的林丽君黄飞，借我们电脑使的青青和嘉轩，给我们提供材料援助的谢晖平和梁超，晚上给我们提供零食补给又教我们用软件的竹子，最后关头给我们提供导线的芮姐和齐锦……帮助过我的同学太多太多，感谢你们的援助之手，和你们一起奋斗，让我看到了团结互助的可贵。

最后由衷地感谢闫老师这一周的陪伴与教导！

您是一起这样特别的一位老师，严厉又和蔼、风趣又接地气。

现在很少碰到您这样可爱的老师了，对我们严格要求的同时又尽全力来帮助我们，我们有多少问题您都耐心地一一解答，言语谈吐间时不时蹦出一些幽默元素，不知不觉间就拉近了您和学生的距离，做我们的良师的同时也是益友，您自身本就很忙却总是忙里抽闲来810帮助我们陪伴我们，给我们买雪糕买水，还一直陪我们到深夜，我们别提多感动了T。

T……当然，最重要的还是您不仅是教我们课设该如何去完成，还在点滴小问题上教会了我们很多处理事情的方法和直面困难自主解决的心态。

没有您的帮助，我们肯定早就给跪了，没有您的激励，我肯定坚持不下来，感谢您教会我们这么多书本上没有的知识，感谢您带给我们不一般的一周课设体验！

永远的帅气可爱的磊哥，祝您工作顺利，永远幸福！

6．参考文献

[1]

[2].《电子技术基础·

数字部分》高等教育出版社.康华光主编

[3].《74系列芯片datasheet》XX文库