4位數(shù)字密碼鎖的設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上1技術(shù)指標(biāo) 用與非門設(shè)計一個4位或多位代碼的數(shù)字鎖，要求如下： A: 設(shè)計一個保險箱用的多位代碼數(shù)字鎖，比如4位代碼ABCD四個輸入端和一個開鎖用的鑰匙插孔輸入端E，當(dāng)開箱時（E1）,如果輸入代碼（例如ABCD1010）與設(shè)定的代碼相同，則保險箱被打開，即輸出端Z1,否則電路發(fā)出報警信號: B: 進行電路仿真，并說明其工作原理。2方案比較方案一：由4個單刀雙擲開關(guān)構(gòu)成密碼開關(guān)，用戶可以通過控制開關(guān)來控制A、B、C、D四個輸入端的電平的高低，進而控制輸出電平的高低以及報警信號的工作。當(dāng)輸入端與設(shè)置的密碼相符時，則輸出為高電平，二極管亮，否則輸出為低電平，并且發(fā)出報警，即

2、蜂鳴器發(fā)出響聲，至此完成電路的設(shè)計。其電路圖如圖2.1圖2.1 方案一的電路圖方案二：用4個異或門連接輸入端，并分別于反相器連接，再相與。當(dāng)輸入密碼與設(shè)置密碼相同時，電路輸出為高電平，發(fā)光二極管不亮，當(dāng)輸入密碼與設(shè)置密碼不相同時，電路輸出為低電平，發(fā)出報警，發(fā)光二極管亮。其電路圖如圖6.13 Proteus軟件介紹Proteus軟件是來自英國Labcenter electronics公司的EDA工具軟件。Proteus軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使用，除了其具有和其它EDA工具一樣的原理布圖、PCB自動或人工布線及電路仿真的功能外，其革命性的功能是，他的電路仿真是互動的，針對微處理器的應(yīng)用，

3、還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實現(xiàn)軟件源碼級的實時調(diào)試，如有顯示及輸出，還能看到運行后輸入輸出的效果，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等，您不需要別的，Proteus為您建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境！尤其重要的是Proteus Lite可以完全免費，也可以花微不足道的費用注冊達到更好的效果；功能最強的Proteus專業(yè)版也非常便宜，人人用得起，對高校還有更多優(yōu)惠。 Proteus組合了高級原理布圖、混合模式SPICE仿真,PCB設(shè)計以及自動布線來實現(xiàn)一個完整的電子設(shè)計系統(tǒng)。此系統(tǒng)受益于15年來的持續(xù)開發(fā),被電子世界在其對PCB設(shè)計系統(tǒng)的比較文章中評為最好產(chǎn)品“The Ro

4、ute to PCB CAD”。Proteus 產(chǎn)品系列也包含了我們革命性的VSM技術(shù),用戶可以對基于微控制器的設(shè)計連同所有的周圍電子器件一起仿真。用戶甚至可以實時采用諸如LED/LCD、鍵盤、RS232終端等動態(tài)外設(shè)模型來對設(shè)計進行交互仿真。 其功能模塊：個易用而又功能強大的ISIS原理布圖工具；PROSPICE混合模型SPICE仿真； ARES PCB設(shè)計。PROSPICE 仿真器的一個擴展PROTEUS VSM：便于包括所有相關(guān)的器件的基于微處理器設(shè)計的協(xié)同仿真。此外，還可以結(jié)合微控制器軟件使用動態(tài)的鍵盤，開關(guān)，按鈕，LEDs甚至LCD顯示CPU模型。Proteus支持許多通用的微控制器

5、，如PIC,AVR,HC11以及8051。交互的裝置模型包括：LED和LCD顯示,RS232終端,通用鍵盤。Proteus有強大的調(diào)試工具；包括寄存器和存儲器,斷點和單步模式。IAR C-SPY 和Keil uVision2等開發(fā)工具的源層調(diào)試。Proteus應(yīng)用特殊模型的DLL界面-提供有關(guān)元件庫的全部文件。Proteus與其他的仿真軟件相比較，在下面的優(yōu)點：1、能仿真模擬電路、數(shù)字電路、數(shù)?；旌想娐?；2、能繪制原理圖、PCB圖；3、幾乎包括實際中所有使用的儀器；4、其最大的亮點在于能夠?qū)纹瑱C進行實物級的仿真。從程序的編寫，編譯到調(diào)試，目標(biāo)版的仿一應(yīng)俱全。支持匯編語言和C語言的編程。還可配

6、合Keil C實現(xiàn)程序的聯(lián)合調(diào)試，將Proteus中繪制的原理圖作為實際中的目標(biāo)板，而用Keil C集成環(huán)境實現(xiàn)對目標(biāo)板的控制，與實際中通過硬件仿真器對目標(biāo)板的調(diào)試幾乎完全相同，并且支持多顯示器的調(diào)試，即Proteus運行在一臺計算機上，而Keil C運行在另一臺計算機上，通過網(wǎng)絡(luò)連接實現(xiàn)遠程的調(diào)試。4組合邏輯電路組合邏輯電路是用各種門電路組成的，用于實現(xiàn)某種組合邏輯功能的復(fù)雜邏輯電路。組合邏輯電路在邏輯功能上的特點是任意時刻的輸出僅僅取決于該時刻的輸入，與電路原來的狀態(tài)無關(guān)。因此，組合邏輯電路在電路結(jié)構(gòu)上的特點是：輸出與輸入之間一般沒有反饋賄賂；電路中沒有記憶單元；當(dāng)輸入信號的狀態(tài)組合改變時

7、，輸出狀態(tài)也隨著改變。組合邏輯電路的功能以邏輯圖、邏輯表達式、真值表等形式進行描述。邏輯圖是描述實現(xiàn)邏輯功能的電路結(jié)構(gòu)，但對功能的描述不夠直觀；邏輯表達式和真值表能夠直觀、明顯的描述邏輯功能，所以進行邏輯電路分析和邏輯問題的實際電路設(shè)計時，通常使用列出真值表分析邏輯電路的邏輯功能，或者列出真值表分析實際邏輯問題的邏輯關(guān)系，并從真值表得出邏輯命題的函數(shù)表達式，設(shè)計實現(xiàn)邏輯命題的邏輯電路。4.1組合邏輯電路的分析方法 組合邏輯電路的分析，就是找出給定邏輯電路輸出和輸入之間的邏輯關(guān)系，從而了解給定邏輯電路的邏輯功能。組合邏輯電路的分析方法通常采用代數(shù)法，分析過程一般按下列步驟進行： （1）根據(jù)給定組

8、合邏輯電路的邏輯圖，以每個門電路的輸入端輸入信號為自變量，寫出各種邏輯門輸出端的邏輯表達式，對于中間變量最好在寫出表達式的同時化簡，以免積累到最后。 （2）化簡總輸出端的邏輯表達式。 （3）列出真值表。 （4）從邏輯函數(shù)表達式或真值表，分析出給定組合邏輯電路的邏輯功能。4.2組合邏輯電路的設(shè)計對于第一個邏輯表達工式或邏輯電路，其可以是惟一的，但其對應(yīng)的邏輯電路或邏輯表達式可能有多種實現(xiàn)形式，所以，一個特定的邏輯，其對應(yīng)的真值表是惟一的，但實現(xiàn)它的邏輯電路是多種多樣的。在實際設(shè)計工作中，如果由于某些原因無法獲得某些門電路，可以通過變換邏輯表達式變電路，從而能使用其他器件來代替該器件。同時，為了使

9、邏輯電路的設(shè)計更簡潔，通過各方法對邏輯表達式進行化簡是必要的。組合電路可用一組邏輯表達式來描述。設(shè)計組合電路直就是實現(xiàn)邏輯表達式。要求在滿足邏輯功能和技術(shù)要求基礎(chǔ)上，力求使電路簡單、經(jīng)濟、可靠、實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)的途徑是多種多樣的，可采用基本門電路，也可采用中、大規(guī)模集成電路。 組合邏輯電路的設(shè)計一般可按以下步驟進行: （1）邏輯抽象。將文字描述的邏輯命題轉(zhuǎn)換成真值表叫邏輯抽象。首先要分析邏輯命題，確定輸入、輸出變量；然后用二值邏輯的0、1兩種狀態(tài)分別對輸入、輸出變量進行邏輯賦值，即確定0、1的具體含義；最后根據(jù)輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系列出真值表。 （2）選擇器件類型。根據(jù)命題的要求和器件的功能

10、及其資源情況決定采用哪種器件。 （3）根據(jù)真值表和選用邏輯器件的類型，寫出相應(yīng)的邏輯函數(shù)表達式。 （4）根據(jù)邏輯函數(shù)表達式及選用的邏輯器件畫出邏輯電路圖。 實際設(shè)計時，還要進行生產(chǎn)工藝設(shè)計，包括進行生產(chǎn)工藝設(shè)計，包括器件安裝機箱、電源、控制開關(guān)、輸入開關(guān)、相關(guān)顯示電路、外觀布置、生產(chǎn)工藝等的設(shè)計。5 TTL與非門電路全稱Transistor-Transistor Logic,即BJT-BJT邏輯門電路，是數(shù)字電子技術(shù)中常用的一種邏輯門電路，應(yīng)用較早，技術(shù)已比較成熟。TTL主要有BJT（Bipolar Junction Transistor 即雙極結(jié)型晶體管，晶體三極管）和電阻構(gòu)成，具有速度快的

11、特點。最早的TTL門電路是74系列，后來出現(xiàn)了74H系列，74L系列，74LS,74AS,74ALS等系列。TTL電平信號被利用的最多是因為通常數(shù)據(jù)表示采用二進制規(guī)定，+5V等價于邏輯“1”，0V等價于邏輯“0”，這被稱做TTL（晶體管-晶體管邏輯電平）信號系統(tǒng)，這是計算機處理器控制的設(shè)備內(nèi)部各部分之間通信的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。TTL電平信號對于計算機處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是很理想的，首先計算機處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸對于電源的要求不高以及熱損耗也較低，另外TTL電平信號直接與集成電路連接而不需要價格昂貴的線路驅(qū)動器以及接收器電路；再者，計算機處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是在高速下進行的

12、，而TTL接口的操作恰能滿足這個要求。TTL型通信大多數(shù)情況下，是采用并行數(shù)據(jù)傳輸方式，而并行數(shù)據(jù)傳輸對于超過10英尺的距離就不適合了。這是由于可靠性和成本兩面的原因。因為在并行接口中存在著偏相和不對稱的問題，這些問題對可靠性均有影響?；綯TL反相器不難改變成為多輸入端的與非門 。它的主要特點是在電路的輸入端采用了多發(fā)射極的BJT。下圖是采用多發(fā)射極BJT用作2輸入端TTL與非門的輸入器件的一個實例。當(dāng)任一輸入端為低電平時，T1的發(fā)射結(jié)將正向偏置而導(dǎo)通，T2將截止。結(jié)果將導(dǎo)致輸出為高電平。只有當(dāng)全部輸入端為高電平時，T1將轉(zhuǎn)入倒置放大狀態(tài)，T2和T3均飽和，輸出為低電平。圖5.1 TTL二輸

13、入與非門當(dāng)任一輸入端為低電平時，T1的發(fā)射結(jié)將正向偏置而導(dǎo)通，T2將截止。結(jié)果將導(dǎo)致輸出為高電平。只有當(dāng)全部輸入端為高電平時，T1將轉(zhuǎn)入倒置放大狀態(tài)，T2和T3均飽和，輸出為低電平。74LS00是一個4個二輸入與非門芯片，其引腳圖如下：圖5.2 74LS00的引腳圖其功能表如表5.1表5.1 74LS00的真值表輸 入輸出ABYLLHLHHHLHHHL74LS20是一個四輸入與非門，其引腳圖如圖5.3：圖5.3 74LS20的引腳圖其真值表如表5.2:表5.2 74LS20的真值表輸 入輸出ABCDYxxxLHxxLxHxLxxHLxxxHHHHHL74LS86四輸入異或門引腳圖：6電路原理圖

14、圖6.1數(shù)字密碼鎖的設(shè)計圖中，U1、U2、U3、U4為或非門，U6、U7為與非門，D1為發(fā)光二極管。當(dāng)輸出密碼與設(shè)置密碼相同時，U6輸出端為低電平，輸出為高電平1，發(fā)光二極管不亮。當(dāng)輸出密碼與設(shè)置的密碼不相同時，U6輸出端為高電平，則電路的輸出為低電平，同時發(fā)出報警，發(fā)光二極管亮。7仿真7.1各個步驟（1）雙擊打開Proteus軟件，點擊文件-新建設(shè)計，選擇A4再點擊確定，進入設(shè)計界面。（2）添加元件到元件列表中，本例要用的元件有與非門、或門、發(fā)光二極管等。單擊“P”按鈕，彈出對話框：輸入74LS20：單擊OK鍵就可放置元件，如下圖：同理，可放置其它元件。（3）放置電源和地左鍵選擇模型選擇工具

15、欄中的按鈕，出現(xiàn)如下圖：選擇GROUND，并在原理圖編輯窗口中左鍵單擊一下，這樣就放置了“地”。POWER就是電源，添加方式和“地”是一樣的。雙擊電源，打開對話框，對電源的參數(shù)進行修改。在編號欄中填+5，表示所加的電源為+5V。如下圖所示：（4）按照原理圖連線，得到仿真圖：7.2仿真結(jié)果點擊如圖的第一個按鍵單擊開始仿真，得到的結(jié)果如下圖由此圖可看出，當(dāng)輸入密碼為1010時，輸出為1，報警燈不亮。得到的結(jié)果與設(shè)計要求一模一樣。再把輸入密碼改成1100，得到的仿真結(jié)果如下：由此圖可看出，當(dāng)輸入的密碼與設(shè)置的密碼不相同時，輸出為0，發(fā)光二極管亮，與設(shè)計要求也相同。說明設(shè)計的電路是正確的。8心得體會以

16、上為我們所設(shè)計的電子密碼鎖電路，它經(jīng)過多次修改和整理，以是一個比較不錯的設(shè)計，可以滿足人們的基本要求，但因為水平有限，此電路中也存在一定的問題，譬如說電路的密碼不能遺忘，一旦遺忘，就很難打開，這可以通過增加電路解決，但過于復(fù)雜，本次設(shè)計未其中；電路密碼只有16種可供修改，但由于他人不知道密碼的位數(shù)，而且還要求在規(guī)定的時間內(nèi)按一定的順序開鎖，所以他人開鎖的幾率很??；電路中未加顯示電路，但可通過其它數(shù)字模塊實現(xiàn)這一功能。這需要一段時間的進一步改進，如果有好的意見，希望老師給以支持。通過這幾天的學(xué)習(xí)，我感覺有很大的收獲：首先，通過學(xué)習(xí)使自己對課本上的知識可以應(yīng)用于實際，使的理論與實際相結(jié)合，加深自己

17、對課本知識的更好理解，同時實習(xí)也段練了我個人的動手能力：能夠充分利用圖書館去查閱資料，增加了許多課本以外的知識。能對Proteus等仿真軟件操作，能達到學(xué)以致用。對我們學(xué)生來說，理論與實際同樣重要，這是我們以后在工作中說明自己能力的一個重要標(biāo)準(zhǔn)。通過對各元器件的引腳功能、真值表的分析、并設(shè)計其原理圖，且利用電子電路計算機進行仿真使得學(xué)習(xí)研究電子技術(shù)變得更加簡單、直觀，學(xué)習(xí)效果進一步提高，帶動了學(xué)習(xí)的積極性。通過學(xué)習(xí)使自己對課本上的知識能夠應(yīng)用于實際，使得理論與實際相結(jié)合，加深了對課本上知識的理解，并能夠利用到圖書館查閱資料，增加了許多課本以外的知識，且實習(xí)也鍛煉了我個人的動手能力，通過書寫電子密碼鎖論文同時也鍛煉了我的文字表達能力。在設(shè)計過程中，我感