南郵電子密碼鎖設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、電子密碼鎖設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告摘要： 密碼鎖又稱電子鎖，它的主要功能是：1）用數(shù)字方式輸入開鎖密碼，輸入密碼正確時開鎖；2）如果密碼有誤或者輸入時間過長，則發(fā)出報(bào)警信號。目錄：第1章 、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與技術(shù)指標(biāo)1.1系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)································&

2、#183;························ 31.2性能和電氣指標(biāo)·······················&

3、#183;······························· 31.3設(shè)計(jì)條件················

4、3;············································ 4第2章 、整體方案設(shè)計(jì)2.1密碼設(shè)定··&#

5、183;·················································&#

6、183;········ 42.2密碼判斷········································

7、;····················· 52.3密碼錄入和判斷結(jié)果顯示··························&

8、#183;···················· 52.4系統(tǒng)工作原理框面···························

9、·························· 5第3章 、單元電路設(shè)計(jì)3.1按鍵錄入和編碼電路····················

10、;······························· 63.2地址記錄和存儲電路················

11、83;·································· 83.3密碼鎖存和比較電路·············&

12、#183;····································· 83.4判決與結(jié)果顯示電路··········

13、;········································· 103.5時鐘·······

14、83;·················································

15、83;······· 103.6整機(jī)電路圖········································

16、3;·················· 123.7元件清單······························

17、······························· 13第4章 、電路測試4.1單元電路測試···············

18、83;·········································· 174.2整體指標(biāo)測試·····

19、83;·················································

20、83;·· 184.3測試結(jié)果··············································

21、;················ 18第5章 、總結(jié)5.1設(shè)計(jì)任務(wù)完成情況······························&#

22、183;······················· 195.2問題及改進(jìn)························

23、83;··································· 19 5.3心得體會············

24、3;················································· 20第

25、一章、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與技術(shù)指標(biāo)1.1系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)密碼鎖：用數(shù)字鍵方式輸入開鎖密碼，輸入密碼時開鎖；如果輸入密碼有誤或者輸入時間過長，則發(fā)出警報(bào)。密碼鎖的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖 1-1 所示，其中數(shù)字鍵盤用于輸入密碼，密碼鎖用于判斷密碼的正誤，也可用于修改密碼。開鎖綠亮表示輸入密碼正確并開鎖，報(bào)警紅亮表示密碼有誤或者輸入時間超時。開鎖綠密 碼 鎖輸入密碼數(shù)字鍵盤報(bào)警紅圖1-1 密碼鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖1.2性能和電氣指標(biāo)1.2.1 開鎖密碼為8位十進(jìn)制數(shù)字，由按鍵輸入，按“確認(rèn)”鍵后，輸入的數(shù)字有效。1.2.2 輸入的8位數(shù)字與預(yù)設(shè)的密碼相同時開鎖，用綠燈亮，紅燈滅表示。數(shù)據(jù)有誤時或輸入的密碼時間過長即報(bào)警，紅

26、燈亮。1.2.3 密碼可以通過鍵盤設(shè)定或修改。1.2.4 輸入的數(shù)字間隔時間小于或等于15s。超過時限則報(bào)警，同時電子鎖復(fù)位。1.2.5 具有手動、自動復(fù)位功能。1.2.6在不采用RAM和EPROM的情況下完成設(shè)計(jì)（可增加標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字器件）。1.2.7不采用EPROM時，設(shè)定修改密碼的方法不限。1.3設(shè)計(jì)條件1.3.1 電源條件：穩(wěn)壓電源提供+5V電壓。 1.3.2 可供選擇的元器件如表1-1所示型號名稱及功能數(shù)量74374八D觸發(fā)器1片7474雙D觸發(fā)器2片28C64BEEPROM 存貯器1片74854位比較器1片741614位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器2片741648位移位寄存器1片GAL16V8可編程邏輯

27、器件2片F(xiàn)555定時器1片74123可重觸發(fā)器1片表1-1 器件單門電路、電阻、電容以及發(fā)光二極管自定。第2章 、整體方案設(shè)計(jì)2.1密碼設(shè)定 用編程器在ROM中起始的8個單元寫入原始密碼：01,0A,0A,0A,01,08,03,042.2密碼判斷經(jīng)過7485，只能比較密碼的1位，使用移存器就能將比較結(jié)果先儲存，經(jīng)過8個脈沖周期后同時輸出。為節(jié)約GAL16V8的I/O口，可使用一片7485，先將5位比較結(jié)果處理，剩下的三位接到GAL，再比較。在密碼全部輸入后，要按下“確認(rèn)”鍵，則GAL判斷密碼是否正確。數(shù)據(jù)經(jīng)7485等后，數(shù)據(jù)到達(dá)74164時，數(shù)據(jù)有一定的延時。假如74164的時鐘=CP，當(dāng)?shù)?/p>

28、一的CP到來時，第一位的比較結(jié)果還沒從7485出來，即第一位鎖進(jìn)的不是第一位的比較結(jié)果。所以，鎖存的時鐘應(yīng)比CP慢，可以定義CP2=！CP，此時，CP2比CP的上升沿晚的時間就是手按鍵的時間。從而保證鎖存8次后輸出的就是8位的比較結(jié)果。2.3密碼錄入和判斷結(jié)果顯示 1）用數(shù)字方式輸入開鎖密碼，輸入密碼正確時開鎖；2）如果密碼有誤或者輸入時間過長，則發(fā)出報(bào)警信號。2.4系統(tǒng)工作原理框面圖2.4 密碼鎖的工作原理框圖 由以上框圖可知，當(dāng)按下數(shù)字鍵0、1、2、3、4、5、6、7、8、9后，編碼器逐一進(jìn)行十二進(jìn)制編碼，此時產(chǎn)生按鍵信號。按鍵信號經(jīng)計(jì)數(shù)器，產(chǎn)生存儲器的地址信號。解鎖時，存儲器中相應(yīng)的數(shù)據(jù)

29、輸出與輸入的密碼經(jīng)比較器比較后，將結(jié)果存入移存器。8位的比較結(jié)果送到GAL，判決是否正確，并開鎖或報(bào)警。設(shè)定密碼時，每輸入一位，計(jì)數(shù)器加一，則可依次修改。第3章 、單元電路設(shè)計(jì)3.1按鍵錄入和編碼序號按鍵OUT1OUT2OUT3OUT40KEY110101KEY200012 KEY300103KEY400114KEY501005KEY601016KEY701107KEY801118KEY910009KEY111001RKEY121111 電路由于鍵盤有09，而ROM中數(shù)據(jù)以十進(jìn)制存儲，則要將案件進(jìn)行10進(jìn)制到2進(jìn)制的轉(zhuǎn)換。使用可編程邏輯器件GALl16V8,電路非常簡單，連線少，比較實(shí)用。 將

30、按鍵編號和輸出四位二進(jìn)制碼相對應(yīng)，列出真值表（表3-1）。表 3-1 按鍵編碼真值表根據(jù)真值表，用CUPL語言寫出邏輯關(guān)系：OUT1=KEY1+KEY9+KEY11+KEY12OUT2=KEY5+KEY6+KEY7+KEY8+KEY12OUT3=KEY1+KEY3+KEY4+KEY7+KEY8+KEY12OUT4=KEY2+KEY4+KEY6+KEY8+KEY11+KEY12電路設(shè)計(jì)：每個鍵按下，產(chǎn)生一個高電平脈沖，并把按下的數(shù)字鍵譯碼輸出：為保護(hù)電路，接入排阻(圖中略)。3.2地址記錄和存儲電路密碼存儲在EEPROM中，28C64共有8K*8的存儲容量。而本次密碼鎖需要的存儲空間僅需8位*4

31、b。其實(shí)是一個巨大的浪費(fèi)。28C64有13根地址線（A0A12）和8根數(shù)據(jù)線（D0D7），為操作方便，將A3A12、D4D7全部置零。則數(shù)據(jù)存儲在前8個單元。地址線與74161的輸出相連。數(shù)據(jù)線從GAL的譯碼輸出讀出數(shù)據(jù)。圖3-2 28C64連接圖3.3密碼鎖存和比較電路由于CP信號對于按鍵稍有延遲，如將按鍵的譯碼與從ROM中取出的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，則會出錯，所以在比較器之前加一級鎖存器，在時鐘CP的控制下，此時才能實(shí)現(xiàn)輸入密碼與原有密碼的對應(yīng)位同時到達(dá)比較器。電路如下：圖3-3 密碼比較重要時序分析：密碼鎖從清零開始工作：當(dāng)按下第一位密碼時，按鍵的譯碼立即輸出，CP滯后輸出，在CP的上升沿，74

32、374鎖存器開始工作，鎖入數(shù)據(jù)，此時送到鎖存器口數(shù)據(jù)是鍵盤輸入的譯碼和ROM地址0000（B）的數(shù)據(jù)，并不是地址0001的數(shù)據(jù)。所以在ROM中存入數(shù)據(jù)從地址0開始。 時序如下圖所示：圖3-4-2 鎖存時序圖3.4判決與結(jié)果顯示電路經(jīng)過7485，只能比較密碼的1位，使用移存器就能將比較結(jié)果先儲存，經(jīng)過8個脈沖周期后同時輸出。為節(jié)約GAL16V8的I/O口，可使用一片7485，先將5位比較結(jié)果處理，剩下的三位接到GAL，再比較。在密碼全部輸入后，要按下“確認(rèn)”鍵，則GAL判斷密碼是否正確。數(shù)據(jù)經(jīng)7485等后，數(shù)據(jù)到達(dá)74164時，數(shù)據(jù)有一定的延時。假如74164的時鐘=CP，當(dāng)?shù)谝坏腃P到來時，第

33、一位的比較結(jié)果還沒從7485出來，即第一位鎖進(jìn)的不是第一位的比較結(jié)果。所以，鎖存的時鐘應(yīng)比CP慢，可以定義CP2=！CP，此時，CP2比CP的上升沿晚的時間就是手按鍵的時間。從而保證鎖存8次后輸出的就是8位的比較結(jié)果。圖3-4 8位密碼比較結(jié)果處理輸入的8位數(shù)字與預(yù)設(shè)的密碼相同時開鎖，用綠燈亮，紅燈滅表示。數(shù)據(jù)有誤時或輸入的密碼時間過長即報(bào)警，紅燈亮。3.5時鐘機(jī)械鍵盤在使用過程中會產(chǎn)生機(jī)械抖動，即會產(chǎn)生多個脈沖信號（有稍高頻的毛刺），使輸出的時鐘不穩(wěn)定，影響后級工作。可讓CP觸發(fā)輸出，消除高頻毛刺。由于密碼通過機(jī)械開關(guān)輸入，頻率很低（因本次實(shí)驗(yàn)提供的開關(guān)不大方便操作，一般按鍵頻率不大于1hz

34、），則觸發(fā)低頻略高即可，取510hz即可。用F555做定時器，設(shè)計(jì)電路如下： 圖3-5 555定時電路555定時器的頻率表達(dá)式為：f=1.43/（(RA+2RB)*C）。取RB=3K，RA=2K，C=220u,測試得f=7.1hz,能達(dá)到要求。將clock接至G16V8的1腳，此時在每次鍵按下時都會產(chǎn)生一個脈沖，且消除了毛刺。（注：GAL的一個函數(shù)表達(dá)式中或項(xiàng)不能超過7個，所以可寫成CP.D=D0#A0#A2#A4#A6#A8,這樣既滿足條件，又節(jié)省了GAL的管腳資源。）消抖效果圖如圖3-2-1所示：CPIN為含毛刺的輸入信號（因抖動，產(chǎn)生一些不正常的高頻信號）GAL的時鐘為CLOCK，為11

35、0hzCPIN.D為消抖輸出從圖中看出，在D觸發(fā)輸出后，毛刺被有效去除了。圖3-5-1消抖效果圖3.6整機(jī)電路圖3.7元件清單本設(shè)計(jì)除了老師建議的一些芯片，我還使用了少量其他數(shù)字芯片，完成了要求外的一些指標(biāo)，使用的芯片如下：型號名稱及功能數(shù)量74374八D觸發(fā)器128C64EEPROM 存貯器174854位比較器2741614位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器2741648位移位寄存器1GAL16V8可編程邏輯器件2F555定時器174123可重觸發(fā)器1表3-7所用元件清單電容、電阻、發(fā)光二極管、導(dǎo)線若干，面包板一塊。程序清單設(shè)計(jì)中使用2片GAL16V8，第一片主要用于譯碼，第二片主要用于控制。1 第一片GAL功

36、能：鍵盤解碼，產(chǎn)生時序電路需要的CP及CP2Name PLDDesign ;Partno ;Revision 1 ;Date 2012-11-29 ;Designer ;Company Protel International ;Assembly ;Location ;Device ;Format ;/*/* This PLD design (Revision 1) created on 2012-11-29 */* for Protel International */* and is stored as PLDDesign */*/ PIN1,11=CLK,OE;/* Inputs */P

37、in 2,3,4,5,6,7,8,9,12,13 = A0,A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7,A8,A9 ;/* Outputs */PIN19,18,17,16=D3,D2,D1,D0;PIN14,15=CP2,CP;/* D3 D2 D1 D0 OUTPUT KEYCODE,CP OUTPUT CLOCK,F NO USE */D3=A0#A8#A9;D2=A4#A5#A6#A7;D1=A0#A2#A3#A6#A7;D0=A1#A3#A5#A7#A9;CP.D=D0#A0#A2#A4#A6#A8;CP2=!CP;/*END*/2 第二片GAL功能：處理密碼比較結(jié)果、延時判斷處理、控

38、制28C64的讀寫操作、開鎖和報(bào)警輸出、電路復(fù)位Name PLDDesign ;Partno ;Revision 1 ;Date 2012-11-29 ;Designer ;Company Protel International ;Assembly ;Location ;Device ;Format ;/*/* This PLD design (Revision 1) created on 2012-11-29 */* for Protel International */* and is stored as PLDDesign */*/* Inputs */Pin 1 = Input_1

39、;Pin 2 = Input_2 ;Pin 3 = Input_3 ;Pin 4 = Input_4 ;Pin 5 = Input_5 ;Pin 6 = Input_6 ;Pin 7 = Input_7 ;Pin 8 = Input_8 ;Pin 9 = Input_9 ;Pin 10 = Input_10 ;Pin 11 = Input_11 ;/* Outputs */Pin 12 = Output_12;Pin 13 = Output_13;Pin 14 = Output_14;Pin 15 = Output_15;/* Declarations and Intermediate Var

40、iables */* Logic Equations */第四章、電路測試4.1單元電路測試1. 10進(jìn)制數(shù)字輸入測試：先復(fù)位，將數(shù)字鍵推上，用示波器檢測第一片GAL的1916腳，按住數(shù)字鍵“0”，檢測到OUT1OUT2OUT3OUT4=0101,則譯碼正確，以此類推，輸入09，GAL輸出全部測試正確。2. CP脈沖測試：將CP接到示波器一個通道觀察，在有鍵按下時，觀察到脈沖。且看到七段數(shù)碼管得數(shù)字加1，則計(jì)數(shù)與顯示部分沒有問題。3. 密碼比較用編程器在ROM中起始的8個單元寫入原始密碼： 01, 0A, 0A, 0A, 01, 08，03，04測試：1. 復(fù)位后，依次輸入正確密碼（10001834），用示波器觀察第一片7485的第6腳，若全為高，則正確，8位密碼輸入完畢后，測試74164的移存輸出腳，若全為1，則正確。2. 輸入錯誤密碼10001833，7485在輸入錯誤密碼后，輸出為0，且8位輸入完畢后，