数字电子技术课程设计密码锁.docx
- 文档编号:4910223
- 上传时间:2022-12-11
- 格式:DOCX
- 页数:16
- 大小:154.02KB
数字电子技术课程设计密码锁.docx
《数字电子技术课程设计密码锁.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《数字电子技术课程设计密码锁.docx(16页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
数字电子技术课程设计密码锁
题目密码锁控制电路设计
一、设计任务与要求
设计任务:
设计一个密码锁的控制电路,使之在输入正确的开锁代码时,输出开锁信号将锁开启;并用红灯亮,绿灯灭表示关锁;而绿灯亮,红灯灭表示开锁。
要求:
1.在锁的控制电路中存储一个可以修改的4位代码,当开锁按钮开关的输入代码等于存储的代码时,将锁打开。
2.从第一个按钮触动之后的5S内若未将锁打开,则电路自动复位并进入自锁状态,使之无法再打开,并由杨声器发出报警信号(可用黄色发光二极管指示)。
二、方案设计与论证
1方案论证
基于数字系统的设计方法有两大类:
1)、自下而上的设计方法;
2)、自下而上的设计方法。
方案一:
用TTL与COMS芯片设计,由下而上设计总个系统,首先构成功能单元电路在由此组装。
此方案设计思路明确,所用知识简但。
易于调试安装接线,但使用器件较多,系统不是很稳定,用明显不足。
方案二:
用TTL与COMS芯片设计,由下而上设计总个系统,首先确定系统的逻辑功能,将系统分为控制器和逻辑器,再用ASM确定控制器算法。
此方案系统集成度较高且稳定,但控制器实现算法较难设计,且接线繁乱(需用总线),鉴于设计可实现问题。
方案三:
用可编程逻辑器件ispLSI1061实现设计,由下而上设计总个系统将逻辑电路输入可编程开发系统,编译成JEDEC文件实现系统电路。
但是,基于初学者对可编程逻辑器件知识欠缺,对系统软件平台和硬件的不熟悉,所以该设计方案有明显的难度。
方案四:
用单片机设计,用Keil编写一个C程序,将其拷进单片机系统,从而实现密码锁功能。
此方案只需再程序上花点功夫,易于实现,但是对于单片机未免大材小用,不适于大规模设计。
基于以上方案论证:
相对于初学者而言,选择方案一较为实际,易于实现。
2方案设计
现对方案一作如下设计讨论:
数字密码锁控制电路的设计,可以理解为是数字信号的处理和控制,即信号的输入、存储、对比、分析、检测、反馈、输出。
首先,输入四位二进制数并把二进制数进行存储;其次;二进制数的数字逻辑与设置密码对比;再者,分析比较结果和比较位数;最后,检测输出控制锁信号。
由此,寄存器信号由按钮控制输入处理后,放进寄存器中进行存储,存储4位完后再用计数器驱动多路选择器按位输出进行比较,然后用寄存器存储比较结果和比较位数,并同时用多输入或门分析比较结果,最后用555定时器检测输出控制信号。
数字密码锁框图
1、明确系统设计任务,确定系统逻辑功能
数字密码锁内部已经设置了4位二进制数码,分别用D0,D1,D2,D3表示。
只有密码锁处于锁状态ERROR时,按下COMPAER,使之处于预开锁状态;同样,只有密码锁处于锁状态OPEN时,按下INSTALL,使之预设置状态,否则视之为无效。
串行输入数码由开关BIT产生,可以为0或1,如上图所示。
为了是系统能够1位1位地依次读取由BIT开关送来的串行密码,设置一个开关READ,送入密码时,首先用BIT开关设置一位数码,然后按下READ开关,这样就将BIT开关当前的密码读入系统。
当按下TRY时,系统进行分析操作,如果输入数码与设置密码一致时,则系统输出OPEN信号打开锁,否则数字锁打不开,并输出ERROR信号。
当READ一旦按钮触动之后的5S内若未将锁打开,系统输出ALAM信号,电路自动复位并进入自锁状态,使之无法再打开,并由杨声器发出报警信号。
2各部分功能单元的设计。
1)信号输入存储和计数驱动单元设计
4位二进制数码信号输入开关BIT由A键控制,COMPARE、READ、INSTALL、TRY分别由B、C、D、E键控制。
BIT输入后由双4输入移位寄存器U1(4015BP_5V串行输入,并行输出)存储;COMPARESTATE下输入到第一个4输入寄存器,INSTALLSTATE下输入到第二个4输入寄存器。
再寄存器的8个输出端用8个小红灯进行比较数码和设置密码的显示测试。
按下TRY时,由U2(74LS163D)按反馈清零法构成4位二进制加法计数器开始置数并输入CP进行计数,去驱动多路选择器U7(74LS153D进行比较。
计数器输出用七段显示数码管U4(DCD_HEX_DIG_RED)进行显示测试。
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
U1
4015BP_5V
5V
1
寄存双4位数码
U2
74LS163D
5V
1
位数的4进制数计数器
U3
74LS08D
5V
1
构成双3输入与门
U4
DCD_HEX_DIG_RED
1
七段显示数码管
U5A
7400N
1
与非门
U6A
7409N
1
与门
V1
f1=200Hz
1
脉冲信号发生器
X1-X8
小红灯
2.5V
8
调试显示
(1)
2)信号比较单元设计
存入4位比较数码后,并行输出到双多路选择器U7(74LS153D)。
当按下TRY时,用U2(74LS163D)按反馈清零法构成4位二进制加法计数器驱动双多路选择器U3(74LS153D)进行按位选择输出,用异或门进行数码逻辑比较。
用小红灯接其输出端显示测试其比较结果的不同。
(数码比较记过不同输出逻辑1,小红灯亮;相同输出逻辑0,则熄灭。
)
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
U7
74LS153D
5V
用于数码逐个多路选择比较
U8A
74136N
1
异或门
X9
小红灯
2.5V
1
调试显示
(2)
3)信号比较结果分析单元设计
将每位的比较结果寄存到双4输入移位寄存器U9(4015串行输入,并行输出)第一个寄存器进行存储。
当U2(74LS163D)计数到第4位时也输出一个低电平给双4输入移位寄存器U9(4015BP-5V串行输入,并行输出)的第二个寄存器。
再寄存器的8个输出端用8个小红灯进行比较数码和设置密码的显示测试。
如果前5个输出端都输出逻辑0,则表明比较完毕且各位相同,如出项其他情况则可分析出密码不同。
用U10(74LS32D)构成5输入或门,将结果输出。
用小红灯进行测试。
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
U9
4015BP-5V
5V
1
寄存双4位数码
U10
74LS32D
5V
1
构成5输入或门
X10-X17
小红灯
2.5V
8
调试显示
X18
小红灯
2.5V
1
调试显示
(3)
4)信号检测电路单元设计
当数码相同且比较完毕时,将分析出的信号低电平用555定时器U12(LM555CM)构成单稳态触发器进行检测,其检测结果用小绿灯进行测试,表示开锁;再接一个非门,输出用小红灯检测,表示关锁。
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
U11A
7404N
1
非门
U12
LM555CM
5V
1
单稳态触发器电路,做检测信号使用
R1
10kΩ
1
构成单稳态触发器电路
C1
1μF
1
构成单稳态触发器电路
C2
1nF
1
构成单稳态触发器电路
OPEN
小绿灯
2.5V
1
调试显示
ERROR
小红灯
2.5V
1
调试显示
(4)
5)定时单元的设计
一旦按下READ时,用U13(LM555CM)定时器构成单稳态触发器进行检测,输出信号使由U14(74LS163D)构成的5秒加法计数器开始计数,当计数到五秒时,系统输出ALAM信号,电路自动复位并进入自锁状态,使之无法再打开,并由杨声器发出报警信号。
用黄灯进行测试。
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
U13
LM555CM
5V
1
单稳态触发器电路,做检测信号使用
U14
74LS163D
5V
1
5秒计数器
U15
DCD_HEX_DIG_RED
1
七段显示数码管
U16、U17
7404N
1
非门
ALAM
小黄灯
2.5V
1
调试显示
V2
f=50Hz
1
脉冲信号发生器
R2
100k
1
构成单稳态触发器电路
C1
1μF
1
构成单稳态触发器电路
C2
1nF
1
构成单稳态触发器电路
(5)
三、单元电路设计与参数计算
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
U1
4015BP_5V
5V
1
寄存双4位数码
U2
74LS163D
5V
1
位数的4进制数计数器
U3
74LS08D
5V
1
构成双3输入与门
U4
DCD_HEX_DIG_RED
1
七段显示数码管
U5A
7400N
1
与非门
U6A
7409N
1
与门
V1
f1=200Hz
1
脉冲信号发生器
X1-X8
小红灯
2.5V
8
调试显示
(1)
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
U7
74LS153D
5V
用于数码逐个多路选择比较
U8A
74136N
1
异或门
X9
小红灯
2.5V
1
调试显示
(2)
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
U9
4015BP-5V
5V
1
寄存双4位数码
U10
74LS32D
5V
1
构成5输入或门
X10-X17
小红灯
2.5V
8
调试显示
X18
小红灯
2.5V
1
调试显示
(3)
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
U11A
7404N
1
非门
U12
LM555CM
5V
1
单稳态触发器电路,做检测信号使用
R1
10kΩ
1
构成单稳态触发器电路
C1
1μF
1
构成单稳态触发器电路
C2
1nF
1
构成单稳态触发器电路
OPEN
小绿灯
2.5V
1
调试显示
ERROR
小红灯
2.5V
1
调试显示
(4)
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
U13
LM555CM
5V
1
单稳态触发器电路,做检测信号使用
U14
74LS163D
5V
1
5秒计数器
U15
DCD_HEX_DIG_RED
1
七段显示数码管
U16、U17
7404N
1
非门
ALAM
小黄灯
2.5V
1
调试显示
V2
f=50Hz
1
脉冲信号发生器
R2
100k
1
构成单稳态触发器电路
C1
1μF
1
构成单稳态触发器电路
C2
1nF
1
构成单稳态触发器电路
(5)
四、总原理图及元器件清单
1.总原理图
总电路图(finally)
2元件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
U1、U9
4015BP_5V
5V
1
寄存双4位数码
U2
74LS163D
5V
1
位数的4进制数计数器
U3
74LS08D
5V
1
构成双3输入与门
U4
DCD_HEX_DIG_RED
1
七段显示数码管
U5A
7400N
1
与非门
U6A
7409N
1
与门
U7
74LS153D
5V
用于数码逐个多路选择比较
U8A
74136N
1
异或门
U10
74LS32D
5V
1
构成5输入或门
U12
LM555CM
5V
1
单稳态触发器电路,做检测信号使用
U13
LM555CM
5V
1
单稳态触发器电路,做检测信号使用
U14
74LS163D
5V
1
5秒计数器
U15
DCD_HEX_DIG_RED
1
七段显示数码管
U11A、U16A、U17A、U18A
7404N
4
非门
V1
f1=200Hz
1
脉冲信号发生器
V2
f=50Hz
1
脉冲信号发生器
ALAM
小黄灯
2.5V
1
调试显示
OPEN
小绿灯
2.5V
1
调试显示
ERROR
小红灯
2.5V
1
调试显示
X1-X18
小红灯
2.5V
18
调试显示
R1
R1=10kΩ,
R2=100kΩ
2
构成单稳态触发器电路
C1-C4
C1=C4=1μF
C2=C3=1nF
4
构成单稳态触发器电路
五、安装与调试(没有进行安装调试的这部分写电路中参数的选择与计算)
1、输入数码和密码设置的显示调试
小红灯X1-X4为输入数码显示,当亮时表示输入1,灭时表示输入0。
小红灯X5-X8为密码设置显示,当亮时表示设置输入1,灭时表示设置输入0。
2、数码和位数相同与否测试
输入数码相同时,小红灯X9开始灭,否则则亮;等到四个数码都与设置密码相同时,按下TRY,则X10-x13同时灭,小红灯X14也开始灭。
3、开锁、关锁的显示测试
当按下TRY时,系统进行分析操作,如果输入数码与设置密码一致时,则系统输出OPEN信号打开锁,否则数字锁打不开,并输出ERROR信号。
4、5秒定时电路的的调试
当READ一旦按钮触动之后的5S内若未将锁打开,系统输出ALAM信号,电路自动复位并进入自锁状态,使之无法再打开,并由杨声器发出报警信号。
六、性能测试与分析(写仿真调试与分析)
1该设计一个密码锁的控制电路,能在输入正确的开锁代码时,输出开锁信号将锁开启;并用红灯亮,绿灯灭表示关锁;而绿灯亮,红灯灭表示开锁。
输入按键控制较为简易,效果良好,用小绿灯和小红灯模拟仿真准确,逼真。
密码锁设密功能较强,难于破解。
2该电路能在锁的控制电路中用寄存器存储一个可以修改的4位代码,当开锁按钮开关的输入代码等于存储的代码时,将锁打开。
对输入密码和设置密码的比较控制仿真效果良好,特别是用5输入或门作为分析,避免了冒险现象出现的错误。
而用55定时器则加强了信号的准确检测。
3.从第一个按钮触动之后的5S内若未将锁打开,小黄灯输出信号使寄存器存储输入数码清零,则电路自动复位并进入自锁状态,使之无法再打开,并由杨声器发出报警信号。
七、结论与心得
1通过对文献资料的参照查找与对比,以及对仿真软件Multisim的学习。
不仅独立制作出了数字密码所电路的全过程设计、调试,而且初步学会了如何设计数字系统。
在查找文献资料中不仅能学到许多东西,而且学会了许多解决问题的方法;而对Multisim的学习,则更加提高自己实践操作能力的提高。
2对课程设计说明书的撰写,进一步加强了各方面能的锻炼,分析能力进一步加强。
在书写课程设计时,不仅要进行单元块的调试,而且需要一步一步进行组装最后调试。
在进行逻辑分析时,还要对其进行不对思考改进,强化了独立解决问题的能力。
3在设计过程中不断寻求解决方案与方法,独立进行学习与查找方案。
另外,MicrosoftOfficeWord得到熟练应用。
八、参考文献
[1]华中理工大学电子学教研室编,康华光主编。
电子技术基础数字部分(第四版)北京:
高等教育出版社1998.
[2]AdelS.Sedra&KennethC.Smith.MicroelectronicCircuits.CBCCollegeOxfordUniversityPress,Inc.,1998
[3]清华大学电子教研组编,童诗白主编,模拟电子技术。
第二版。
北京:
高等教育出版社,1988.
[4]湖南大学彭介华主编、。
电子技术课程设计指导高等教育出版社1996
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 数字 电子技术 课程设计 密码锁