电子密码锁课程设计报告

1电子密码锁设计任务书1、设计目的（1）掌握电子密码锁工作原理。（2）熟悉数字集成电路的设计和使用方法。（3）熟悉Protel/multisim软件的使用。2、设计任务（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8位代码，当输入的代码和控制电路的代码一致时锁打开。（3）用红灯亮、绿灯灭表示关锁，绿灯亮、红灯灭表示开锁。（4）当开锁输入码与密码不一致时发出报警信号。连续3次输入错误则进入自锁状态。（5）其他功能可以自行扩展。3、设计要求（1）合理的设计硬件电路，说明工作原理及设计过程，画出相关的电路原理图；（2）选择常用的电器元件（说明电器元件选择的过程和依据）；（3）进行数字电路仿真；（4）按照规范要求，按时提交课程设计报告（打印或手写），并完成相应答辩。4、参考资料（1）毕满清主编.电子技术实验与课程设计.北京：机械工业出版社，2005（2）胡奕涛主编.电子技术实践教程.北京：北京邮电大学出版社，2007（3）苏文平，等编著.电子技术实践与制作教程.北京：国防工业出版社，2007（4）康华光主编.电子技术基础:模拟部分.北京:高等教育出版社,19882电子密码锁设计报告目录一．设计任务和要求................................................................................3二．设计的方案的选择与论证.............................................................32.1电路设计的多种方案..................................................................................32.2方案论证........................................................................................................42.3方案选择........................................................................................................4三．电路设计计算与分析.......................................................................53.1开关编码电路...............................................................................................53.2密码存储及显示电路..................................................................................73.3密码验证电路.............................................................................................103.4开关锁报警电路.........................................................................................103.5密码锁定电路.............................................................................................12四．总结及心得.......................................................................................13五．附录.....................................................................................................165.1电路原理图..................................................................................................165.2元器件明细表.............................................................................................17六．参考文献............................................................................................183一．设计任务和要求用电子器件设计制作一个数字密码锁，红灯亮、绿灯灭表示关锁，绿灯亮、红灯灭表示开锁。具体要求如下：（1）在锁的控制电路中设一个可以修改的8位数字密码；（2）设置密码时指示灯不亮，也不会发出报警信号；设置完密码后密码锁处于关锁状态（即红灯亮，绿灯灭），此后输入正确密码时密码锁开锁且不报警，输入错误时密码锁保持关锁状态并报警；（3）连续3次输入错误时，密码锁立刻自动锁定30秒钟，即在30秒内输不进去密码，因此也开不了锁；30秒之后密码锁自动退出锁定状态，此时可以正常输入密码；（4）输入密码的过程中不会报警，只有在输入完成后，密码锁才会判断密码是否正确以及执行开/关锁和是否报警的操作。二．设计的方案的选择与论证2.1电路设计的多种方案设计制作数字电子密码锁，可以使用各种集成（译码器，555定时器，触发器），也可以采用单片机（如89C51）。方案一：选用单片机作为核心元件，利用其灵活的编程设计和丰富的I/O端口，以及控制的准确性，实现丰富的密码锁功能。在单片机的外围电路外接输入键盘用于密码的输入和一些功能的控制，外接芯片用于密码的存储，外接LCD显示器用于显示作用。当用户需要开锁时，先按键盘开锁键之后按键盘的数字键0－9输入密码。密码输完后按下确认键，如果密码输入正确则开锁，不正确显示密码错误重新输入密码，当三次密码错误则发出报警信号。除上述基本的密码锁功能外，还可以添加遥控功能。方案二:选用各种集成芯片作为本设计的核心元件。用逻辑开关及编4码器组成密码输入部分；D触发器存储输入的密码和控制电路里设置好的密码；接成8进制计数器来对输入密码时密码的个数计数；接成3进制计数器，对重置密码的次数计数，在第3次重置密码时产生高电位的进位信号，触发555定时器构成的单稳态触发器，触发器产生30秒的触发信号控制密码锁输入部分一直置零，这时就输不进去密码了（即从第四次开始输不进去密码），从而实现了连续3次输入密码错误就锁定的功能。2.2方案论证采用单片机来设计，其优点是硬件电路简单，功能很多，拓展方便，编程设计灵活多样以及I/O端口丰富，控制准确。但是单片机要求知识广泛，需要对硬件有较好的认识，也要有一定的编程能力。再者，用单片机设计时需要用到的外围设备多，密码锁制作费用比较大。用各种集成芯片及门电路来设计，优点是电路理解轻松，设计比较顺畅，用已有的知识就可以设计。但是电路连线比较繁杂，需要一些逻辑器件，智能化大大降低，很容易出现故障，并且能拓展的功能也比较少。2.3方案选择论证完方案后反观自身，知识面不够广，电路设计经验不太多，专业基础也不是很扎实，这样的话采用单片机来设计电路可行性不是很高，短时间内有很大难度。所以，为了进一步巩固理论基础、熟练掌握和运用数字电子技术的基本知识以及丰富电路设计制作的经验，在此次课程设计中，通过两种方案的比较，结合自身实际情况，在满足设计要求的基础上，我采用方案二来设计制作电子密码锁，并适当扩展了其功能。其系统框图如下：5图1电子密码锁设计电路系统框图三．电路设计计算与分析设计过程中共用到5个单元电路，分别为开关编码电路、密码存储/显示电路、密码验证电路、开关锁报警电路和密码锁定电路。下面将一一叙述其实现原理。3.1开关编码电路此电路由逻辑开关、二---十进制优先编码器74HC147和一个四输入的与非门组成。9个开关分别用键盘上的数字1-9控制，其上两个端口分别接高、低电位，用来控制编码器输入端的电位。数字按键密码验证输入密码设置密码锁定计数开锁关锁报警6图2开关编码电路图不按数字键时，开关上面的两个端连接导通，编码器上相应的输入端为高电位。所以初始状态下编码器9个输入端均为高电位，4个输出端也均为高电位，经过四输入的与非门后变成脉冲输出端的低电位。当按下某一个数字键时，相应的开关下面两个端连接导通，编码器输出4个相应的的高低电位（而且至少有一个低电位），经过与非门之后形成脉冲输出端的高电位。当松开数字键时编码器的输入端和输出端又都变成高电位，经过与非门之后脉冲输出端又恢复成低电位。所以每次输入一个数字时（按相应的数字键，按下又松开），该电路脉冲输出端还产生一个脉冲，将此脉冲发送给密码存储单元，可触发其状态发生改变，进行密码存储。7表1二---十进制优先编码器74HC147特性表输入输出I1I2I3I4I5I6I7I8I9Y3Y2Y1Y01111111111111××××××××00110×××××××010111××××××0111000×××××01111001××××011111010×××0111111011××01111111100×01111111110101111111111103.2密码存储/显示电路由于需要存储由8个数字组成的一串密码，所以此电路由8个D触发器和8个七段数码管构成，每个触发器负责存储和输出一个数字，每个数码管负责显示一个数字。数码管显示的数字由对应的D触发器输出。电路图如下：图3密码存储及显示电路图图中的触发器都是74HC175，其功能特性和普通的单输入触发器类似，唯一的不同就是74HC175有4个D输入端和4个Q输出端。所以理论上每个触发器都可以存储十进制数0—15之内的任何一个数。8个触发器的脉冲输入端互相连在一起，置零端（低位有效）也互相连在一起，8脉冲输入端和置零端分别受统一的脉冲信号和置零触发信号控制。8个触发器依次级联，前一个触发器的输出端接后一个触发器的输入端，构成一个四位串行输入的移位寄存器。表2单输入D触发器特性表CLRCLKDQQ*0×××010×0010×11110×0111×1在置零端无效以及脉冲信号连续的情况下，输入的第一个数字马上由第一个触发器输出，由第一个数码管显示出来，并存储在第二个触发器中；输入的第二个数字还是由第一个触发器输出，由第一个数码管显示出来，并存储在第二个触发器中；之前存储在第二个触发器中的数字此时已经输出，由第二个数码管显示出来，并存储在第三个触发器中。输入过程中第一个数码管总是显示最后输入的数字，第二个数码管显示输入的前一个数字。以此类推，输入完8个数字后，数码管依次显示每个数字，从左往右看时，最后一个数码管显示输入的第一个数字，第一个数码管显示输入的最后一个数字。这样在效果上就形成了一个串行输入的移位寄存器。当需要重置密码时，让触发器的置零端有效即可（即使置零端为低电位），此时触发器的输出端Q端均为0。在密码锁电路设计过程中两次用到此单元电路，分别用来存储设置的密码和输入的密码。下图就是由开关编码电路和密码存储/显示电路连接而成的密码输入及设置电路，并显示有仿真结果。9图4密码输入及设置电路图中上边的电路用来存储和显示输入的密码，下边的电路负责存储和显示设置的密码，而左边部分是开关编码电路。另外此图中由空格键控制的开关负责使输入密码存储电路置零，因为按下空格键时，此开关下方导通，接低电位到密码存储电路中D触发器的置零端（低电位有效），则D触发器都置