liyoubin数码锁课程设计.docx
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liyoubin数码锁课程设计
学号：
0120011360127
课程设计
题目
简易数码锁设计
学院
自动化学院
专业
自动化专业
班级
自动化1007
姓名
liyoubin
指导教师
李彬
2012
年
7
月
2
日
课程设计任务书
学生姓名：
liyoubin专业班级：
自动化1007
指导教师：
李彬工作单位：
自动化学院
题目:
简易数码锁设计
初始条件：
1.运用所学的模拟电路和数字电路等知识；
2.用到的元件：
实验板、电源、连接导线、74系列芯片、555芯片或微处理器等。
要求完成的主要任务:
1.采用数字按键输入，数码为6位或4位；
2.开机上电后系统自动复位，处于准备接收数码的准备状态；
3.设置一只认可键，每次输入数码后必须按认可键。
4.认可键只承认最后6位或4位输入数码，若与本锁规定数码相符则使执行机构动作；
5.严格按照课程设计说明书要求撰写课程设计说明书。
时间安排：
第1天下达课程设计任务书，根据任务书查找资料；
第2～4天进行方案论证，软件模拟仿真并确定设计方案；
第5天提交电路图，经审查后领取元器件；
第6～8天组装电路并调试，检查错误并提出问题；
第9～11天结果分析整理，撰写课程设计报告，验收调试结果；
第12～14天补充完成课程设计报告和答辩。
指导教师签名：
2012年6月26日
系主任（或责任教师）签名：
2012年6月26日
引言
现代人类文明社会里，由于社会治安状况不太好，人们的思想道德观念，修养水平等差异，善良的人们能够自觉规范自己的行为。
然而，一些没有道德观念的盗贼却想法设法利用高科技设备撬开门锁，使广大居民防不胜防，家中物品被盗现象时有发生。
如何防盗这一现实问题现在变的越来越突出，传统的机械锁由于其构造的简单，被撬现象时有发生。
电子锁由于自身保密性高，使用方便，安全系数高，也因此受到越来越多的人们的喜爱。
随着科技的进步，锁已经发展到了密码锁。
电子锁，激光锁，声控锁等等。
他在传统钥匙的基础上，加了一组或多组密码，不同声音，不同磁场，不同光束，光波，不同图像（指纹，脸部等）来控制锁的开启。
从而大大提高了锁的安全性，使不法之徒无从下手，人们也就能对自身财产安全有了更多的保障。
当今安全信息系统越来越广泛，特别是保护机密，维护隐私和财产保护方面起到重要作用，而基于电子密码锁的安全系统是其中的组成部分，因此研究它具有重大的现实意义。
1设计意义与要求
1.1设计意义
通过对密码锁的设计，考察我们对数字电子技术课上学习内容的实际应用能力。
通过运用所学知识进行归纳、分析、并解决实际的设计问题。
了解设计原理，灵活运用所学知识。
使用Proteus软件通过计算机进行原理图设计、电路分析与仿真、系统测试及功能验证，通过它进行故障排查，锻炼分析解决问题的能力。
在仿真成功后自己搭建电路进行调试与检测，能增强我们动手能力和故障排除的能力。
1.2设计要求
1）设计一个简易数码锁，密码为4位十进制数，采用数字按键输入。
2）设置一只确认键，每次输入数码后必须按确认键；且确认键只承认最后4位，若与本锁规定数码相符则使执行开锁动作。
3）开机上电系统自动处于准备接收数码的准备状态；若输入的数码最后4位，与正确密码完全一致，且紧接着按下确认键时，执行开锁操作。
2方案设计
2．1设计思路
依据设计要求，首先要有密码输入部分，它把0-9十个字符编码成二进制数码输入,因此需要编码电路。
每输入一个密码编码后，需要把密码存起来，便于密码的输入比对，这需要一个移位寄存电路寄存密码。
由于移位寄存器的工作原理，每输入新的数码，原来的数码就右向移位，使寄存器中的数据只有最后输入的4个密码，实现最后4位有效。
密码输入后可以通过将输入密码与原设定密码用与非门组合电路比较器比较，当输出都为相等时密码输入正确；否则，则有误。
当输入正确密码后开锁灯亮，错误，则不亮。
当按下确认键，密码才能够输入；按下复位键，密码清零。
图2-1设计流程图
2.2设计方案
2.2.1个人方案电路图
电路中0～9共10个按键是密码输入端，与两片编码器输入端相连，另外两个分别是确认键和复位键。
输入的4位十进制密码经两片74LS148编码器输出相应二进制编码。
将输出二进制数再与四片级联的移位寄存器74LS194芯片的第一片的输入端相接。
当有上升沿触发信号时，每个74LS194芯片将其所储存的密码右移给下一个74LS194，每个74LS194的输出端Q0～Q3分别与四片四位数值与门和非门组合而成的比较器的输入端连接。
数值比较器通过有1直接连入与门，有0则在与门前接一非门预设密码，与A0～A3比较的结果和确认键经过一个与门控制开锁信号灯的亮灭。
每次按下一个密码开关后，10个密码编码输出GS端通与门，输出由1变为0再变1，将其作为寄存器74LS194的边沿触发信号，输入密码移动一位。
若74LS194寄存器现存的4个四位二进制数与比较器预设密码比较完全一致，则按下确认键后，开锁信号灯亮，实现输入密码后4位有效的功能要求。
若按下复位键，各寄存器的清零端变为低电平进行清零。
图2-2个人方案总电路图
2.2.2小组方案电路图
该方案由74LS147编码器编码电路、74LS194移位寄存器、74LS85密码比较电路、复位电路、555定时器构成的单稳态触发电路、密码显示、报警电路六部分组成。
其中，555定时器构成的单稳态触发电路作为寄存器的触发信号。
密码输入后通过移位寄存器后，在数码显示电路中显示输入的密码。
将确认键输出端与密码比较结果相或，作为两个级联JK触发器的脉冲信号，并将两个JK触发器输出端与非作为报警信号和复位信号，并将其与电源相与。
当输入密码三次错误时，输出报警信号并将电源封锁，与此同时，移位寄存器清零。
其它原理与个人方案大致相同。
2.3方案比较
与小组方案相比，个人方案密码从0——9，更贴近人们日常使用情况。
不足的是密码编码较复杂，且无报警装置，且只有单一的密码，不能修改密码。
相对而言，小组方案密码编码较精简，且加了密码显示装置。
再输入密码的同时可以显示输入的密码。
用密码报警装置来提高安全系数。
使用555单稳态电路的输出作为触发信号，消除了由于开关抖动时带来的错误，更安全。
图2-3小组方案总电路图
3简易密码锁电路设计
3.1密码输入和编码电路
电路由两片74LS148进行编码，由74LS148的功能表可知有一个输入端输入低电平时，根据它的优先级别进行编码，即I7优先编码，可以有效防止同时输入多个数字而形成乱码。
由于编码时若把输入数字直接转化为二进制编码输出则较为麻烦。
结合电路设定的密码为7354和74LS148的编码输出规律，把两片输出A0与A0相与非，A1与A1相与非A2与A2相与非，GS的非作为输入数字的编码，则电路较为简洁。
其中GS作为最高位输出。
图3-1密码输入电路
3.2密码移位寄存电路
通过网络查找，我找到了四位并行移位寄存器，并对其功能有了具体的了解后搭建了如图所示的电路图。
其中四片74LS194级联，第一片从D0到D3为并型数据输入端，Q0到Q3为输出端，与下一个芯片级联。
当并行数据输入后，在移位寄存器里，总是存储四个数据并将数据进行移位，实现后4位有效的设计要求。
其中CR是异步清零端，低电平有效。
它连接复位端。
CP是时钟输入端，上升沿触发有效。
它接入密码输出电路中的脉冲输出。
P/
是并行串行控制端，接高电平时并行移位。
T/
是原码/反码输出控制端，接高电平时原码输出。
由于数字键按下和弹起瞬间，两片74LS148相与非后产生信号的过程为1-0-1，产生一个上升沿，使寄存器触发进行并行移位操作。
每输入一个密码，移位寄存器就进行一次并行移位，使存储的四位二进制代码总为4个，将这四个代码与正确的密码比较，就可以实现密码后4位有效。
其输出端与比较器输入端相连。
图3-2移位寄存电路
3.3密码比较电路
将移位寄存器的四个密码输出端Q0-Q3分别连接四个与门与非门的组合电路相连接的我自己设计相当于比较器功能的逻辑器件。
在其输入端从右到左设置密码0111,0011,0101,0100。
当密码中为1时直接连入与门，若为0时，则前面加一个非门。
由于此时的二进制密码所对应的由74LS148所编码的十进制数为7354，所以正确的密码为7354。
将比较器输出端相与作为密码比较结果，当密码输入正确时则输出1。
图3-3密码比较电路
3.4开锁电路
当输入密码时，按下确认键。
当后四位密码正确时，按下确认键，则灯亮。
否则，不亮。
图3-4开锁电路
4调试与检测
确定设计方案和电路图后进过检查确定无误后，经过仿真仍出现许多问题。
调试和修改之后才终于正确。
4.1调试中故障及解决方法
对个人方案进行仿真时，遇到的问题及解决方法为：
1）平常使用的密码是0～9十个数，但是没找到10-4线或16-4线编码器，于是我使用两片8-3编码器74LS148级联，构成了16-4线编码器。
2）由于开关的摆放问题，有的开关按下去被锁死，弹不起来。
因此我将这些开关都换掉，开关部分恢复正常。
3）再进行方真时，按照在网上收索74LS148功能表编码与仿真时的编码不同，于是我从0-9进行测试，找到正确的功能表，然后修改电路图。
修改正确后进行调试，调试结果成功。
对方案二即小组方案进行测试时，遇到的问题及解决方法为：
1）最先设计的方案是当按复位键或者密码输入正确开锁，寄存器的清零端对电路清零。
但是在调试时，很难实现。
因此我们去掉了输入正确密码进行复位这一功能，改为手动清零。
调试时成功。
4.2调试与运行结果
方案一仿真调试结果：
当输入正确密码7354并按下确认键后，开锁信号灯闪亮，执行开锁操作。
当输入密码为12347354并按下确认键时，开锁信号灯闪亮，开锁；当输入密码为1234567并按下确认键时，开锁信号灯不亮。
5简易数码锁操作说明
个人方案：
一．各部件说明：
1．开关0至9为密码输入开关，复位键为密码输入控制端，负责清零。
确认键为输入密码确认。
2．二极管为密码正确显示，当最后四位密码正确时灯亮，否则灯不亮。
二．操作说明
1．开始时开关都置于断开，灯不亮，表示密码未输入。
2.先输入密码1234，再按确认键，则灯不亮。
3．再按123456，再按确认键，则灯不亮。
4.输入正确密码7354，再按确认键，则灯亮。
然后按复位键，输入密码清零。
5.最后输入1237354，再按确认键，灯亮。
然后按复位键。
三．功能
密码输入后四位有效，按下确认键密码才能输入，当输入正确密码灯亮，密码锁打开。
按下复位键则密码清零，灯灭。
小组方案：
按键“确认键”和“复位键”按下时分别对输入数码进行确认和清零。
按“复位”键开机复位。
此时灯不亮，数码管显示全为0，进入密码输入状态，正确密码是4567。
密码输入后按确认键确认最后四位，当正确时开锁信号灯亮；输入错误时可继续输入密码。
但是，当三次密码输错后，报警灯亮，数码管显示清零，任何按键失效。
输入单个密码之后必须等待输入提示灯熄灭之后才能再输入下一个密码。
结束语
虽然电工电子课程设计只有十四天，但是我却有了巨大的收获也让我对数字电子技术这门课程有了更浓厚的兴趣。
我更愿意钻进去学，进而把学习到的东西运用到日常生活当中。
这门课程非常有用！
在这次课设中，我学会了运用所学的知识分析问题、解决问题。
把一个大的问题分解成若干个小的问题来解决，然后中和分析，一个复杂的、难的问题就比较容易解决。
通过设计，进一步巩固和加强了自己数电的基础知识，锻炼了创新能力。
在设计过程中，我也学会了怎样和同学一起相互合作，怎样很好的使用互联网查找资料，并做到在学习中提高。
与此同时，我还自主学会了如何利用Proteus仿真软件，通过看一些参考书和询问同学，以及自己摸索，学会了如何操作仿真软件，也了解了仿真的一般方法，以及在此基础上如何改错。
培养了我的自学能力。
最后我想说：
在学习中，要认真、独立的思考，打好基础知识，并灵活运用它到实际生活当中。
学以致用，这才是学习的意义所在。
参考文献
[1]康华光主编.《电子技术基础》.高等教育出版社.2005.7
[2]伍时和主编.《数字电子技术基础》.清华大学出版社.2009.1
[3]邓勇主编.《数字电路设计完全手册》.国防工业出版社
[4]孙余凯主编.《数字实用电路》.电子工业出版社.2007.6
附录设计总电路图
附图1小组方案电路图
附图1小组方案电路图
附图2个人方案电路图
本科生课程设计成绩评定表
姓名
牛慧娟
性别
女
专业、班级
自动化1001
课程设计题目：
简易数码锁设计
课程设计答辩或质疑记录：
成绩评定依据：
设计方案
与内容
（30分）
制作与调试
（20分）
说明书内容与规范程度
（30分）
答辩
（10分）
学习态度
与考勤
（10分）
总分
（100分）
最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字：
2012年7月12日
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