数字密码锁设计.docx
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数字密码锁设计.docx
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数字密码锁设计
数字密码锁设计
摘要:
数字密码锁,主要工作部分是将输入密码与预设密码进行比较,密码正确时发光二极管亮。
关键词:
密码锁,触发器,发光二极管
Abstract:
Combinationlock,themainworkingpartiscomparedwithdefaultpasswordenterthepassword,thepasswordrightledlight.Switchingcircuitwillbefourserialinputpasswordandconvertingdecimalnumber8421BCDcodetometherearefour74ls194Numbersandwillbeleftintheshiftregistertorealizedigitaltubedigitaldisplayintheshifttotheleft.7448sevensegmentdisplaydecoderwillcounteroutputof8421BCDconversiontodigitaltubeneedthelogicofthestate.Defaultpasswordwhenusingfour74ls194shiftregistertostorethedefaultpassword,usethenumericalcomparatorreservationwillenterthepasswordandpasswordcomparison,todeterminewhetherapasswordisequal,whenequalwilltriggerthelightemittingdiode.UniversalpasswordpartUSESfourclockcontrolDflip-flop,whenthecorrectpassword,inturn,press,andinturntriggerfourclockcontrolDflip-flop,maketheoutputendoftheoutputhighlevel,triggeringlight-emittingdiodes(leds).
Keywords:
Combinationlock,Thetrigger,Light-emittingdiodes(leds)
目录
1前言1
2总体方案设计2
2.1方案比较2
2.1.1方案一2
2.1.2方案二2
2.2方案论证3
2.3方案选择3
3单元模块设计4
3.1各单元模块功能介绍及电路设计4
3.1.1主控芯片STC89C524
3.1.2时钟电路5
3.1.3复位电路5
3.1.4数码管显示电路6
3.1.5交通灯电路6
3.1.6时间调整电路7
3.2电路参数的计算及元器件的选择7
3.2.1电源电路7
3.2.2时钟电路7
3.2.3复位电路7
3.2.4数码管显示电路8
3.2.5交通灯电路8
3.2.6时间调整电路8
3.3特殊器件的介绍9
3.3.1STC89C529
4系统调试11
4.1调试环境11
4.2硬件调试11
5系统功能、指标参数12
6结论13
7总结与体会14
8谢辞(致谢)15
9参考文献16
10程序部分16
附录19
前言
随着人们生活水平的提高,如何实现家庭防盗这一问题也变得尤其突出,传统的机械锁由于其构造的简单,被撬的事件屡见不鲜,电子锁由于其保密性高,使用灵活性好,安全系数高,受到了广大用户的亲呢。
数字密码锁是现代锁具,它具有更高的安全性和使用的方便性。
它的基本功能是只有按正确的顺序输入正确的密码方能输入开锁信号,实现开锁。
本文粗略讲述了我在本次实习中的整个设计过程及收获。
讲述了数字密码锁的工作原理以及其各个组成部分,记述了我在整个设计过程中对各个部分的设计思路、对各部分电路设计方案的选择、元器件的筛选、以及对它们的调试、对调试结果的分析,到最后得到比较满意的实验结果的方方面面
总体方案设计
1方案论证
1基于数字系统的设计方法有两大类:
21)、自下而上的设计方法;
32)、自下而上的设计方法。
4方案一:
用TTL与COMS芯片设计,由下而上设计总个系统,首先构成功能单元电路在由此组装。
此方案设计思路明确,所用知识简但。
易于调试安装接线,但使用器件较多,系统不是很稳定,用明显不足。
5方案二:
用可编程逻辑器件ispLSI1061实现设计,由下而上设计总个系统将逻辑电路输入可编程开发系统,编译成JEDEC文件实现系统电路。
但是,基于初学者对可编程逻辑器件知识欠缺,对系统软件平台和硬件的不熟悉,所以该设计方案有明显的难度。
6基于以上方案论证:
相对于初学者而言,选择方案一较为实际,易于实现。
2方案设计
现对方案一作如下设计讨论:
数字密码锁控制电路的设计,可以理解为是数字信号的处理和控制,即信号的输入、存储、对比、分析、检测、反馈、输出。
首先,输入四位二进制数并把二进制数进行存储;其次;二进制数的数字逻辑与设置密码对比;再者,分析比较结果和比较位数;最后,检测输出控制锁信号。
由此,寄存器信号由按钮控制输入处理后,放进寄存器中进行存储,存储4位完后再用计数器驱动多路选择器按位输出进行比较,然后用寄存器存储比较结果和比较位数,并同时用多输入或门分析比较结果,最后用555定时器检测输出控制信号。
1、明确系统设计任务,确定系统逻辑功能
数字密码锁内部已经设置了4位二进制数码,分别用D0,D1,D2,D3表示。
只有密码锁处于锁状态ERROR时,按下COMPAER,使之处于预开锁状态;同样,只有密码锁处于锁状态OPEN时,按下INSTALL,使之预设置状态,否则视之为无效。
串行输入数码由开关BIT产生,可以为0或1,如上图所示。
为了是系统能够1位1位地依次读取由BIT开关送来的串行密码,设置一个开关READ,送入密码时,首先用BIT开关设置一位数码,然后按下READ开关,这样就将BIT开关当前的密码读入系统。
当按下TRY时,系统进行分析操作,如果输入数码与设置密码一致时,则系统输出OPEN信号打开锁,否则数字锁打不开,并输出ERROR信号。
当READ一旦按钮触动之后的5S内若未将锁打开,系统输出ALAM信号,电路自动复位并进入自锁状态,使之无法再打开,并由扬声器发出报警信号。
2各部分功能单元的设计。
4位二进制数码信号输入开关BIT由A键控制,COMPARE、READ、INSTALL、TRY分别由B、C、D、E键控制。
BIT输入后由双4输入移位寄存器U1(4015BP_5V串行输入,并行输出)存储;COMPARESTATE下输入到第一个4输入寄存器,INSTALLSTATE下输入到第二个4输入寄存器。
再寄存器的8个输出端用8个小红灯进行比较数码和设置密码的显示测试。
按下TRY时,由U2(74LS163D)按反馈清零法构成4位二进制加法计数器开始置数并输入CP进行计数,去驱动多路选择器U7(74LS153D进行比较。
计数器输出用七段显示数码管U4(DCD_HEX_DIG_RED)进行显示测试。
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
U1
4015BP_5V
5V
1
寄存双4位数码
U2
74LS163D
5V
1
位数的4进制数计数器
U3
74LS08D
5V
1
构成双3输入与门
U4
DCD_HEX_DIG_RED
1
七段显示数码管
U5A
7400N
1
与非门
U6A
7409N
1
与门
V1
f1=200Hz
1
脉冲信号发生器
X1-X8
小红灯
2.5V
8
调试显示
(1)
1)信号比较单元设计
存入4位比较数码后,并行输出到双多路选择器U7(74LS153D)。
当按下TRY时,用U2(74LS163D)按反馈清零法构成4位二进制加法计数器驱动双多路选择器U3(74LS153D)进行按位选择输出,用异或门进行数码逻辑比较。
用小红灯接其输出端显示测试其比较结果的不同。
(数码比较记过不同输出逻辑1,小红灯亮;相同输出逻辑0,则熄灭。
)
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
U7
74LS153D
5V
用于数码逐个多路选择比较
U8A
74136N
1
异或门
X9
小红灯
2.5V
1
调试显示
(2)
2)信号比较结果分析单元设计
将每位的比较结果寄存到双4输入移位寄存器U9(4015串行输入,并行输出)第一个寄存器进行存储。
当U2(74LS163D)计数到第4位时也输出一个低电平给双4输入移位寄存器U9(4015BP-5V串行输入,并行输出)的第二个寄存器。
再寄存器的8个输出端用8个小红灯进行比较数码和设置密码的显示测试。
如果前5个输出端都输出逻辑0,则表明比较完毕且各位相同,如出项其他情况则可分析出密码不同。
用U10(74LS32D)构成5输入或门,将结果输出。
用小红灯进行测试。
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
U9
4015BP-5V
5V
1
寄存双4位数码
U10
74LS32D
5V
1
构成5输入或门
X10-X17
小红灯
2.5V
8
调试显示
X18
小红灯
2.5V
1
调试显示
(3)
4)信号检测电路单元设计
当数码相同且比较完毕时,将分析出的信号低电平用555定时器U12(LM555CM)构成单稳态触发器进行检测,其检测结果用小绿灯进行测试,表示开锁;再接一个非门,输出用小红灯检测,表示关锁。
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
U11A
7404N
1
非门
U12
LM555CM
5V
1
单稳态触发器电路,做检测信号使用
R1
10kΩ
1
构成单稳态触发器电路
C1
1μF
1
构成单稳态触发器电路
C2
1nF
1
构成单稳态触发器电路
OPEN
小绿灯
2.5V
1
调试显示
ERROR
小红灯
2.5V
1
调试显示
(
5)定时单元的设计
(4)
(5)定时单元的设计
一旦按下READ时,用U13(LM555CM)定时器构成单稳态触发器进行检测,输出信号使由U14(74LS163D)构成的5秒加法计数器开始计数,当计数到五秒时,系统输出ALAM信号,电路自动复位并进入自锁状态,使之无法再打开,并由杨声器发出报警信号。
用黄灯进行测试。
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
U13
LM555CM
5V
1
单稳态触发器电路,做检测信号使用
U14
74LS163D
5V
1
5秒计数器
U15
DCD_HEX_DIG_RED
1
七段显示数码管
U16、U17
7404N
1
非门
ALAM
小黄灯
2.5V
1
调试显示
V2
f=50Hz
1
脉冲信号发生器
R2
100k
1
构成单稳态触发器电路
C1
1μF
1
构成单稳态触发器电路
C2
1nF
1
构成单稳态触发器电路
(5)
三、单元电路设计与参数计算
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
U1
4015BP_5V
5V
1
寄存双4位数码
U2
74LS163D
5V
1
位数的4进制数计数器
U3
74LS08D
5V
1
构成双3输入与门
U4
DCD_HEX_DIG_RED
1
七段显示数码管
U5A
7400N
1
与非门
U6A
7409N
1
与门
V1
f1=200Hz
1
脉冲信号发生器
X1-X8
小红灯
2.5V
8
调试显示
(1)
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
U7
74LS153D
5V
用于数码逐个多路选择比较
U8A
74136N
1
异或门
X9
小红灯
2.5V
1
调试显示
(2)
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
U9
4015BP-5V
5V
1
寄存双4位数码
U10
74LS32D
5V
1
构成5输入或门
X10-X17
小红灯
2.5V
8
调试显示
X18
小红灯
2.5V
1
调试显示
(3)
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
U11A
7404N
1
非门
U12
LM555CM
5V
1
单稳态触发器电路,做检测信号使用
R1
10kΩ
1
构成单稳态触发器电路
C1
1μF
1
构成单稳态触发器电路
C2
1nF
1
构成单稳态触发器电路
OPEN
小绿灯
2.5V
1
调试显示
ERROR
小红灯
2.5V
1
调试显示
(4)
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
U13
LM555CM
5V
1
单稳态触发器电路,做检测信号使用
U14
74LS163D
5V
1
5秒计数器
U15
DCD_HEX_DIG_RED
1
七段显示数码管
U16、U17
7404N
1
非门
ALAM
小黄灯
2.5V
1
调试显示
V2
f=50Hz
1
脉冲信号发生器
R2
100k
1
构成单稳态触发器电路
C1
1μF
1
构成单稳态触发器电路
C2
1nF
1
构成单稳态触发器电路
(5)
特殊器件的介绍
本系统中主要使用了如下一些功能器件:
STC89C52。
下面就该器件的功能特点、主要参数和使用方法作相应说明。
STC89C52
STC89C52具体介绍如下:
① 主电源引脚(2根)
VCC(Pin40):
电源输入,接+5V电源 GND(Pin20):
接地线
②外接晶振引脚(2根)
XTAL1(Pin19):
片内振荡电路的输入端
XTAL2(Pin20):
片内振荡电路的输出端
③控制引脚(4根)
RST/VPP(Pin9):
复位引脚,引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。
ALE/PROG(Pin30):
地址锁存允许信号 PSEN(Pin29):
外部存储器读选通信号
EA/VPP(Pin31):
程序存储器的内外部选通,接低电平从外部程序存储器读指令,如果接高电平则从内部程序存储器读指令。
④可编程输入/输出引脚(32根)
STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口,分别位P0、P1、P2、P3口,每个口有8位(8根引脚),共32根。
PO口(Pin39~Pin32):
8位双向I/O口线,名称为P0.0~P0.7
P1口(Pin1~Pin8):
8位准双向I/O口线,名称为P1.0~P1.7
P2口(Pin21~Pin28):
8位准双向I/O口线,名称为P2.0~P2.7
P3口(Pin10~Pin17):
8位准双向I/O口线,名称为P3.0~P3.7
系统调试
本节介绍对数码管显示倒计时电路、交通灯电路、按键控制时间电路进行调试
调试环境
Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件总代理为广。
它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能,还能仿真单片机及外围器件。
它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。
虽然目前国内推广刚起步,但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。
Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件),从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真,一键切换到PCB设计,真正实现了从概念到产品的完整设计。
是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台,其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等,2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器,并持续增加其他系列处理器模型。
在编译方面,它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器
Proteus软件具有其它EDA工具软件的功能。
这些功能是:
1.原理布图2.PCB自动或人工布线3.SPICE电路仿真。
革命性的特点:
1.互动的电路仿真,用户甚至可以实时采用诸如RAM,ROM,键盘,马达,LED,LCD,AD/DA,部分SPI器件,部分IIC器件。
2.仿真处理器及其外围电路可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。
还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程,再配合显示及输出,能看到运行后输入输出的效果。
配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等,Proteus建立了完备的电子设计开发环境。
硬件调试
1、输入数码和密码设置的显示调试
小红灯X1-X4为输入数码显示,当亮时表示输入1,灭时表示输入0。
小红灯X5-X8为密码设置显示,当亮时表示设置输入1,灭时表示设置输入0。
2、数码和位数相同与否测试
输入数码相同时,小红灯X9开始灭,否则则亮;等到四个数码都与设置密码相同时,按下TRY,则X10-x13同时灭,小红灯X14也开始灭。
3、开锁、关锁的显示测试
当按下TRY时,系统进行分析操作,如果输入数码与设置密码一致时,则系统输出OPEN信号打开锁,否则数字锁打不开,并输出ERROR信号。
4、5秒定时电路的的调试
当READ一旦按钮触动之后的5S内若未将锁打开,系统输出ALAM信号,电路自动复位并进入自锁状态,使之无法再打开,并由杨声器发出报警信号。
系统功能、指标参数
1该设计一个密码锁的控制电路,能在输入正确的开锁代码时,输出开锁信号将锁开启;并用红灯亮,绿灯灭表示关锁;而绿灯亮,红灯灭表示开锁。
输入按键控制较为简易,效果良好,用小绿灯和小红灯模拟仿真准确,逼真。
密码锁设密功能较强,难于破解。
2该电路能在锁的控制电路中用寄存器存储一个可以修改的4位代码,当开锁按钮开关的输入代码等于存储的代码时,将锁打开。
对输入密码和设置密码的比较控制仿真效果良好,特别是用5输入或门作为分析,避免了冒险现象出现的错误。
而用55定时器则加强了信号的准确检测。
3.从第一个按钮触动之后的5S内若未将锁打开,小黄灯输出信号使寄存器存储输入数码清零,则电路自动复位并进入自锁状态,使之无法再打开,并由杨声器发出报警信号。
结论
在本次课程设计中,我的题目是交通灯控制器,成功的设计了交通灯控制器。
在设计过程中,我并没有大量运用刚学的数字电技术中的集成芯片,更多依靠了单片机强大的处理能力,尝试了可编程器件的使用,开拓了视野,学到了书本上没学到的知识。
在整个交通灯控制器中,最主要的就是单片机STC89C52RC,倒计时显示部分用了2个共阳数码管,红绿灯则是标准的5MMLED。
除了正常显示倒计时时间以及红绿灯情况外还可以通过按键来调整各路绿灯持续时间,这明显更加贴近生活。
总结与体会
本次课程设计我认为我学到很多。
在课程设计之前我也使用过Proteus、Keil、AltiumDesign09等软件,学习过简单的单片机程序。
在设计过程中也遇到些问题,比如用Proteus仿真出来但是实物做出来无法正常工作,LED亮度太暗就是其中之一,原因是单片机I\O输出电流输出电流过小,无法驱动,那么实际电路中就必须使用驱动电路来保证驱动能力,否则后续电路无法正常工作。
软件设计上也遇到过问题,比如之前提到过的按键问题,仿真的时候按键是不会抖动的,但是实际操作的时候就必须通过硬件或者软件消抖。
通过这次课程设计我明白了设计电路一定要动手实践,因为设想和实际总是有差别,不通过实践是无法真正掌握的。
此外,通过课程设计的流程、详细内容我也明白了以后的毕业设计大概内容。
在课程设计中我选用了单片机,是因为我个人认为未来的设计更多的是用可编程器件来做的,但是基本的集成器件的运用也是不可轻视,但是这方面有些薄弱,所以在今后的学习中,我将不断学习,在专业知识方面下苦功夫。
谢辞(致谢)
在雷雨老师的指导下,我终于得以顺利成功的完成此次课程设计的任务。
首先,我要对雷雨老师表示深深的谢意,从设计开始雷雨老师就在指导我们可以去图书馆借鉴大量的书籍,设计的内容格式也是雷雨老师静心强调的。
有了雷雨老师的指导,我们开始了我们的课程设计,过程中雷雨老师教我们一步一步完成,给了我们很多帮助,直至这个课题的完成,雷雨老师的帮助时必不可少的,她用她的知识和经验教会了我们如何来完成一次课程设计,叫我们如何做课程设计的报告。
正因为有了雷雨老师的知道,我们才能顺利的完成这次课程设计,所以,我对雷雨老师表示深深的谢意,感谢她陪伴我们的这两周,让我们在这短短的两周中,学到了许许多多的知识。
我还要感谢班上的同学,虽然这次设计我是一个人一个组,但是在软件设计遇到难题的时候我还是向班上学的比我多比我深的同学请教,学到了一些实际应用的知识,在此我对他们表示由衷的感谢。
最后,再次感谢那些在这次给予我帮助的老师和同学们。
参考文献
1康华光主编.电子技术基础模拟部分.高等教育出版社,2002
2康华光主编.电子技术基础数字部分.高等教育出版社,2002
3姚福安主编.电子电路设计与实践.山东科技出版社,2004
4张玉璞主编.电子技术课程设计.北京理工大学出版社,1994
5陈明义主编.电子技术课程设计实用教程.中南大学出版社,2007
6赵淑范主编.电子技术实验与课程设计.清华大学出版社,2010
7郭天祥主编,51单片机C语言教程,电子工艺出版社,2009
8谭浩强主编,C语言程序(第三版),清华大学出版社,2005
9李国丽、朱维勇主编,电子技术实验指导书,中国科技大学出版社,2000
10谢自美主编,电子线路设计·实验·测试.华中科技大学出版社,2006
11张立强主编,电路原理图与PCB板设计教程ProtelDXP.科学出版社,2005
附录
附录1系统的原理电路图
附录2系统PCB图
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- 数字 密码锁 设计