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数电课程设计.docx
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数电课程设计
赣南师院
物理与电子信息学院
数字电路课程设计报告书
姓名:
朱斌
班级:
电子信息工程09级
学号090802045
时间:
2011年6月8日
论文题目
电子密码锁的设计
课程论文
要求
设计一个电子密码锁,要求如下:
1、有10个数字号码0,1,2,········9,设定密码号为3,5,6,7,按从高位到低位顺序开锁。
2、只有输入正确的密码时,锁才能打开,且经历一段时间后电路自动返回原始状态,以指示灯的状态来表示锁的关闭和打开。
3、当按下任意一个非密码号时,锁不打开,指示灯不亮。
设计过程
(包括:
设计方案、电路分析、仿真结果、软硬件结合测试步骤和结果、设计收获和体会)
设计方案与论证:
电子锁的种类比较多,电路的结构形式也有多种,有触摸开关编码,也有光电编码,既可以用分立元件(晶体管、晶闸管)组成,也可以用集成电路组成,甚至可以用带有处理系统的微处理器(单片机)做。
方案一〈采用数字电路〉
1、原理方框图
锁
寄存器
驱动
编码
数码开关
指示灯
数码开关
图(1-1)
其原理框图如上图所示,整个电子密码锁由三部分组成:
编码电路、主体电路、复位电路。
其中十个按键开关与电源组成编码电路,并提前设置好密码。
主体电路由四个D触发器组成的移位寄存器和四个密码按键相连,以驱动继电器开锁和指示灯亮。
复位电路有两部分,一部分是由剩下的非密码按键进行复位功能,另一部分是由高电平信号经过门电路进行复位。
方案二〈采用单片机〉
2、原理方框图
按键指令输入
初始化
锁存
设置密码
锁
驱动
控制寄存器
译码
指示灯
图(1-2)
使用单片机的原理框图如上所示,依据其画出其单片机的程序流程图并借此进行程序的设计分析:
分配好所需的存储单元和其他相关内容,然后再进行整体的程序设计。
在程序仿真没有问题后,对单片机烧录程序后,然后进行电路的硬件电路设计。
设计论证
本设计所构想的两个方案中,方案二采用了单片机的硬件和软件相结合的方法,利用了汇编语言的强大功能,通过编写一个合适的正确的汇编程序,依靠所接的按键开关输入相应的指令就可以进行一系列的程序操作,从而实现所需要的功能。
电路节省了大量的硬件电路设计过程,使得硬件电路的焊接对设计的要求和结果的影响达到最低的限度,不过对于使用单片机来做,需要有一块开发板来实现程序的烧录过程,而且这种程度的程序编写对于一个初级学者来说有不小的困难,难以编写出如此复杂的程序,一旦程序出现错误对于查找出错误也是比较难的。
而且在实际的经济成本上,由于单片机芯片一般都比较贵,晶振电路所需元件也不好买,提供给芯片的频率也难以准确计算,对于程序的设计有太大的影响。
相反,对于方案一来说,对于我们则是比较不错的选择。
方案一中,所用元件简单,成本也较低;电路不是很复杂,易于焊接;如果在电路的测试过程中出现了一些问题,可以很容易的检查出来。
集成电路我们很熟悉,因而选择用集成来做有利于检查我们对于集成电路的掌握运用,能更好的将我们学到的理论知识运用到实践中去。
总体来看,方案一,在整个的课程设计过程中,硬件电路简单,对于各个方面可能出现的问题可以方便的解决。
而且,所需成本较低;所以最终还是选择了方案一。
单元电路设计
编码电路
图(2-1)
本编码电路将所有按键按照一定的顺序排列,其中六个非密码号按键的输出端连接在一块,其他按键的输出端接各个触发器的信号端CP端并连接好电源。
按下按键输入相应的密码,对触发器相关引脚输入相应的信号,从而使触发器进行复位或者存储操作。
主体电路
图(2-2)
本主体电路以四个触发器组成的移位寄存器为核心,将所有的复位端连接在一块。
设定的四个密码作为移位功能的四个信号,在最后的输出端连接继电器的驱动电路,以三极管的放大作用提供继电器所需的开关电流,同时,VCC经过继电器对R6C1电路进行充电,高电平作为电路的复位信号。
触发器真值表及管脚功能(CD4013)
14-VDD;13-Q2;12-Q2非;11-CP2;10-R2;9-D2;8-S2
1-Q1;2-Q1非;3-CP1;4-R1;5-D1;6-S1;7Vss
图(2-3)
继电器管脚功能与接法
图(2-4)
复位电路
图(2-5)
复位电路中,将其他非密码号按键连接在一起作为一个复位作用。
只要按下其中任意一个非密码按键,电路就会发生复位作用,进而使继电器不打开。
同时,若继电器打开了,则经过充电后的高电平Uc加到与门输入端后,再由隔离二极管加到触发器的R端,电路进行复位,使电路具有自动复位的功能。
总电路图
图(2-6)
仿真结果
图(2-7)
电路原理
接通电源瞬间,首先按下清零按键,使触发器的清零端R为高电平Q4Q3Q2Q1=0000,三极管T1不导通,电磁线圈无电流通过,处于复位状态(即原始状态).同时D1=1,当按下3,5,6,7顺序按键开关时,D1便自左向右移四次,使Q4=1,三极管T1导通,电磁线圈流过电流建立磁场,吸动铁质门栓,锁便打开,同时电流流过LED灯,使其发光,表示锁已打开。
同时,高电平经过锁的另一端通过R5对C1充电,延时一段时间后,Uc1为高电平,经过两次的与非门电路在经过隔离二极管D3加到触发器的清零端,使R为高电平,移位寄存器处于原始状态,灯灭。
如果按错号码,高电平直接加到R端,使移位寄存器处于复位状态,Q4=0,三极管截止,锁便不会打开,灯不亮。
理论计算
电路充电电路充电时间T=R6*CI=4s,而电路的自动复位时间T1=0.8T=3.2s.电路Q1的基极电流Ib=Vout/R5,集电极电流Ic=k*Ib。
电路中其他的电阻R等,只是作为下拉电阻作用,因而选用一般大小的电阻就可以,所以一般选用20K的。
测试方法和数据
1、安装与调试
1、主体电路装调
在仿真软件中实现电路的设计检查与仿真分析后,进行电路的硬件电路焊接。
首先安装调试主体电路,在触发器的清零端加有效电平,使移位寄存器Q4Q3Q2Q1=0000,继电器不工作,再按3,5,6,7顺序触发各触发器,当Q4=1时,继电器应该吸和,否则,查Q1,调节基极电阻R5,使继电器吸和。
然后使移位寄存器复位,继电器应该释放,否则调整Q1和R5。
直至正常工作为止。
2、控制电路装调
当主体电路正常工作时后,装调控制电路(其中所用门电路芯片接12电源),按原理图将控制电路和主体电路连接后,测试复位功能,正常后,按顺序触及号码按钮,继电器应该吸和,否则查各触发器Q端,触发前后的变化,若不正常,在接线正确和器件完好的情况下,提高VCC,直至调试成功。
结果分析
在调试过程中,按下密码按键后发现继电器不动作,指示灯也不亮。
用万用表检查各触发器的输出端发现都没问题,只是T1的基极电流太小,造成流过指示灯和继电器线圈的电流太小,不足以产生足够的磁力吸引开关打开。
在详细计算所需电流后,选择合适的基极电阻R5后,逐步增加VCC的值。
当继电器正常工作后,发现电路自动复位时间太快。
随后测定触发器复位端所需最低电压的大小,然后根据电路的充电时间常数T,选择较大的阻值4M和电容1uf。
在重新连接好电路后,接通电源,首先按下清零键,对电路进行清零。
然后,按顺序按下号码按键3,5,6,7.当按下最后一个按键时,继电器啪的一声打开了,同时指示灯发光,经过三五秒后,继电器自动关闭,指示灯同时熄灭。
若按下错误的密码号时,继电器不打开,指示灯也不亮。
元件清单
元件序号
器件型号
参数
数量/个
价格/元
R1/R2/R3/R4
RES
20K
4
0.2
R5
RES
4M
1
0.2
R6
RES
10K
1
0.2
R7
RES
2K
1
0.2
U1/U2
JRC4013
12V
2
0.5
K1
BUTTON
11
0.2
D2/D3
1N4007
3
0.3
Q1
S9018
1
0.4
C1
CAP
1uf
1
0.5
D1
LED
1
1
J
JQC-T73
10A/12V
1
2
U3
CD4011
12V
1
0.5
设计心得与体会
在最初选择这个题目的时候有点后悔,只有自己一个人做这种方面的题目,很怕做不来。
不过,还是坚持下来了没有去改题目。
在思考选择设计方案时,曾经在网上很努力的查找这方面的资料。
在经过自己的认真选择与分析后最终选择了用集成电路来做,在按照电路图连接焊接好电路板后进行测试时,发现了好多的问题。
发现自己对于一些常用的器件的使用方法不是很明白,造成电路功能好多实现不了,曾经也想过放弃这种方案而选择电路更加简单的单片机,然而自己不愿意这么不明不白的放弃,而想要找出错误使自己成功,证明自己。
通过此次课程设计,使我更加扎实的掌握了有关数字电路方面的知识,而且对于其他方面也有了更加广阔的认知。
虽然在设计过程中遇到了一些问题,但经过一次又一次的思考和对电路的不断分析,一遍又一遍的检查终于找出了原因所在,也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。
实践出真知,通过亲自动手制作,使我们掌握的知识不再是纸上谈兵,而且在实践中让我们更加明白实践的重要性。
这次课程设计终于顺利完成了,在设计中遇到了很多问题,最后在老师和同学的指导帮助下,最终解决。
在今后社会的发展和学习实践过程中,一定要不懈努力,不能遇到问题就想到要退缩,一定要不厌其烦的发现问题所在,然后一一进行解决,只有这样,才能成功的做成想做的事,才能在今后的道路上劈荆斩棘,而不是知难而退,那样永远不可能收获成功,收获喜悦,也永远不可能得到社会及他人对你的认可!
课程设计诚然是一门专业课,给我很多专业知识以及专业技能上的提升,同时又是一门讲道课,一门辩思课,给了我许多道,给了我很多思,给了我莫大的空间。
同时,设计让我感触很深。
使我对抽象的理论有了具体的认识。
通过这次课程设计,我掌握了常用元件的识别、使用和测试方法;熟悉了常用仪器、仪表;了解了电路的连线方法;以及如何提高电路的性能等等,我认为,在这次的设计中,不仅培养了独立思考、动手操作的能力,在各种其它能力上也都
有了提高。
更重要的是,在实验课上,我们学会了很多学习的方法。
而这是日后最实用的,真的是受益匪浅。
要面对社会的挑战,只有不断的学习、实
践,再学习、再实践。
这对于我们的将来也有很大的帮助。
以后,不管有多苦,我想我们都能变苦为乐,找寻有趣的事情,发现其中珍贵的事情。
就像中国提倡的艰苦奋斗一样,我们都可以在实验结束之后变的更加成熟,会面对需要面对的事情。
回顾起此课程设计,至今我仍感慨颇多,从理论到实践,在这段日子里,可以说得是苦多于甜,但是可以学到很多很多的东西,同时不仅可以巩固了以前所学过的知识,而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题,可以说得是困难重重,但可喜的是最终都得到了解决。
此次设计也让我明白了思路即出路,有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询,只要认真钻研,动脑思考,动手实践,就没有弄不懂的知识,收获颇丰。
此次课程设计,学到了很多课内学不到的东西,比如独立思考解决问题,出现差错的随机应变,和与人合作共同提高,都受益非浅。
在此,感谢杨老师的细心指导,也同样谢谢其他各位同学的无私帮助。
参考文献
[1]谢自美编,电子线路设计·实验·测试(第二版)[M].上海:
电子工业出版社,2001.
[2]康华光,邹寿彬编.电子技术基础数字部分(第四版)[M].北京:
高等教育出版社,2005.
[3]陈大钦编.电子技术基础实验(第二版)[M].湖北:
机械工业出版社,2001.
[4]安玉景,李雪莹编.电子技术基础实验[M].人民邮电出版社,2002.
[5]王永军,数字逻辑与数字系统.北京:
电子工业出版社,1997.
[6]梅慧楠,朱中华,程时杰.基于park变换的UPQC检测方法研究[J].
电力科学与工程,2005,(01):
17-21.
[7]谢自美.电子线路设计·实验·测试[M].武汉:
华中科技大学出版社,2006:
76-77.
赣南师范学院2010--2011学年第二学期数字电路课程设计
课程设计题目:
电子密码锁的设计
设计一个电子密码锁,要求如下:
1、有10个数字号码0,1,2,········9,设定密码号为3,5,6,7,按从高位到低位顺序开锁。
2、只有输入正确的密码时,锁才能打开,且经历一段时间后电路自动返回原始状态,以指示灯的状态来表示锁的关闭和打开。
3、当按下任意一个非密码号时,锁不打开,指示灯不亮。
教师评语:
教师签字:
年月日
行政班级电子信息工程09级学号090802045姓名朱斌
选课班级电子信息工程09级任课教师杨汉祥成绩_________
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