电子密码锁课程设计.docx

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电子密码锁课程设计

一．设计任务和要求

（1）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的尤其的突出，传统的机械锁由于其构造的简单，被撬的事件屡见不鲜，所以迫切地需要设计出一种保密性高，使用灵活性好，安全系数高的锁。

最终我们决定设计出电子密码锁以解决上述的问题。

（2）设计制作一种电子密码锁，要求能实现以下的功能：

1用电子器件设计制作一个密码锁，使之在输入正确的代码时开锁。

2在锁的控制电路中设一个可以修改的4位代码，当输入的代码和控制电路的代码一致是锁打开。

3用红灯亮、绿灯灭表示关锁，绿灯亮、红灯灭表示开锁。

4如5s内未将锁打开，则电路自动复位进入自锁状态，并发报警信号。

二.设计的方案选择与论证

2.1方案选择

2.1.1方案一：

利用开关、ENC_10T04（74LS147）、74LS192、74LS21D、74LS74N、555定时器、DCD_HEX等组合而成。

密码输入部分共设有（K1—K9）9个用户输入键，用户可以通过开关输入密码，再由一个十线四线制优先编码器进行编码，输出四位二进制数作为输入密码信号。

密码修改电路由双刀双掷开关A、S、D、F组成,它是利用开关切换的原理实现密码的修改。

例如要设定密码为1001，可以拨动开关A向上拨，S向下拨，D向下拨，F向上拨，即可实现密码的修改，由于输入的密码要经过A、S、D、F的选择，也就实现了密码的校验。

本电路有16组的密码可供修改。

密码验证部分采取用四个同或门和一个四输入的与门组成，当输入的密码与内置的密码一致时输出高电平输入开锁电路实现开锁。

否则输出低电平从而不能实现开锁。

开锁电路部分当输入高电平三极管VT1、VT2导通，发光二极管发光，绿灯亮红灯灭则开锁，否则绿灯灭红灯亮关锁。

报警部分由555定时器、D触发器以及比较器组成，由555定时器组成多稳态触发器，输出稳定的矩形波作为D触发器的触发脉冲。

当处于开锁状态时，显示屏显示为F。

当处于关锁状态时，作为计时器当显示5时发出报警信号。

2.1.2方案二：

利用74LS373、74LS30、74LS86等组合而成。

共设有八个用户输入键，74LS373为密码储存器件。

先将74LS373的C和OC端置低电平，使其处于送数状态。

当输入密码后将OC置高电平，则锁存器将密码信号锁存，然后按键复位。

当下次开锁时只有在规定时间内输入密码才会发出开锁信号。

否则不能开锁。

2.1.3方案三：

采用74LS116、74LS135、74LS25、74LS194、74LS147、555时基电路等组成。

其功能有：

输入0-9任意四位数字作为开锁密码，在下次开锁时必须输入设定密码，输入密码确认后开锁电路工作。

先由74LS147编码器将输入信号编码，再由锁存电路将输入信号锁存。

由74LS194组成的移位电路控制锁存器工作，再由74LS135、74LS25组成密码检验电路。

当密码验证成功则输出开锁信号。

2.2方案选择论证

三套方案各有各的优点和不足，但选择方案时应遵循以下原则：

1.设计的密码锁操作简单易行。

2.设计电路简单，思路清晰。

3.设计时所需的器件易于寻找。

所以综合上述原因最终我选用了第一套方案。

2.3系统框图

电子密码锁主要原理：

应用电子元件组成电路实现对输入信号检验功能，如符合要求则输出开锁信号，否则在一定时间之内未开锁输出报警信号。

本电路涉及单元电路有密码输入电路、密码设置电路、密码验证电路、开锁电路、报警电路等。

其方框图如图3.3所示：

图2.3.1系统框图

三．电路设计计算与分析仿真

3.1密码编码电路

3.1.1编码电路设计

由于密码由十进制数字组成，为了方便存储所以我采用74LS147（10线--4线优先编码器）进行密码编码储存，电路如图3.1.1所示。

图3.1.1　编码电路电路图

由于74LS147为低电平有效，所以开关在开始时是置于高电平的，状态转换采用单刀双掷开关，A、B、C、D为输出端。

4.1.2元器件功能介绍

本电路使用了一个74LS147芯片（10线-4线优先编码器），1K电阻和开关各九个。

1K电阻起分压保护作用，开关起信号选择作用。

本电路每次输入信号经74LS147编码把输入端的10个输入信号编译为4个编码信号用于储存。

当如图第一个单刀双掷开关打到下方，而其他的开关都打在上方的时候，由于该编码器是低电平有效，则此时输入端1为低电平为有效位，其他均为无效。

再由于输出也为低电平有效，则按照理论可得输入端A为低电平，其他位为高电平。

利用逻辑分析仪进行仿真，仿真结果如下图所示：

图3.1.2　编码电路仿真结果图

图中的46，1，2，3分别接入的是编码器输出端A,B,C,D。

由图可知，理论分析和仿真结果一致。

故可知密码输入电路设置正确。

3.2密码设置电路

3.2.1密码设置电路设计

图3.2.1密码设置电路

3.2.2元器件功能介绍

密码设置电路由四个1K电阻和四个单刀双掷开关组成，当开关向上拨为高电平，当开关向下拨为低电平，从而实现内部密码的修改，可实现16组密码的修改。

其中，电阻起到分压的作用。

3.3密码验证电路

3.3.1密码验证电路设计与仿真

图3.3.1密码验证电路

3.3.2元器件功能介绍

此部分是实现熟知的比较功能，当输入密码与内置密码不同时，输出“0”为低电平。

当输入密码正确时，输出“1”为高电平。

此功能可由芯片74LS85（四位比较器）替换，但由于设计未找到此芯片，所以采用上述方法实现同一功能。

3.3.3仿真电路图及分析

为了检验密码验证电路的正确性，特意将前面介绍过的密码输入和密码设置以及密码验证电路三个电路组成模块，进行仿真。

仿真图如下所示：

图3.3.3密码验证仿真电路图

由图所知，密码设置为6，而密码输入为1，故两者不同。

因此按照理论应当输出低电平。

仿真结果图如下所示：

图3.3.4密码验证电路仿真结果图

此次理论分析与仿真结果相同，经过多次密码改变，两者均为相同。

所以易得密码验证电路为正确的。

3.4开锁电路

3.4.1开锁电路设计

图3.4.1开锁电路

3.4.2元器件功能介绍

开锁电路部分当输入高电平三极管VT1（NPN）、VT2（PNP）

导通，起作用作为驱动装置使发光二极管发光，绿灯亮红灯灭则开锁，否则绿灯灭红灯亮关锁。

图3.4.2开锁电路仿真图

当密码正确输出高电平，既就是在最左端接电源。

此时仿真后的结果如上图所示，因此该部分电路设置正确。

3.5报警电路

3.5.1报警电路设计

为了防止非法开锁，本电路设计了报警电路。

其功能是：

从输入第一个密码开始计时，在规定的时间内，如果没有输入正确的密码，红灯亮发出报警信号。

若在规定时间内，密码验证电路输出开锁信号，密码电路不再报警。

当电路电源开关闭合时报警电路开始工作。

本电路采用标准555时基电路，组成多稳态触发器，输出稳定矩形脉冲，其周期为1s。

当输入正确密码，开锁电路输入高电平，并反馈给74LS192的清零端使显示为零，不发出报警信号。

当输入错误密码，开锁电路输入低电平，则74LS192输入的矩形脉冲使其计数，当显示器显示“5”时，红灯亮则发出报警信号。

555定时器组成的多稳态触发器其周期T=0.7（R1+2R2）C1约为1s。

电路中的电阻阻值为：

R1=6K，R2=72K，电容大小：

定时电容为95nF、滤波电容为0.01μF。

此部分有两种设计方案。

电路图如图3.5.1a和3.5.1b所示。

图3.5.1a报警电路

图3.5.1b报警电路

方案一、二都是实现同一功能，方案一是用四个D触发器实现四位二进制异步加法计数器。

方案二是用置零法将芯片74LS192接成六进制计数器（异步置零法）。

综合分析两套方案都可取，但出于考虑电路图简单则最终选择方案二。

4.5.2元器件功能介绍

本电路使用了1个555时基电路、1个74LS192芯片。

由555定时器组成多稳态触发器产生矩形波其周期为1s。

如果在5s内有开锁信号输入，则由或门和非门处理后，在芯片74LS192的CLR输入实现清零功能，则电路不发出报警信号。

若没有开锁信号输入，则由计时器计时5s时产生报警信号。

用74LS192设计成一个六进制的计数器，其是用异步置零法实现。

其实现六进制的状态转换图如图4.5.2所示。

图3.5.2六进制的状态转换图

四．整体电路及工作原理

4.1整体原理图

4.1整体原理图如图4.1所示：

图4.1整体原理图

4.2工作原理

本电路由开关、ENC_10T04（74LS147）、74LS192、74LS21D、74LS74N、555定时器、DCD_HEX等组合成密码输入电路、内置密码电路、密码验证电路、开锁电路、报警电路等。

各部分电路实现的功能如下：

密码输入部分共设有（K1—K9）9个用户输入键，用户可以通过开关输入密码，再由一个十线四线制优先编码器进行编码，输出四位二进制数作为输入密码信号。

密码修改电路由双刀双掷开关A、S、D、F组成,它是利用开关切换的原理实现密码的修改。

例如要设定密码为1001，可以拨动开关A向上拨，S向下拨，D向下拨，F向上拨，即可实现密码的修改，由于输入的密码要经过A、S、D、F的选择，也就实现了密码的校验。

本电路有16组的密码可供修改。

密码验证部分采取用四个同或门和一个四输入的与门组成，当输入的密码与内置的密码一致时输出高电平输入开锁电路实现开锁。

否则输出低电平从而不能实现开锁。

开锁电路部分当输入高电平三极管VT1、VT2导通，发光二极管发光，绿灯亮红灯灭则开锁，否则绿灯灭红灯亮关锁。

当电路电源开关闭合时报警电路开始工作。

本电路采用标准555时基电路，组成多稳态触发器，输出稳定矩形脉冲，其周期为1s。

当输入正确密码，开锁电路输入高电平，并反馈给74LS192的清零端使显示为零，不发出报警信号。

当输入错误密码，开锁电路输入低电平，则74LS192输入的矩形脉冲使其计数，当显示器显示“5”时，红灯亮则发出报警信号。

五．总结及心得

以上为我们所设计的电子密码锁电路，它经过多次修改和整

理，可以满足人们的基本要求，比如：

能进行密码的修改拥有很

多的密码修改组合，密码的验证。

但是，因为水平和时间有限，此电路中也存在一定的问题，譬如说电路的电源直流蓄电池供电，完整的设计应有电源电路进行供电，电路中的密码储存控制信号，最好由电路本身发出，本电路使用人为控制比较麻烦。

当开锁后应考虑将密码清零（恢复自锁状态）以防密码外漏。

可通过其它电路模块实现这一功能。

这需要一段时间的进一步改进，如果有好的意见，通过本次的设计课题，发现了自己的不足，做设计时没有做好完善的计划，在设计中不时凸现一些前期没有考虑到的问题打乱了自己的计划。

在设计时没有充分考虑芯片的组合时的匹配问题。

当然通过这次课程设计我也得到了很大的收获：

首先，通过学习使自己对课本上的知识可以应用于实际，使理论与实际相结合，加深自己对课本知识的更好理解，同时也段练了我个人的学习思考和解决问题的能力，能够充分利用图书馆和网络去查阅资料，增加了许多课本以外的知识。

对Multisim、word等实用软件的使用更加熟练，并且学会了很多使用的小技巧，比如：

Multisim中对元件符合的选择是美式的还是欧式的要根据实际需要进行选择，如单刀双掷开关选择美式的，既熟悉又节约空间；电阻采用欧式的话，这样就不容易和电容相混淆。

还有word中，学会了如何自动生成目录，既能保持左右对齐，又能使内容不缺不漏。

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。

此次课程设计能顺利圆满的完成，除了依靠本人的坚持不懈努力外，还得感谢那些一直在背后辛勤指导我们的商老师，由于所学知识有限，有很多问题都不能正确的解答，多亏有商老师耐心的指导和帮助，才使我的课程设计顺利的完成，感谢您为我排除了思路上的障碍，感谢您辛勤地指导,请允许我向您致意崇高的敬意，感谢您，老师！

六．附录

元件清单

序号

元件名称

编号

型号

数量

01

74LS147

U5

1只

02

74LS192

U4

1只

03

555

U2

2只

04

PNP

Q1

1只

05

NPN

Q2

1只

06

电阻

R1-R4

R9-R17

R18-R21

1K

17只

7

电阻

R5

30K

1只

8

电阻

R6

240KΩ

1只

9

电容

C2

0.01uF

1只

10

电容

C1

1.0uF

1只

11

电容

C3

95nF

1只

12

LED

X1-X3

3只

13

开关

K

13只

14

显示器

DCD_HEX

1只

15

非门

U1、U9、U11、U12

4只

16

同或门

8只

17

或门

U8

1只

18

四输入与门

U10、U7

2只

芯片引脚及其功能表

引脚图

功能表

74LS147

输入

输出

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

A

B

C

D

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

0

0

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

0

1

0

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

0

0

1

555

输入

输出

TH

OUT

VT

×

×

0

0

导通

>

Vcc

>

Vcc

1

0

导通

<

Vcc

>

Vcc

1

不变

不变

<

Vcc

<

Vcc

1

1

截止

555

TH：

阈值电压CO:

控制端

DIS：

放电端TRI：

位2触发端OUT：

输出端

RES：

强制复位端

74LS192

LD:

置数端,CPL:

加计数端,CPD:

减计数端,

CO非同步进位输出端,BO—非同步借位输出端,

D0、D1、D2、D3—计数器输入端

Q0、Q1、Q2、Q3—数据输出端CR—清除端

七．参考文献

[1]彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京：

高等教育出版社1996

[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

[6]阎石.数字电子技术基础（第五版）[M].北京：

高等教育出版社，2005