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：

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。

关键词：

数字密码锁，保密性，安全性

Abstract：

With theimprovementofpeople'slivingstandard, howtorealizethefamilyanti-theft thisproblemhasbecomeparticularlyprominent, thetraditionalmechanical lockbecauseofitssimplestructure, prizing events itisoftenseen., electroniclockbecauseofits confidentiality high, flexibility good, highsafetycoefficient,themajorityofusersofintimacy. Digitallockis modernlocks, it isconvenientto safetyand theuseofhigher. Thebasicskills ofitcan be only inthecorrectorder toenterthecorrectpassword toenterthe unlockingsignal, torealizetheunlocking. Thispaperdescribes the practice inthe wholedesignprocess andharvest.Describesthe workingprincipleof digital passwordlock and itsvariouscomponents, describesthe throughoutthedesign processof thevariouspartsofthedesignideas, eachpartofthe circuitdesign, components selection screening, and debugging, thedebuggingof theresultsoftheanalysis, to finallygetthesatisfactoryexperimentalresult aspects.

Keywords：

Digital passwordlock, confidentiality, security

目录

1．前言

数字密码锁是二十一世纪制锁业的一次革命。

密码锁的特点是不用钥匙、无锁孔、机械传动、不易损坏、不磨损、不易被破译、可多次更换密码、换号不换锁、一把锁多个密码，具有防拨、防砸、防撬、防堵等功能。

安装门锁时不破坏原门的结构，避免用钥匙开启旋芯式锁具的一切烦恼（如丢、落、拆、堵门被反锁等）。

“数字密码锁”是利用数字密码来开启的锁具，其重复概率仅为十万分之一，有着很高的安全性；而旋芯式锁具使用不够安全。

通过对社会各阶层千余人的调查，百分之百的人对目前身上挂着的串串钥匙无可奈何。

但现在又没有一种锁具可摆脱钥匙的束缚。

都愿意一身轻松没有任何顾虑的出入家门，都愿意用上一种既安全方便又不用钥匙的锁具。

因此，密码锁的市场发展前景极为广阔。

2．总体方案设计

2.1方案设计

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，有明显不足。

方案二:

用jk触发器和双联开关组成，要顺序输入密码，但其密码修改电路机械化，且开关过多，连线较多，使用比较麻烦。

方案三：

用TTL与COMS芯片设计，由下而上设计总个系统，首先确定系统的逻辑功能，将系统分为控制器和逻辑器，再用ASM确定控制器算法。

此方案系统集成度较高且稳定，但控制器实现算法较难设计，且接线繁乱（需用总线），鉴于设计可实现问题。

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。

2.2方案选择

我选择方案一

密码输入，密码比较，密码比较，开锁，二极管显示。

这些都能很好的实现密码锁所需要的功能，通过对这些功能的比较，并且在Proteus上面仿真的运行，最后我选择了第一个方案。

2.3方案论证

2.3.1方案一

方案一原理框图如图2-1所示。

图2-1方案一的原理框图

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

2.32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。

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，并由杨声器发出报警信号。

2.33信号输入存储和计数驱动单元设计

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。

3．单元模块设计

3.1各单元模块功能介绍及电路设计

本系统主要分为X个单元模块，它们分别是：

X模块、Y模块、……、和Z模块。

各单元模块功能及相关电路的具体说明如下。

3.1.1信号输入存储和计数驱动单元设计

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

3.1.1元件清单及主要参数

3.1.2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

3.1.2元件清单及主要参数

3.1.3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

3.1.3元件清单及主要参数

3.1.4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

3.1.4元件清单及主要参数

3.1.5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

3.1.5元件清单及主要参数

（下面就相关电路中的参数计算以及元器件的选择进行说明。

）

3.2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

图3.2.1

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

图3.2.2

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

图3.2.3

1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

图3.2.4

图3.2.5

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

4.系统调试（没有进行安装调试的这部分写电路中参数的选择与计算）

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。

5.性能测试与分析（写仿真调试与分析）

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。

6.结论

在这次的课程设计过程中，成功的完成了密码锁的设计。

在设计的过程中，大量的应用到了课本上所学到的知识，也尝试了许多以前没有接触到的芯片。

我所设计出来的密码器功能比较简单，使用起来也比较的方便。

同时利用LED灯的显示来作为成功开锁与否的标志是非常方便且贴近实际的。

7．总结与体会

 以上为我们所设计的数子密码锁电路，它经过多次修改和整理，以是一个比较不错的设计，可以满足人们的基本要求，但因为水平有限，此电路中也存在一定的问题，这需要一段时间的进一步改进，如果有好的意见，希望老师给以支持。

通过学习，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，同时实习也段练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。

能对Proteus等仿真软件操作，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通过学习使自己对课本上的知识能够应用于实际，使得理论与实际相结合，加深了对课本上知识的理解，并能够利用到图书馆查阅资料，增加了许多课本以外的知识，且实习也锻炼了我个人的动手能力，通过书写电子密码锁论文同时也锻炼了我的文字表达能力。

8.谢辞（致谢）

在卜老师的指导下，我终于得以顺利成功的完成此次课程设计的任务。

首先，我要对卜老师表示深深的谢意，从设计开始卜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卜老师静心强调的。

有了卜老师的指导，我们开始了我们的课程设计，过程中卜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，卜老师的帮助时必不可少的，他用他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。

正因为有了卜老师的知道，我们才能顺利的完成这次课程设计，所以，我对卜老师表示深深的谢意，感谢他陪伴我们的这两周，让我们在这短短的两周中，学到了许许多多的知识。

我还要感谢我们同组同学，在最开始大家都不知道要怎么做的时候，大家齐心协力的去做这一次的课程设计，才使得我们能够在这么短的时间之内做出了我们自己的设计。

同时，也要感谢班上的同学，在我们不会用软件的时候，他们能够放下手上正在做的事情来帮助我们。

9．参考文献

[1]《电子技术基础》（数字部分），华中科技大学电子技术课程组编；主编：

康华光，副主编：

邹寿彬秦臻高等教育出版社。

[2]《电子技术课程设计实用教程》（第三版）主编:

陈明义，副主编：

宋雪瑞罗桂娥中南大学出版社。

[3]《数字信号处理及应用》（第二版）主编：

王华奎高等教育出版社

[4]《微机原理与接口技术》主编：

谢维成牛勇主审：

杨景常华中科技大学出版社

附录：

总原理图及元器件清单

元件清单

元件序号

型号

主要参数

数量

备注

U1、U9

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

U7

74LS153D

5V

用于数码逐个多路选择比较

U8A

74136N

1

异或门

U10

74LS32D

5V

1

构成5输入或门

U12

LM555CM

5V

1

单稳态触发器电路，做检测信号使用

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

U11A、U16A、U17A、U18A

7404N

4

非门

V1

f1=200Hz

1

脉冲信号发生器

V2

f=50Hz

1

脉冲信号发生器

ALAM

小黄灯

2.5V

1

调试显示

OPEN

小绿灯

2.5V

1

调试显示

ERROR

小红灯

2.5V

1

调试显示

X1-X18

小红灯

2.5V

18

调试显示

R1

R1=10kΩ，

R2=100kΩ

2

构成单稳态触发器电路

C1-C4

C1=C4=1μF

C2=C3=1nF

4

构成单稳态触发器电路