电子锁设计.docx
《电子锁设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子锁设计.docx（20页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
电子锁设计
中文摘要
数字逻辑电路使学生掌握数字系统分析与设计的基础知识与理论，熟悉各种不同规模的逻辑器件，掌握各类逻辑电路分析与设计的基本方法，为数字电子技术和其他数字系统的硬件分析与设计奠定坚实的基础。
本次课程设计的题目是电子锁，主要工作部分是将输入密码与正确密码进行比较，密码正确时发光二极管亮，密码错误则报警器报警。
输入电路将4位密码输入并将十进制数字转换为8421BCD码寄存在74LS194中并将数字左移。
译码驱动电路将计数器输出的8421BCD码转换成数码管需要的逻辑状态,并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。
密码是否相等利用数值比较器将输入的密码和预定密码进行比较，当相等时便触发发光二极管，不相等则作用到报警电路报警。
本设计中选用的是555定时器构成的多谐振荡器来提供稳定的方波信号，它提供的脉冲信号在精度和稳定方面都有一定的保障。
关键词密码锁，输入电路，比较电路，报警电路
课程设计（论文）任务书.............................................I
课程设计（论文）成绩评定表.........................................Ⅱ
中文摘要...........................................................Ⅲ
中文摘要I
1.1设计题目：
电子锁3
1.2.1设计目的3
1.2.2基本要求3
1.2.3发挥部分3
2设计思路3
3设计方框图4
4各部分电路设计及参数计算5
4.1输入电路设计6
4.2编码电路设计7
4.3密码存储电路设计8
4.4比较器电路设计8
4.5脉冲产生电路设计9
5工作过程分析11
6元器件清单12
7主要元器件介绍13
7.1多谐振荡器55513
7.1.1多谐振荡器555引脚图13
7.1.2多谐振荡器555各引脚功能13
7.1.3多谐振荡器5G555功能表14
7.3数值比较器7485N14
7.3.1数值比较器7485N引脚图14
数值比较器7485N如图7.3所示。
14
7.3.2比较器7485的功能介绍14
7.3.3比较器7485N功能表15
7.4移位寄存器74HC194N15
7.4.174HC194N位寄存器的管脚排列图15
7.4.274HC194N移位寄存器运行原理15
7.4.374CH194N移位寄存器运作表16
小结17
致谢18
参考文献19
附录A1逻辑电路图20
附录A2实际接线图21
1设计任务描述
1.1设计题目：
电子锁
1.2设计要求
（1）设计密码存储电路；
（2）设计开锁/上锁的显示电路；
（3）设计报警电路。
1.2.1设计目的
（1）掌握电子锁的构成、原理与设计方法；
（2）熟悉集成电路的使用方法。
1.2.2基本要求
（1）设计密码存储电路；
（2）设计开锁/上锁的显示电路；
（3）设计报警电路。
1.2.3发挥部分
2设计思路
根据此次课程设计的要求,我设计的电子密码锁。
电子锁主要由输入元件、电路（包括电源）和锁体三部分组成，为了便于试验，我们可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。
其基本电路由七个部分组成，其中密码输入电路组成输入电路，由锁存移位寄存，译码器组成显示电路，将输入的十进制数由输入电路转换为8421BCD码，密码送入寄存器进行寄存，利用541744S350寄存器的移位功能把输入的密码进行移位，每输入一个新密码，将之前输入的密码向左移位，最后使密码的十进制按顺序在显示器显示出来。
（1）输入电路：
K0~K9分别代表0~9的9个数字，可以利用其输入4位密码。
此电路由2个输入电路组成，分别为输入密码电路和密码设置电路，在锁开的情况下可使用密码设置按键进行修改密码。
（2）寄存移位电路设计：
由4个541744S350寄存器组成，将密码输入后，由十进制数转换为BCD码锁存在541744S350寄存器中，并将输入的密码向左移位。
（3）密码存储电路：
将更改的密码输入并保存在另一部分的移位寄存器中，作为正确的密码。
（4）比较电路：
根据输入的密码与正确的密码用比较器进行比较，密码正确输出信号为1，错误输出信号为0。
（5）开锁电路设计：
以发光二极管为标记，在比较密码正确与否之后产生一个信号，发光二极管发光，代表锁开。
（6）报警电路：
用的是555定时器构成的多谐振荡器来提供稳定的方波信号与蜂鸣器相连，当输入的密码不正确3次时电路中的蜂鸣器就会响。
。
3设计方框图
4各部分电路设计及参数计算
4.1输入电路设计
按键式8421码编码器74HC148如图4.1。
图4.1按键式8421码编码器74HC148
输入电路由二-十进制编码器组成（又称为BCD码编码器），二-十进制编码器执行的逻辑功能是将十进制的10个数字0~9分别编成4位BCD码。
这种编码器由10个输入端代表10个不同数字，4个输入端代表BCD代码。
图4.1中0-9代表10个按键，A、B、C、D为代码输出端，当按下某一输入键时，在A、B、C、D输出相应的8421码。
8421码编码器真值表如表4-2。
4.2编码电路设计
图4.3编码器74HC148输入信号编译
由图4.3可看出通过两片74HC148上的GS，通过与非门相连的输出作为CP脉冲信号即14号导线，因为在无输入的情况下两个GS信号均为1，输出CP为0，当有输入时有且仅有一个GS为0，则输出CP为1，这样就构成了CP单脉冲。
4.3密码存储电路设计
图4.4寄存器74HC194与计数器74LS161存储密码
使用寄存器74HC194来存储密码。
接法如图，ABCD分别接编码器输出U3U4U5U7.74HC194工作依次写入ABCD输入的前4个四位二进制数，其中QC、QB、QA状态序列000~111的产生可依靠一片74LS161接成的八进制计数器来提供，其顺序脉冲由已接好的16线—8线编码器CP输出提供。
4.4比较器电路设计
使用一片7485N作为比较器，其中A0~A3连编码器输出U3U4U5U7，B0~B3连存储器输出Q0~Q3，比较结果A=B送入8位移位寄存器74LS164的串行输入端，当第一个输入密码与寄存器阵中的密码相同时输出高电平，存入移位寄存器，第二个密码若相同继续存入寄存器，依次类推，如果输入错误的密码则输出低电平到寄存器，最后通过与门判断寄存器如果全为高电平从而控制发光二极管点亮（即控制锁的开启），反之则反，电路如图4.5所示。
图4.5比较器电路
4.5脉冲产生电路设计
555定时器连成的多谐振荡器构成，当按下门铃时电路接通电源产生约500Hz的振荡信号，同时按下清零按钮使74LS161和74164两个芯片置零实现清零的功能。
报警电路也是由555定时器构成，报警时产生1KHz的信号，当输入密码后与寄存器连接的与门输出如果为高电平，则经过反相器后变为低电平，报警电路不产生振荡，如果与门输出为低电平，经过反相器后变为高电平，报警电路开始工作产生蜂鸣器报警信号。
多谐振荡器又称矩形波发生器，它有两个暂稳态，电路一旦起振，两个暂稳态就交替变化，输出矩形脉冲信号。
本电路可以产生频率为1KHz的脉冲。
电路设计及其波形如图4.6（a）（b）所示。
（a）
（b）
图4.6报警电路
5工作过程分析
本次设计的题目是电子密码锁，主要功能是将输入密码与预置的正确密码相比较，并且能显示出来，密码正确则红色发光二极管亮。
其中我的设计电路主要由输入电路、寄存移位电路设计、密码存储电路、比较电路、开锁电路设计、报警电路
该电子锁的主要工作过程：
由键盘进行密码输入，经编码器将十进制数转换为8421BCD码并传送至锁存器与数值比较器。
锁存器用来存储密码，数值比较器是用来验证输入的密码是否正确，若密码正确则锁打开，反之则不能。
这次课程设计，不仅巩固了以前学到的内容，也学到了不少新知识。
进一步巩固了编码器、计数器、寄存器、数值比较器的具体用法及脉冲对它们的影响。
这也是第一次把学到的数字电子技术专业知识运用到实际操作中，认识到理论与实际结合的重要性。
并且能显示出来，密码正确发光二极管发光，密码错误则发光二极管不会发光。
6元器件清单
序号
元件名称
规格
数量
1
编码器
74HC148N
2片
2
寄存器
74HC194
1片
3
计数器
74LS161
1片
4
移位寄存器
74164N
1片
5
比较器
7485N
1片
6
二输入与非门
NAND2
6个
7
三输入与非门
NAND3
1个
8
八输入与门
AND8
1个
9
振荡器
555
1片
10
电阻
1k
2个
11
电阻
2k
10个
12
电容
0.01uF
2个
13
发光二极管
BS201
1个
14
蜂鸣器
BUZZER
1个
15
开关
10个
7主要元器件介绍
7.1多谐振荡器555
7.1.1多谐振荡器555引脚图
555多谐振荡器如图7.1所示。
图7.1555多谐振荡器
引脚图如图7.1所示，由555定时器构成的施密特触发器是一个双稳态时序电路，第一，施密特触发器属于电平触发，对于缓稳变化的信号同样适用。
只要输入信号电平达到相应的触发电平，输出信号就会发生突变，从一个稳态翻转到另一个稳态，并且稳态的维护依赖于外加触发信号。
第二，对于正向和负向增长的输入信号，电路有不同的阀值电平。
由555定时器构成的多谐振荡器有两个暂稳态，接通电源后，电容被充电，电容电压上升，当上升到三分之二电容电压时，触发器被复位，同时放电三极管导通，此时输出电压为低电平，电容通过电阻和三极管放电，使电容电压下降。
当下降到三分之一电源电压时，触发器又被置位，输出翻转为高电平。
由于555内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。
7.1.2多谐振荡器555各引脚功能
1脚：
外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。
2脚：
低触发端
3脚：
输出端Vo
4脚：
是直接清零端。
当
端接低电平，则时基电路不工作，此时不论
、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。
5脚：
VC为控制电压端。
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。
6脚：
TH高触发端
7脚：
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。
8脚：
外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。
一般用5V。
7.1.3多谐振荡器5G555功能表
555多谐振荡器功能表如表7.2所示。
表7-2555功能表
输入
输出
阀值输入
<
Vcc
>
Vcc
<
Vcc
触发输入
<
Vcc
>
Vcc
>
Vcc
复位
0
1
1
1
输出
0
1
0
不变
放电管T
导通
截止
导通
不变
7.3数值比较器7485N
7.3.1数值比较器7485N引脚图
数值比较器7485N如图7.3所示。
图7.3比较器引脚图
7.3.2比较器7485的功能介绍
集成数值比较器的功能集成数值比较器7485N是四位数值比较器，其功能表7.4功能表。
从表中可以看出。
该比较器的比较原理和两位比较器原理相同，两个4位数的比较是A的最高位和B的最高位进行比较，如果它们不相等，则该位的比较结果可以作为两数的比较结果。
若最高位相等则比较次高位。
7.3.3比较器7485N功能表
数值比较器7485N功能表如表7.5所示。
表7.5比较器7485N功能表
7.4移位寄存器74HC194N
7.4.174HC194N位寄存器的管脚排列图
图7.674HC194N的管脚排列图
7.4.274HC194N移位寄存器运行原理
寄存器是数学系统中用来存放数据或运算结果的一种常用逻辑部件。
寄存器的主要组成部分是触发器，一个触发器能存储1位二进制代码，所以要存放n位二进制代码的寄存器应包括n个触发器。
其具有左、右移位，串并输入，串并输出等功能。
其有一个三态门功能为对数据进行锁存。
7.4.374CH194N移位寄存器运作表
表7.874CH194N移位寄存器
输入
输出
OE
S1
S0
Y0
Y1
Y2
Y3
H
X
X
X
Z
Z
Z
L
L
L
D0
D1
D2
D3
L
L
H
D-1
D0
D1
D2
L
H
H
D-2
D-1
D0
D1
L
H
H
D-3
D-2
D-1
D0
小结
一周的设计让我知道了自己的很多不足之处，同样我也学到了很多知识，以上为实习期间所设计的电子密码锁电路，它经过多次修改和整理，以是一个比较不错的设计，可以满足规定的基本要求，但因为水平有限，此电路中也存在一定的问题。
当我拿到课程设计题目时，我的脑海一片空白，不知道从哪开始，不知道该怎样设计，每天都一无所获，刚开始在图书馆查找资料的时候，我感觉像大海捞针，不知道从何查起，这需要我们进行一定的努力与付出，而经过了多次的思考总结之后，我能更快的高效率的找到自己想要的资料，同样最后我们小组终于完成了电子密码锁的设计。
通过这一周的学习，我感觉有很大的收获：
首先，通过学习使自己对课本上的知识可以应用于实际，使的理论与实际相结合，加深自己对课本知识的更好理解，同时实习也锻炼了我个人的动手能力：
能够充分利用图书馆去查阅资料，增加了许多课本以外的知识，能达到学以致用。
对我们学生来说，理论与实际同样重要，这是我们以后在工作中说明自己能力的一个重要标准。
经过这次的课程设计让我懂得了很多，其中最重要的一点就是要理论与实践相互结合，只有这样才能把规定的任务做到最好，但更重要的是我学会了与同学之间相互帮助，这样能省很多的时间。
致谢
在本次的课程设计中，我首先要感谢带领、指导我们课程设计的张老师，她很负责任的看我们的设计思路、原理图。
在设计的过程中，张老师会针对我们每个人的问题进行了解和解答。
所谓“读万卷书，不如行万里路；行万里路，不如名师指路”，可能老师的一句话就会让我们把在设计中遇到的一个问题解决掉。
张老师在课设的过程中，充分的充当了“解惑”的角色。
其次我要感谢在本次课程设计中我们组的组员，是你们指出我在设计的过程中出现的错误，这些错误并不是很容易被发现的，需要耐心的去研究整个设计的要求，看电路的连接情况才能够发现，这对于完成课程设计是功不可没。
同样，我要感谢，在报告的制作中，当我对于word的功能有不懂的时候，帮助我解决问题的同学，是你们才让我的报告做得更顺利，并且在写报告的过程中提高了使用word的能力。
网上和图书管里的资料，特别是一些芯片的数据表，对于我完成这次课程设计有很大帮助，感谢这些提供资料的同学和老师。
参考文献
[1]华中理工大学电子学教研室，康华光，邹寿彬.电子技术基础数字部分（第四版）.北京：
高等教育出版社，1998
[2]赵文博等.新型常用集成电路速查手册.北京：
人民邮电出版社，2006
[3]王新贤.通用集成电路速查手册.济南：
山东科学技术出版社，2002
[4]尹雪飞，陈克安.集成电路速查大全.西安电子科技大学出版社，2002
[5]荀殿栋，程宗汇.实用数字电路设计手册.电子工业出版社，1994
[6]欧阳星明，数字逻辑.华中科技大学出版社，2007
[7]王彩君，杨睿，周开邻.数字电路实验.国防工业出版社，2006
[8]彭介华.智能数字电子技术基础.湖南大学出片社.1998
[9]赵负图.数字逻辑集成电路手册.化学工业出版社，2005
[10]王连英，章小印.数字电子技术基础.江西高校出版社，2004
[11]李仁发，肖玲，吴强，强译.数字逻辑设计.人民邮电出版社，2006
[12]陈记甫，数字电路基础及快速识图.人民由电出版社，2006
[13]何书森，何化斌.实用数字电路原理与设计速成.2002
[14]清华大学电子学教研组编阎石主编：
《数字电子技术基础》（第四版），北京：
高等教育出版社，1998年
[15]毕满清主编：
《电子技术实验与课程设计》（第三版），北京：
机械工业出版社，2004年
[16]陈汝全主编：
《电子技术常用器件应用手册》（第二版），北京：
机械工业出版社，2000年
[17]王泽保、赵博主编：
《数字电路典型试验范例解析》（第一版），北京：
人民邮电出版社，2004年
[18]张庆双主编：
《家用电路控制与保护》（第一版），北京：
机械工业出版社2005年。
附录A1逻辑电路图
附录A2实际接线图
忽略此处..
升级会员 