8位数字密码锁.docx
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8位数字密码锁
电子技术课程设计报告书
课题名称
8位数字密码锁
姓名
*****
学号
*******
院、系、部
*******
专业
电子信息工程
指导教师
****
****年**月**日
一、设计任务及要求:
设计任务:
设计一种8位数字密码锁控制电路,能够更改密码,限制更改密码的次数,并显示开锁、关锁、改密码等相关信息。
要求:
1.数字密码锁的原始密码为数字“1~8”,开始时,锁关闭(亮红灯),当确认输入原始密码2次后,锁打开(绿灯亮),且状态指示灯(蓝灯)一直亮;
2.原始密码输入正确后,可以更改密码,按确认键后,蓝灯闪烁一次,红灯亮,密码生效,且数码管显示当前密码;
3.每次输入密码后,数码管显示“A00000000”;按下确认键后,状态指示灯(蓝灯)闪烁一次,开锁指示灯(绿灯亮),密码锁打开;
4.按下复位键,数码管显示“A00000000”后,才可以打开锁或更改密码;当断开复位键,第一个数码管显示变为零0时,任何密码输入均无效,密码被保存;复位、再次输入密码后,锁被打开;
5.当按下复位键4次以后,系统被锁闭,任何数字输入均无效,按下系统复位键两次及数字键后,系统恢复为原始状态;
6.采用Multisim进行仿真验证并且完善电路设计。
指导教师签名:
****年月日
二、指导教师评语:
指导教师签名:
****年月日
二、成绩
验收盖章
****年月日
8位数字密码锁
一、设计目的
(1)熟悉模拟电路的应用与集成电路的引脚排列。
(2)把握经常使用芯片的逻辑功能及利用方式。
(3)熟悉电路仿真软件Multisim利用。
(4)了解数字密码锁的组成及工作原理。
(5)熟悉数字密码锁的设计。
二、设计思路
(1)设计系统复位电路。
(2)设计密码锁电路和比较电路。
(3)设计计数电路及其反馈回路。
(4)设计时序操纵电路和改密电路。
(5)设计数码管电路和指示灯电路。
3、设计进程
方案论证
系统的操纵由系统复位电路开始,2次输入原始密码后,数字密码锁被打开;通过系统输入电路、改密电路、锁存电路、能够对密码进行更改和贮存;通过对密码更改次数限制电路(计数电路),能够实现对系统输入电路的锁定;各电路的输入都可在数码管显示或指示灯观看取得;通过其他电路的交织和反馈,整个系统能够整合设计为以上形式。
3.2元器件的选择及参数,各芯片介绍及作用
数字显示器
数字显示器是一种经常使用的集成显示译码器,在数字系统中,它能直观地将数字显示出来,方便人们直接读取数字及处置结果。
因此,数字显示器电路是许多数字设备系统不可缺少的部份。
数字显示器是驱动显示器件(如荧光数码管、液晶数码管等等)的核心部件,它能够将输入代码转换成相应数字,并在数码显示管上显示出来。
该数码管由七段组成数字字形,既有其相对应的七段数字显示译码器数字。
例如,当该电路的输出为高电平有效时,既输出为1时,对应字段点亮;输出为0时对应字段熄灭。
当其各数段相应地为1时,该译码器能够驱动七段显示器显示O—15总共16个数字的字形。
输入L3、L二、L一、L0接收4位二进制数码,输出
、
、
、
、
、
和
别离驱动七段显示器的a、b、c、d、e、f和g段。
七段显示译码器的原理图如以下图所示,图给出了七段显示器的显示笔画与O—15共16个数字的对应关系。
图七段显示器原理图图七段显示器笔画与数字对应关系图
该8位数字密码锁电路采纳能自动译码的数码显示器DCD_HEX,能够直接将输入的二进制代码表示成O—F共16个数字,其芯片图与引脚图如以下图所示:
L3L2L1L0
图显示器芯片原图与引脚图
二进制代码由高位到低位别离与L3、L二、L一、L0用导线相连,其功能表如下表1所示:
表1数码显示译码器DCD_HEX功能表
输入
显示数字
L3
L2
L1
L0
0
0
0
0
显示0
0
0
0
1
显示1
0
0
1
0
显示2
0
0
1
1
显示3
0
1
0
0
显示4
0
1
0
1
显示5
0
1
1
0
显示6
0
1
1
1
显示7
1
0
0
0
显示8
1
0
0
1
显示9
1
0
1
0
显示A
1
0
1
1
显示B
1
1
0
0
显示C
1
1
0
1
显示D
1
1
1
0
显示E
1
1
1
1
显示F
3.2.274LS90芯片
芯片接线要求:
将输出12引脚与输入1引脚相接,组成8421BCD码计数器,将输出11引脚与输入14引脚相接,组成5421BCD码计数器,表2中H为高电平、L为低电平、×为不定状态。
74LS90逻辑电路图如下图,它由四个主从JK触发器和一些附加门电路组成.在74LS90计数器电路中,设有专用置“0”端MR1、MR2和置位(置“9”)端MS1、MS2。
其计数顺序为000~101,当第六个脉冲作用后,显现状态Q0Q1Q2=110,利用Q1Q2=11反馈到MR1和MR2的方式使电路置“0”,据功能表(表2)可知,MS1、MS2端中必需最少有一端接地。
表274LS90计数器功能表
图74LS90D计数器引脚图
3.2.374HC374芯片
74HC374芯片是八上升沿D触发器(3S,时钟输入有回环特性),74HC374芯片的输出端O0~O7可直接与总线相连。
当三态许诺操纵端OE为低电平常,O0~O7为正常逻辑状态,可用来驱动负载或总线。
当OE为高电平常,O0~O7呈高阻态,即不驱动总线,也不为总线的负载,但锁存器内部的逻辑操作不受阻碍。
那时钟端CP脉冲上升沿的作用下,O随数据D而变。
D0~D7数据输入端OE三态许诺操纵端(低电平有效)CP时钟输入端O0~O7输出端。
表374HC374芯片真值表
输入
输出
输出控制
使能
数据
Oc
G
D
Q
L
H
H
H
L
H
L
L
L
L
X
Q0
H
X
X
Z
表474HC374芯片功能表
图74HC374计数器引脚图
3.2.474HC85芯片
74HC85芯片可进行二进制码和BCD码的比较,对两个4位字的比较结果由三个输出端O(AB)输出,假设将几个74HC85芯片级联可比较较长的字,现在低级位的O(AB)连接到高位级相应的输入AB,并使低位级的A=B为高电平。
引出端符号:
A0-A3为字A输入端,B0-B3为字B输入端,AB为级联输入端,O(AB)为A>B输出端。
表574HC85(4位数值比较器)功能表
输入
输出
A3B3
A2B2
A1B1
A0B0
IA>B
IA
IA=B
O(A>B)
O(A
O(A=B)
A3>B3
X
X
X
X
X
X
H
L
L
A3 X X X X X X L H L A3=B3 A2>B2 X X X X X H L L A3=B3 A2 X X X X X L H L A3=B3 A2=B2 A1>B1 X X X X H L L A3=B3 A2=B2 A1 X X X X L H L A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0>B0 X X X H L L A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0 X X X L H L A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0 H L L H L L A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0 L H L L H L A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0 X X H L L H A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0 H H L L L L A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0 L L L H H L 图74HC85(4位数值比较器)引脚图 3.3电路设计 图密码计数电路、系统复位组合电路 密码计数电路及系统复位组合电路如上图所示,该组合电路由1片74LS90D芯片、1个逻辑异或门、2个逻辑非门、3个逻辑与门、直流5V电源、1个单刀双掷开关、1K电阻等组成。 该组合电路通过逻辑器件组合能够实现操纵数字密码锁输入电源,指示灯显示等功能。 功能实现原理: 按上图所示接好电路。 当开关J15闭合接逻辑与门U28A后电路开始工作,(注: 14引脚接复位开关“9”,U31A输出端接系统工作电源),当复位开关“9”闭合一次,那么74LS90D芯片计数一次,输出端引脚八、9经逻辑与门和开关J15反馈回芯片引脚二、3。 当复位开关“9”闭合4次时,经逻辑与门U26A、U29A,和逻辑非门U27A、U30A、使系统锁闭灯(黄灯)亮,并通过逻辑异或门U31A使电源输出断开,即异或门U31A输出端现在输出低电平,系统被锁闭。 系统解锁那么需要通过开关J15接高电平。 附: 逻辑门“与门”、“非门”、“异或门”、图示及真值表如下: 图逻辑与门图逻辑非门图逻辑异或门 表6逻辑与门真值表 输入 输出 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 表7逻辑非门真值表 输入 输出 0 1 1 0 表8逻辑异或门真值表 输入 输出 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 图由1片74HC374芯片和2片74HC85芯片组成的锁存电路、比较电路 锁存电路由1片74HC374N芯片及输入电路组成,比较电路由74HC374芯片的输出及2片74HC85芯片组成,2片74HC85AD芯片之间串联,比较后输出后,通过指示灯显示。 74HC374芯片输入引脚3、4、7、八、13、14、17、18别离接密码锁输入数字(0--8),引脚1接开关J9,(当J9接低电平常,74HC374芯片开始工作,接高电平那么锁存初态Qn),74HC374芯片为低电平触发有效芯片,因此引脚11接瞬时接通断开开关J10,当需要74HC374芯片工作时,闭合开关J10一次。 74HC374芯片的输出按图示接74HC85的相应引脚,通过两个74HC85芯片的级联,比较后输出,再经逻辑或门输出后显示. 图2片74HC85芯片组成的比较电路 比较电路由两片74HC85芯片,1个逻辑或门,2个指示灯(数字密码锁锁闭指示灯(红灯),数字密码锁开锁指示灯(绿灯)),1个单刀单掷开关,1个直流5V电源,1个1K电阻组成。 74HC85芯片(U2)的输入引脚1五、13、1二、10接74HC374芯片输出引脚二、五、六、9。 74HC85芯片(U3)的输入引脚1五、13、1二、10接74HC374芯片输出引脚1二、1五、1六、19。 两74HC85芯片级联,74HC85(U2)的输入引脚4、3、2别离接74HC85芯片(U3)的输出引脚五、六、7.,且74HC85芯片(U3)的输入引脚必需通过开关J13接高电平。 最后,通过逻辑与门、指示灯显示比较结果。 图数码管显示及指示灯电路,输入、改密、复位电路 输入、改密、复位电路、数码管显示及指示灯电路由2个逻辑非门,9个逻辑异或门,10个单刀双掷开关、1个瞬时接通断开开关、1个状态指示灯、2个5V直流电源,11个1K电阻组成。 开关J15—J22代表密码数字(0—8),它们的闭合和断开代表密码的正确或错误,通过它们的闭合、断开达到开锁或锁闭数字锁及改密码的功能,显示电路那么由逻辑异或门操纵显示,开关J23操纵电路,使数字密码锁维持锁闭或打开状态,开关J24那么达到辅助复位的功能,J14开关为确认开关,操纵74HC374芯片的工作的时钟脉冲输入及状态指示灯(蓝灯)的闪烁。 图8位数字密码锁总电路图 4、电路功能实现原理要求: 系统初始状态调试 系统电源接通后,第一个数码管显示“A”,如图所示,(假设数码管显示“A”,且系统锁闭灯(黄灯)亮,则按两次系统复位键“A”,锁即可打开;)其余数码管均无显示,按下系统复位键“A”键后(即开关J11电阻R12、开关J12接电阻R11、开关J13A断开),那么现在数码管依次显示“AEDCBA987”;如下图。 再次按下系统复位键“A”(现在开关J11接地、开关J12接逻辑与门U17A输出端、开关J13A闭合),现在数码管依次显示“A00000000”;如下图。 两次按系统复位键“A”时,系统状态灯(蓝灯)常亮,数字密码锁锁闭指示灯(红灯)常亮,说明现在数字密码锁处于锁闭状态,系统已进入工作状态。 图 图 图图系统初始状态调试仿真图 4.2输入原始密码打开数字密码锁 在9个数码管依次显示“A00000000”后,输入原始密码(“”),按下确认键“0”键(即电路中开关J10刹时闭合后断开),状态指示灯(蓝灯)闪烁一次,锁闭指示灯(红灯)状态不变,数码管依次显示“A”;如下图。 再次输入原始密码“”,按下确认键后,状态灯(蓝灯)闪烁一次,数码管依次显示“A00000000”,开锁指示灯(绿灯)常亮,锁闭指示灯(红灯)熄灭,数字密码锁被打开。 如下图。 图 图图输入原始密码打开数字密码锁仿真图 4.3维持开锁状态 开锁后,数码管依次显示“A00000000”,开锁指示灯(绿灯)常亮,锁闭指示灯(红灯)熄灭。 当按下复位键“9”(电路中为开关“J9”闭合)后,数码管依次显示“000000000”(九个“0”),开锁指示灯(绿灯)、状态灯指示灯(蓝灯)两灯均维持常亮不变。 如下图。 此刻芯片“74LS90D”计数“1”,假设现在输入任意密码(位数不限,数字必需为“1—8”)后,按下确认键“0”键,状态灯指示灯(蓝灯)闪烁一次,现在数码管将显示按下的数字,开锁指示灯(绿灯)仍然常亮,表示锁仍然处于开锁状态。 例如: 按下数字“1358”,状态灯指示灯(蓝灯)闪烁一次,开锁指示灯(绿灯)仍然常亮,数码管依次显示“0”。 如下图。 图 图图维持开锁状态仿真图 4.4开锁状态解除 方式: 按下复位键“9”(电路中为开关J9闭合),并按下数码管上显示的非0数字后,数码管依次显示“A00000000”,开锁指示灯(绿灯)熄灭,锁闭指示灯(红灯)常亮,表示现在数字锁处于锁闭状态,如下图按下确认键“0”键后,数码管显示不变(仍是“A00000000”),开锁指示灯(绿灯)常亮,锁闭指示灯(红灯)熄灭,表示现在数字锁处于开锁状态。 图但注意: 现在芯片“74LS90D”再次计数一个“1”(即每次按下复位键“9”后,计数器计数一次)。 图 图图开锁状态解除仿真图 4.5数字密码锁的密码更改 在开锁状态下,数码管依次显示“A00000000”),开锁指示灯(绿灯)常亮,锁闭指示灯(红灯)熄灭,状态指示灯(蓝灯)常亮,如下图。 现在,输入你想要改的密码(如: 1357),注意: 密码的组合方式不止以上一种,只若是数字1,3,5,7的组合都能够。 (例如: 5731,1357,5137均为能够),输入密码后,锁指示灯(绿灯)常亮,锁闭指示灯(红灯)熄灭,状态指示灯(蓝灯)常亮,如下图,按下确认键“0”后,锁指示灯(绿灯)熄灭,锁闭指示灯(红灯)常亮,状态指示灯(蓝灯)常亮,表示密码已经更改成功,如下图。 在闭锁状态下,改密方式一样,只是先按下上一次的密码,使数码管依次显示“A00000000”)后,即可更改密码。 图 图图数字密码锁的密码更改 4.6开锁及闭锁状态下,系统锁闭的条件及解除方式 当计数器计数四次时: 状态灯指示灯(蓝灯)常亮、开锁指示灯(绿灯)常亮【开锁状态下】或锁闭指示灯(红灯)常亮【闭锁状态下】、系统锁闭灯(黄灯)常亮、数码管依次显示“A00000000”,说明系统被锁定,现在输入任何数字“0—8”均无效。 别离如图及图所示 假设按下系统复位键“A”并按下确认键“0”后,数码管显示无序数字或字母【假设系统被锁定后未按任何数字0—8,那么数码管依次显示“AEDCBA987”,如图(a)所示。 且锁闭指示灯(红灯)熄灭(开锁状态下);闭锁状态下,数码管依次显示“AFFFFFFFF”且锁闭指示灯(红灯)常亮,如图(a)】,状态灯指示灯(蓝灯)常亮,锁闭指示灯(红灯)闪烁一下(闭锁状态下不闪烁)。 【假设系统被锁定后按下了数字0—8其中或全数(例如按下一、3、4、5),那么数码管依次显示“AEFCBAFFF”,锁闭指示灯(红灯)常亮,状态灯指示灯(蓝灯)常亮,如图(b)所示,】系统锁闭灯(黄灯)熄灭,说明数字锁处于闭锁且复位初状态。 假设再次按下系统复位键“A”,并按下相应数字键(即保证数码管依次显示“A00000000”),再按确认键“0”键后,开锁指示灯(绿灯)常亮,状态灯指示灯(蓝灯)常亮,表示系统电路恢复正常,如下图。 现在,系统回归原始状态,密码为原始密码“”。 注意: 由于仿真时电路处于运行状态,不仿真时电路处于断电状态,且各芯片保留了逻辑状态,因此运用Multisim设计软件仿真终止后,请保证现在开关J11接地、开关J12接逻辑与门U17A输出端、开关J13A闭合,开关J1-J9全数闭合,并保证数字密码锁处于开锁状态(未显现开锁状态时,能够通过按系统复位键“A”使其处于开锁状态。 )如下图。 图 图 图(a) 图(b) 图(a) 图图开锁、闭锁状态系下,系统锁闭的条件及解除方式 数码管显示仿真图 图 5、要紧仪器与设备 数字电路实验箱或Multisim设计软件 集成电路74HC374—1片,74HC85—2片,74LS90D—1片,逻辑非门4个,逻辑与门3个,逻辑或门2个,逻辑异或门10个, 显示器件蓝灯1只红灯1只绿灯1只黄灯1只 电阻1KΩ—12只,单刀双掷开关11个,单刀单掷开关1个,瞬时接通断开开关1个 其它5V直流电源3个,导线假设干 6、设计体会与建议 设计体会 以上为我所设计的8位电子密码锁电路及仿真演示,尽管通过我多次的修改和整理,但由于水平有限,该电路中可能还存在需要改良的地址。 通过这次对8位数字密码锁的设计与电路的仿真实践,让我学到了关于设计简单有效电路的程序,也让我学到了关于密码器的大体原理与设计理念。 通过这次电子密码锁电路设计,让我对部份电路有了可能的了解,也让我对这门课程产生了浓厚的爱好。 这次课程设计后,我感觉收成专门大。 因为我不仅明白了,实际动手能力关于把握好电子技术基础这门课程的重要性,也加深了自己对讲义知识的明白得和把握。 同时,这次课程设计我还增加了许多讲义之外的知识,熟悉了Multisim仿真软件的相关操作,真正达到了学以致用的目的。 最后,我衷心感谢教师的指导和同窗的帮忙和支持,谢谢! 对设计的建议 我希望教师在咱们动手设计之前,教师能多提供咱们一些关于所设计电路的参考资料和原理,和如何检测电路的方式,并提供更多的答疑时刻。 参考文献 [1]康华光.电子技术基础.北京: 高等教育出版社,2006年 [2]金唯香谢玉梅等编.电子测试技术.长沙: 湖南大学出版社,2020年 [3]张庆双等全新有效电路集萃编辑.北京: 机械工业出版社,2006年 [4]赵春华张学军Multisim9电子技术基础仿真实验.北京: 机械工业出版社2020年 [5]王彩君/杨睿数字电路实验国防工业出版社2006年7月 [6]王建新/姜萍电子线路实践教程科学出版社2003年9月 [7]顾德仁/万栋义脉冲与数字电路高等教育出版社1985年7月 [8]刘建成电子线路实验教程北京气象出版社2004年1月 [9]韩克电子技术与EDA技术广州暨南大学出版社2004年4月 [10]李银华电子线路设计指导北京航空航天大学出版社2005年
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