數(shù)字式電子鎖

1、 課程設計 課程名稱：電子技術基礎課程設計 設計題目： 無線電控鎖的設計 院 系： 電氣信息學院 指導教師： 谷 雷 專 業(yè)： 電子信息工程 學 號： 43 號 姓 名： 張平 長春建筑學院2016年 7月 1日 設計鑒定學生姓名班 級學 號設計期間表現(xiàn)總評指導教師綜合評語成 績指導教師目錄第一章 設計目的4第二章 設計要求5第三章 總體方案6第四章 具體實現(xiàn)7第五章 心得體會8參考文獻9 第一章 設計目的1.1設計背景 現(xiàn)代電子技術的快速發(fā)展,使得數(shù)字電子技術廣泛地應用在自動化領域中。在生活或工業(yè)領域中，電子密碼鎖是一種通過密碼輸入來控制電路或是芯片工作，從而控制機械開關的閉合，完成開鎖、閉

2、鎖任務的電子產(chǎn)品。它的種類很多，有簡易的電路產(chǎn)品，也有基于芯片的性價比較高的產(chǎn)品。數(shù)字電子技術課程設計對所學的基礎理論知識是一次實踐檢測的過程。本文的電子密碼鎖是利用集成數(shù)字芯片和數(shù)字邏輯電路，實現(xiàn)對門的電路控制，并且有各種附加電路保證電路能夠安全工作，具有極高的安全系數(shù)。該系統(tǒng)主要由密碼存儲電路，比較電路，開鎖輸入電路，報警電路，鎖體組成。密碼存儲電路與比較電路主要由開關和集成芯片74LS85構(gòu)成，開鎖輸入主要由74LS194移位寄存器及相應開關構(gòu)成，報警電路主要由555芯片、74LS90、報警燈和蜂鳴器構(gòu)成，其中555產(chǎn)生1HZ周期脈沖，74LS90實現(xiàn)計數(shù)和計時。電路中還包括一些邏輯門電

3、路，以實現(xiàn)相應的邏輯功能。關鍵詞：數(shù)字密碼鎖，密碼存儲電路，比較電路，報警電路，開鎖輸入電路1.2目的：設計一個具有報警功能的四位數(shù)字式電子鎖本設計既可以使用集成電路和必要的元器件等，也可以使用單片機系統(tǒng)構(gòu)建數(shù)字密碼電子鎖。自行設計所需工作電源。電路組成原理框圖如圖1-1，數(shù)字密碼鎖的實際鎖體一般由電磁線圈、鎖栓、彈簧和鎖柜構(gòu)成。當線圈有電流時，產(chǎn)生磁力，吸動鎖栓，即可開鎖。反之則不開鎖。 圖1-1 數(shù)字式電子鎖原理框圖要求完成的主要任務: （包括課程設計工作量及技術要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、 課程設計工作量：1周。2、技術要求： （1）課程設計中，鎖體用LED代替（如“綠燈亮”表示

4、開鎖，“紅燈亮”表示閉鎖）。 （2）其密碼為4位二進制代碼，密碼可以通過密碼設定電路自行設定。 （3）開鎖指令為串行輸入碼，當開鎖密碼與存儲密碼一致時，鎖被打開。當開鎖密碼與存儲密碼不一致時，可重復進行，若連續(xù)三次未將鎖打開，電路則報警并實現(xiàn)自鎖。（報警動作為響1分鐘，停10秒） （4）選擇電路方案，完成對確定方案電路的設計。計算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。安裝調(diào)試設計電路。第二章 設計要求（1）鎖體用LED代替， “綠燈亮”表示開鎖，“紅燈亮”表示閉鎖。（2）其密碼為4位二進制代碼，密碼可以通過密碼設定電路自行設定。（3）開鎖指令為串行輸入碼，當開鎖密碼與存儲

5、密碼一致時，鎖被打開。當開鎖密碼與存儲密碼不一致時，可重復進行，若連續(xù)三次未將鎖打開，電路則報警并實現(xiàn)自鎖。（報警動作為響1分鐘，停10秒）（4）選擇電路方案，完成對確定方案電路的設計。計算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。安裝調(diào)試設計電路。第三章 總體方案3.1方案選擇 方案一電路及原理由單片機STC89C52作為核心元件的數(shù)字式電子鎖，分為硬件和軟件部分。在硬件部分中，由單片機最小系統(tǒng)、矩陣鍵盤、1602液晶顯示、聲光顯示這幾個部分，在軟件部分中，由矩陣鍵盤鍵值讀取、1602液晶顯示函數(shù)、延時模塊、密碼讀取模塊、密碼設置模塊、密碼比較模塊、聲光狀態(tài)模塊等。其電路圖

6、如圖3-1所示。 圖3-1方案一電路及原理方案二電路及原理 由移位寄存器構(gòu)成密碼輸入電路，由開關與集成數(shù)值比較器構(gòu)成密碼比較與存儲電路，集成芯片計數(shù)器 74LS90計數(shù)器記錄輸入錯誤錯誤的次數(shù)，并由555芯片組成電路及74LS90芯片構(gòu)成報警60秒停10秒的報警電路，紅燈亮表示閉鎖，綠燈亮表示開鎖，蜂鳴器響表示輸錯三次報警，再加反饋回路實現(xiàn)對前面電路的控制。電路圖如圖3-2所示。圖3-2 方案二總電路圖方案三電路及原理 由移位寄存器構(gòu)成密碼輸入電路，有開關與非門構(gòu)成密碼比較與存儲電路，四個74LS192計數(shù)器分別構(gòu)成由輸入三次錯誤，報警60秒停10秒連續(xù)三次的報警電路，燈泡亮表示報警，報警再加

7、反饋回路實現(xiàn)對前面電路的控制。電路圖如圖3-3所示。圖3-3 方案三總電路圖 3.2方案比較與確定通過以上的原理說明可知，方案一中，由單片機STC89C52作為核心元件的數(shù)字式電子鎖，實現(xiàn)了基本的密碼鎖功能，運用具有可以寫入程序、按程序完成相關邏輯判斷和電平控制的單片機芯片可以大大降低系統(tǒng)的復雜度，但是方案一更側(cè)重于程序設計，而本次課程設計是數(shù)字電子電路的設計，故方案一不合適。方案三中，運用了數(shù)字芯片和邏輯門電路實現(xiàn)電子鎖功能，但電路較不成熟，且不如方案二簡潔清楚，故方案三也不合適。方案二中，利用集成數(shù)字芯片和邏輯門電路實現(xiàn)密碼鎖的功能，原理清楚，比較簡潔明了，適合本次課程設計。綜上所述，選擇

8、方案二作為本次課程設計的實驗方案。第四章 具體實現(xiàn)4.1開鎖輸入電路 開鎖密碼輸入電路主要由移位寄存器74LS194及開關構(gòu)成，74LS194是四位雙向通用移位寄存器。功能包括串行輸入和并行輸出，有時鐘脈沖信號觸發(fā)。由功能表可知，當S1=0,S0=1時，芯片處于右移串行輸入，當CP端經(jīng)過四個上升沿脈沖時，QA-QD并行輸出四位密碼，相當于密碼輸入。圖4-1 74LS194引腳圖表4-1 74LS194功能表 開鎖輸入電路圖如圖4-2所示，其中S8為輸入清零開關，S5作為密碼輸入端，S6充當脈沖信號使用。S5每輸入一位密碼，S6就要閉合斷開一次。圖4-2 開鎖輸入電路圖 4.2 密碼設定與比較電

9、路 設計要求規(guī)定密碼為四位二進制數(shù)，所以密碼設定電路主要由四個單刀雙擲開關構(gòu)成，由開關撥向組成不同的密碼組合，設定之后不更改狀態(tài)即是對密碼的儲存，且密碼可以在0000-1111之間任意設定，通過設定的密碼可以與輸入的密碼進行比較。密碼比較電路主要是集成芯片74LS85構(gòu)成，集成數(shù)值比較器74LS85是4位數(shù)值比較器。在數(shù)字電路中，經(jīng)常需要對兩個位數(shù)相同的二進制數(shù)進行比較，以判斷它們的相對大小或者是否相等，用來實現(xiàn)這一功能的邏輯電路就成為數(shù)值比較器。數(shù)值比較器就是對兩數(shù)A、B進行比較，以判斷其大小的邏輯電路。比較結(jié)果有A>B、A<B以及A=B三種情況。應用原理是利用數(shù)據(jù)比較器比較設定

10、密碼和輸入密碼的大小，如果相等，芯片的OAEQB就會輸出1，反之，其他兩個輸出端必有有一個輸出為1。圖4-3 74LS85引腳圖 表4-2 74LS85功能表 密碼設定與比較電路如圖4-4所示。S1，S2，S3，S4組成密碼設定電路，74LS85為密碼比較電路的核心元件。當輸入密碼預設定密碼一致時，綠燈亮，否則紅燈亮。圖4-4 密碼設定與比較電路4.3計數(shù)電路設計要求當輸入錯誤達到三次后電路報警并實現(xiàn)自鎖，故需要計數(shù)錯誤次數(shù)。計數(shù)電路主要是由集成芯片74LS290構(gòu)成，74LS90計數(shù)器是一種中規(guī)模二-五-十進制計數(shù)器，通過不同的連接方法，其還可構(gòu)成其他進制的計數(shù)器。圖4-5 74LS290引

11、腳圖表4-3 74LS290功能表計數(shù)電路如圖4-6所示，S10為強制清零開關。圖4-6 計數(shù)電路4.4 計時電路設計要求當電路發(fā)生警報時報警動作為響1分鐘、停10秒，所以需要設計計時電路，用于控制報警時間。計時電路主要由555芯片和74LS290組成。圖4-7 555芯片引腳圖 計時電路如圖4-8所示。555芯片構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生1HZ的脈沖，給74LS290提供脈沖信號。U5為十進制計數(shù)器，U6為六進制計數(shù)器，兩者構(gòu)成六十進制計數(shù)器。圖4-8 計時電路4.5 報警電路 蜂鳴器由三極管驅(qū)動，在計數(shù)電路和計時電路的控制下工作。 圖4-9 報警電路4.6 實驗參數(shù)計算555芯片構(gòu)成的多諧振蕩器的

12、震蕩周期為 T=TPH+TPLTPH=0.7(R1+R2)C TPL=0.7R2C所以震蕩周期為 T=TPH+TPL=0.7(R1+2R2)C振蕩頻率 f =1/T要產(chǎn)生1HZ的脈沖信號，所以 0.7(R1+2R2)C = 1由此計算出R1= 2.8K ， R2=5.7K ， C=10µF4.7 總電路及其工作原理 總電路由開鎖輸入電路，密碼設定與比較電路，計數(shù)電路，計時電路和報警電路組成，總電路圖如圖4-10所示。由開關S5輸入開鎖密碼，移位寄存器74LS194將輸入密碼并行輸出，數(shù)值比較器74LS85將輸入密碼與設定密碼進行比較，若輸入密碼與設定密碼相同，綠燈亮，若輸入密碼與設定

13、密碼不同，或門U1輸出為1，按下按鈕S7，則計數(shù)器74LS290（U4）進行一次計數(shù)。若在3次以內(nèi)輸入正確，則或門U9輸出為1，計數(shù)器U4清零；若3次輸入都不正確，與非門U7輸出為1，蜂鳴器發(fā)出警報，且或非門U10輸出為0，移位寄存器74LS194鎖住，不能再進行密碼輸入。555芯片構(gòu)成多諧振蕩器，產(chǎn)生頻率為1HZ的脈沖信號，為U5和U6構(gòu)成的六十進制計數(shù)器提供脈沖信號。當U6計數(shù)到0101即“5”時，與非門U8輸出為0，蜂鳴器不再工作，由此產(chǎn)生報警一分鐘停頓10秒的報警動作。開關S1，S2，S3，S4用于設定密碼，S6用于提供74LS194的脈沖信號，S8用于對輸入密碼進行清零。圖4-10

14、總電路圖 4.8電路仿真結(jié)果密碼輸入正確時的仿真結(jié)果圖4-11 密碼輸入正確時仿真結(jié)果密碼輸入錯誤時的仿真結(jié)果圖4-12 密碼輸入錯誤時仿真結(jié)果密碼輸入錯誤達到三次時的仿真結(jié)果 圖4-13 密碼輸入錯誤三次時仿真結(jié)果當密碼輸入錯誤三次后，555震蕩波形及蜂鳴器端的波形如下圖4-14 多諧振蕩器脈沖信號和蜂鳴器兩端波形4.9焊接圖4-15 實物正面圖圖4-16 背面焊接圖 第五章 心得體會 本次課程設計我的任務是設計并制作數(shù)字式電子鎖，剛看到這個題目時有一種無從下手的感覺，從網(wǎng)上查閱了大量資料和電路圖才搞懂了大體的設計思路和設計方向。第一天的時候花了整整一天的時間設計出了初步的電路圖，但是用Mu

15、ltisim仿真時一直沒有仿真出結(jié)果，于是第二天又查閱資料重新設計電路，忙了整整兩天終于設計出了最終的電路圖并仿真出了想要的結(jié)果，并且一直在修改一直在優(yōu)化。焊接實物時又遇到了很多難題，先是采購元件時我需要的元件并沒有，只好找到其他的元件代替，再是電路圖復雜線路太多，焊接時耗費了大量時間而且錯誤百出，一直修改到最后還是無法焊出滿意的實物。盡管這次課程設計時間很緊張難度很大，但是卻對我們有很大的好處。它使我對Multisim的操作更加熟練，既鞏固了課堂上學到的知識，又掌握了集成電路芯片的應用，在此基礎上學習了數(shù)字系統(tǒng)設計的基本方法與原理，學會了科學的分析實際問題，也培養(yǎng)了我認真嚴謹?shù)膽B(tài)度。雖然最后的結(jié)果不是非常完美，但是我已經(jīng)付出了最大的努力。本次課程設計我有很大的收獲，對我將來的學習和工作一定會產(chǎn)生很大的影響。 參考文獻1電子線路設計·實驗·測試第三版，謝自美主編，華中科技大學出版社2 新型集成電路的應用電子技術基礎課程設計，梁宗善主編，華中科技大學出版社3 電子技術