四位电子密码锁.docx

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四位电子密码锁

沈阳

课程设计

（说明书）

四位电子密码锁的设计

班级/学号

学生姓名

指导教师

课程设计任务书

课程名称数字逻辑课程设计

课程设计题目四位电子密码的设计

课程设计的内容及要求：

一、设计说明与技术指标

设计一个四位电子密码锁电路，技术指标如下：

1通过键盘电路输入四位密码。

初始密码0000设定。

2密码输入正确后，锁打开。

在锁打开时，才可修改密码。

3密码输入错误有适当的提示。

三次错误后，具有声、光报警功能。

二、设计要求

1．在选择器件时，应考虑成本。

2．根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。

3．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。

三、实验要求

1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用软件仿真。

2．进行实验数据处理和分析。

四、推荐参考资料

1.彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京：

高等教育出版社

2.孙梅生，李美莺，徐振英.电子技术基础课程设计[M].北京：

高等教育出版社

3.梁宗善.电子技术基础课程设计[M].武汉：

华中理工大学出版社

4.张玉璞，李庆常.电子技术课程设计[M].北京：

北京理工大学出版社

5.谢自美.电子线路设计·实验·测试（第二版）[M].武汉：

华中科技大学出版社

五、按照要求撰写课程设计报告

成绩指导教师日期

一、概述

随着人们生活水平的提高，传统的机械锁由于其构造的简单，被撬的事件屡见不鲜，因此电子密码锁在实现家庭防盗这一问题也变得尤其的突出，电子锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的青睐。

这种锁是通过键盘输入一组密码来达到开锁的目的。

本课程设计一个电子密码锁，要求是设定4位的密码锁，输入4位输入密码，然后与已设置好的密码相比较，密码输入正确后即可开锁，开锁后才可执行密码修改的功能，如果输入三次错误密码就不断报警（包括声音和光两种报警方式）。

二、方案论证

设计一个四位电子密码锁，通过输入四位密码，并且一位一位的进行比较，能够在输入正确的密码后打开锁，并且只有在打开锁之后判断是否修改密码，如果输入密码错误，则记录一次输入错误信息，如果输入三次错误密码，则有声音（蜂鸣）或者光（灯亮）报警。

方案一：

本方案通过控制开关键入密码，通过74LS148把相应的十进制数转化成相应的四位二进制码，与寄存在74LS195的原始密码通过数值比较器74LS85进行比较，如果四位密码都输入正确，则提示锁打开，然后提示可以修改密码；如果密码输入错误，则记录一次，当输入错误三次，则有报警提示。

方案一原理框图如图1所示。

图1四位电子密码锁电路的原理框图

方案二：

本方案采用一种是用以AT89S51为核心的单片机控制方案。

利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口，及控制的准确性，实现基本的密码锁功能，通过编代码可以实现：

键盘输入、密码检测、开锁、密码修改、报警。

方案二原理框图如图2所示。

图2单片机密码锁电路的原理框图

三、电路设计

1、键盘密码输入电路设计

电路主要构成：

由开关组成的键盘、两片74LS148、3个与非门和1个非门构成。

工作原理：

74LS148优先编码器管脚功能介绍:

为16脚的集成芯片,电源是VCC（16），接地GND（8）,I0—I7为输入信号，A2,A1,A0为三位二进制编码输出信号，EI（s）端上是使能端，作用是控制74LS148工作，低电平有效，即：

若该端输入高电平，则74LS148不工作；若该端输入低电平，则74LS148正常工作。

GS（yex）是用来判断74LS148输入端是否有输入，只要有输入，则输出低电平，的、若没有输入，则出书高电平。

EO（ys）是用来74LS148之间的级联用的，拓展为16位或更高编码器。

如高优先位没有输入，则EO输出低电平，接低优先位的EI端，就控制了低优先位工作，若高优先位有输入，那EO端输出高电平，使下一片74LS148的EI位高，不工作。

16线-4线8421BCD码优先编码器74LS148的真值表见表1。

从表1的的功能表中可以得出，74LS148输入端优先级别的次序依次为I7，I6，…，I0。

当某一输入端有低电平输入，且比它优先级别高的输入端没有低电平输入时，输出端才输出相应该输入端的代码。

例如：

I5=0且I6=I7=1（I6、I7优先级别高于I5）则此时输出代码010（为（5）10=（101）2的反码）这就是优先编码器的工作原理。

表174LS148真值表

输入

输出

由于每片74LS148只有8个编码输入，所以需将16个输入信号分别接到两片上，在本课设中只需用到其中的10个，剩下的六个接为高电平即可，其接法如图3所示。

A0’-A15’为十进制数字输入，Z0-Z3为十进制数相对应的四位二进制码，例如，当输入端A8’有效时时，表示输入的十进制数为9，则输出相应的二进制为1001，即Z0=1，Z1=0，Z2=0，Z3=1。

图3148接成16-4线连接图

工作过程：

本次课设用开关作为密码输入键盘，如下图4所示，选用16-4线中的前10个，后面的6个直接接入5V高电平，使之处于无效状态。

图4左方表示10个开关（下面6个接高电平处于无效状态），用于输入十进制的数字，即用于密码的输入。

图4中间为74LS148编码器，用于把相应的十进制转化成相应的四位二进制码，图4右方为四个输出端，从上至下依次为二进制从低位至高位，即与图3中Z0-Z3相对应。

四个输出端与图5左方的四个输入相连接，即寄存在移位寄存器中。

图4密码输入电路电路

2、密码移位寄存路

电路的主要构成：

所用芯片为74LS148和74LS195。

工作原理：

74LS148在密码输入电路中已经描述过，在在这就不多说，74LS195为4位移位寄存器（并行存取，J-K’输入，74LS195的引脚图在图5密码寄存电路中已显示）。

CLK为时钟输入端，CLR清除端（低电平有效），A-D为并行数据输入端，J为串行数据输入端，K’为串行数据输入端（低电平有效），QA-QD为输出端，QD’为互补输出端，SH/LD为移位控制/置入控制（低电平有效）。

当清除端（CLR）为低电平时，输出端（QA-QD）为低电平，当移位/置入控制端（SH/LD）为低电平时，并在并行数据输入端（A-D）送入数据，在时钟（CLK）上升沿作用下，QA-QD与A-D相一致，此时串行数据（J,K'）被禁止；当移位/置入控制端（SH/LD）为高电平时，在时钟（CLK）上升沿作用下进行右移操作，数据由J,K’送入。

表274LS195功能表

输入

输出

CLK

SH/LD

CLK

串行

并行

QD’

K’

↑

d’

QA0

QB0

QC0

QD0

QD0’

↑

QA0

QB0

QBn

QCn

↑

QAn

QBn

QCn

↑

QAn

QBn

QCn

↑

QAn

QBn

QCn

说明：

①↑为从低到高电平的跃变。

H=高电平（稳态）L=低电平（稳态）×=不定

②a、b、c、d为A、B、C、D输入端相应的稳态输入电平。

③QA0、QB0、QC0、QDO为在已建立稳定态输入条件之前QA、QB、QC、QD输出端的电平。

④QAn、QBn、QCn、QDn为最新的↑跃变之前QA、QB、QC、QD的电平。

图5密码寄存电路

工作过程：

74LS195用于记忆从前一电路输入的密码，并且在输入密码过后，断开CLK时钟脉冲的输入，即195内已记忆的密码不再发生改变，除非再给其输入时钟脉冲CLK，其已存的密码才会发生改变。

图5中左方为输入端（与图4的输出端相连接），即密码输入中某一位所对应的四位二进制码，当给74LS195时钟脉冲时（XFG1的开关合上），则密码输入寄存在74LS195中，图5右方为四个输出端，输出某一位密码所对应的四位二进制，输入到图6中的数值比较器中。

3、密码判断电路

电路的主要构成：

所用主要芯片为74LS85，此芯片为四位数值比较器，在数字系统中,常常要比较两个数的大小。

工作原理：

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

对于多位的情况一般说来先比较高位，当高位不等时，两个数的比较结果就是高位的比较结果。

当高位相等时，两数的比较结果由低位决定。

其功能表如表3所示，A3,A2,A1,A0表示原始密码的二进制表示（从高位到低位），B3,B2,B1,B0表示输入密码的二进制表示（从高位到低位），当输入的密码正确时，则输出端则输出高电平，否则输出低电平。

表374LS85功能表

比较

输入

输出

A3，B3

A2，B2

A1,B1

A0，B0

A>B

A=B

A>B

A=B

A3>B3

A3=B3

A2>B2

A3=B3

A2=B2

A1>B1

A3=B3

A2=B2

A3=B3

A2=B2

A1=B1

A0>B0

A3=B3

A2=B2

A1=B1

A3=B3

A2=B2

A1=B1

A0=B0

A3=B3

A2=B2

A1=B1

A0=B0

A3=B3

A2=B2

A1=B1

A0=B0

A3=B3

A2=B2

A1=B1

A0=B0

A3=B3

A2=B2

A1=B1

A0=B0

A3=B3

A2=B2

A1=B1

A0=B0

工作过程：

电路图如图6所示，图6左方有8个输入端，分别为初始密码某一位的四位二进制与所对应的输入密码的四位二进制，图6中A3、A2、A1、A0分别为输入密码所对应的的四位二进制，B3、B2、B1、B0分别为初始密码所对应的二进制，当输入正确的密码，则图6右方的输出端6输出为1，否则输出端为0，针对本课设要求，只需知道是否相等，对于哪一个数更大一些，对本课设设计不起作用，因此图6中5和7两个输出端不用接到电路中。

图7也是密码判断电路中的一部分，即左端4个输入端用于由图6中6端的输出进行输入，图7中右端两个输出端，第一个输出端用于判断输入正确密码控制灯亮作为提示，第二个输出端（即加非门的一端）作为密码输入错误信号的输入，即协助记录密码输入错误次数，当输入错误三次，则进行报警提示。

图6密码判断电路

图7密码判断电路

4、密码修改电路

电路的主要构成：

所用芯片主要为74LS195，用到四个开关，用于执行密码进行操作的控制，用到XFG2函数发生器，用于控制74LS195的时钟脉冲CLK，从而达到控制芯片的工作。

工作原理：

关于74LS195的工作原理已经在密码移位寄存电路中叙述过，在这里就不再重复叙述。

工作过程：

当指示灯（指示灯与报警电路的灯在一个图上，在性能测试图12中所示）亮时则表示锁已经打开，可以执行修改密码操作，关上修改密码的按键才能执行修改密码密码，输入要修改过后的密码与密码输入电路的原理类似，在修改完密码之后，需要把修改过后的密码存入74LS1195移位寄存器中，74LS195用于记忆电路输入的密码，并且在输入密码过后，断开CLK时钟脉冲的输入，即195内已记忆的密码不再发生改变，除非再给其输入时钟脉冲CLK，其已存的密码才会发生改变。

图7中左上方为输入端（与图4的输出端相连接），即密码输入中某一位所对应的四位二进制码，当给74LS195时钟脉冲时（XFG1的开关合上），则密码输入寄存在74LS195中，图8右方为四个输出端，输出某一位密码所对应的四位二进制，输入到图6中的数值比较器中。

图8密码修改电路

5、开锁电路以及报警电路

电路的主要构成：

主要由芯片74LS160、LED数码显示管、3个用于报警的显示灯以及蜂鸣报警器。

工作原理：

所用芯片为74LS160，74LS160为十进制计数器，即即使不手动控制清零，到达计数最大值时仍会自动从零开始循环。

用此芯片连接成三进制，用于计输入错误密码的次数。

表474LS160接成三进制

计数

顺序

电路状态

等效

十进制

进位

输出

设计该电路要求在2时进位，即在输出为2时给输入端置0。

由真值表的逻辑函数式：

Y’=（Q3Q2Q1Q0’）’

则化简后：

Y=（Q1Q0）’

工作过程：

当输入的错误密码达到三次，则进行报警，包括光和声音两种报警方式。

报警电路光报警用灯亮显示，声音报警用蜂鸣来表示，当输入第一次错误密码时，则黄色的灯亮，当输入两次错误时，则红色的灯亮，当输入三次错误时，则报警电路的灯亮。

电路图如图9图10所示

图9三进制电路

图9中表示三进制电路，CLR端为清零端，由高电平和开关控制，CLK为时钟脉冲输入端，即由图7第二个输出端输入，图9中右下方有两个输出端，输入

图10中的两个输入端，用于三进制进位，当进位时，则报警电路打开进行两种方式的报警。

图10为报警电路，图上方有两个输入端，即由图9的两个输出端进行输入。

图10报警电路

四、性能的测试

1、键盘密码输入电路测试

电路测试图如下图11所示

图11密码输入电路的测试

此图的波形表示四位二进制，开始输入密码为3，即0011，因此A、B通道为5.000V，即为高电平，C、D为0.000V为低电平

2、密码移位寄存路

测试结果与图11相类似，即输入某一位十进制的密码，通过编码器转化成四位二进制存入到相应的74LS195移位寄存器中。

3、密码输入正确以及提示锁打开电路的测试

当密码输入正确时，则灯亮（上图右下面）提示锁打开，并且显示管显示的数字不大于3，灯亮也提示锁打开后可以进行对密码修改的操作，若没有灯亮则无法通过指示执行密码修改操作功能。

电路测试图如下图12所示

图12密码输入正确电路的测试

4、报警电路测试

当密码输入错误三次，如上图，显示管显示“3”，并且灯亮进行报警，且伴有蜂鸣的声音，电路测试图如下图13所示

图13报警电路的测试

五、结论

通过以上的测试和分析可得，本课程设计四位电子密码锁可以实现以下功能：

输入四位密码并判断是否密码输入正确，如果输入正确，则提示锁打开并且提示可以对原始密码进行修改，如果输入错误，则重新输入密码，若输入三次错误密码则开始报警。

通过测试本课程设计达到预期目的，所以本次的四位电子密码锁的设计是成功的。

六、性价比

四位电子密码锁能够准确判断输入密码的正确与否，并且输入三次错误密码能够进行报警，整个电路所使用的74LS148、74LS195、74LS85、74LS160芯片都为市场上较常用的芯片，密码锁的基本功能都已实现，但是同一种芯片在电路中使用多次，这有可能导致性价比有所降低。

如果把把74LS85四个芯片换成与门，则成本会有所降低，性价比提高。

七、课设体会

本次课程设计使我受益匪浅，对于74LS148、74LS195、74LS85、74LS160等芯片的使用也加深了理解。

这次课设更大大提高了我的数字电路的学习水平，学到了许多课堂上不能理解的知识，增进了对电子技术的兴趣。

虽然整个课设过程遇到了许多困难，尤其

是在制作输入三次错误密码进行报警电路的过程中和密码只能通过一个键盘进行输入时，然而在同学的帮助下，这些问题都迎刃而解，很多以前想不明白的问题都一下子豁然开朗，尤其是时序电路与逻辑电路的设计与实现。

课设确实是一次锻炼自己的好机会，让我们利用平时学习的知识自己动手创造，自己查找资料补充不足，是对我们知识上一个很大的提高，也是对我们各项综合能力的考验。

虽然这次的课设所得的结果并没有我想象中好，但是我可以很诚实的说我尽力了，但是令我不满意的是我的仿真还是没有通过，虽然没有通过，但基本功能都已经实现，唯一缺点是在输入密码时，得输入一位按一下确认键，不能连续输入四位密码再按确认键，关于解决办法也已经想到，由于时间问题，还没有机会实现，但是我不会放弃，我相信我一定能解决这个问题，虽然课设结束了，但我继续探索的好奇心将持续下去。

合理化建议：

在今后的课设环节中，因加强实践操作，并多开设一些数电模电的相关课设，让同学们通过动手，去体会那一份属于自己的成功。

参考文献

[1]阎石.数字电子技术[M].北京：

高等教育出版社，2006年

[2]陈振官等.新颖高效声光报警器[M].北京：

国防工业出版社，2005年

[3]田立、代方震、田清.51单片机C语言程序设计快速入门[M].北京：

人民邮电出版社，2007年

[4]童诗白、华成英.模拟电子技术基础[M].北京：

高等教育出版社，2006

[5]戴伏生.基础电子电路设计与实践[M].北京：

国防工业出版社，2002年

[6]谭博学.集成电路原理与应用[M].北京：

电子工业出版社，2003年

[7]彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京：

高等教育出版社

[8]孙梅生，李美莺，徐振英.电子技术基础课程设计[M].北京：

高等教育出版社

[9]梁宗善.电子技术基础课程设计[M].武汉：

华中理工大学出版社

[10]张玉璞，李庆常.电子技术课程设计[M].北京：

北京理工大学出版社

[11]谢自美.电子线路设计·实验·测试（第二版）[M].武汉：

华中科技大学出版社

附录I总电路图

附录II元器件清单

序号

编号

名称

型号

数量

74LS148

编码器

74LS148N

74LS195

移位寄存器

74LS195N

74LS85

数值比较器

74LS85N

74LS160

计数器

74LS160N

74O4N

非门

74LSO4D

7400N

与门

7408N

灯

LAMP

LS1

蜂鸣报警器

BUZZER

U55

LED显示管

DCD_HEX_GREEN

VCC

电源

VCC

GROUND

接地

GROUND

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