数电设计数字密码锁.doc

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目录
一·课程名称·······························2
二·设计目的和要求·························2
三·设计要求·······························３
三·设计框图·······························4
四·所用器件和原理·························5
4.1 器件表·····························5
4.2 ＬＳ２９０Ｎ·······················5
4.3 发光二级管·························６
4.4 四线七段显示译码管··················７
4.5比较器 74LS85······················１０
五·各个功能仿真图仿真图················１２
5.1脉冲输入装置······················１２
5.２密码输入部分······················１３
5.3 密码校验部分············１６
５．４密码锁定部分··········１9
六、出现的问题及调试············20
七·参考文献······························21
八·设计体会······························22
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（一）.课程名称
数字密码锁
（二）.设计目的

1. 使学生在学完了《数字电子技术》课程的基本理论，基本知识后，能够综合运用所学理论知识、拓宽知识面，系统地进行电子电路的工程实践训练，锻炼动手能力，培养工程师的基本技能，提高分析问题和解决问题的能力。

2. 熟悉集成电路的引脚安排，掌握各芯片的逻辑功能及使用方法，了解面包板结构及其接线方法，了解数字密码锁的组成及工作原理。

3. 培养独立思考、独立准备资料、独立设计规定功能的数字密码锁系统的能力。

4. 培养书写综合设计实验报告的能力。

1、加深和巩固电子电路路基本知识的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力。
2培养根据设计需要选学参考书籍，查阅相关手册、图表和文献资料的自学能力。
3、通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件、电路组装、调试和检测等环节，初步掌握简单实用的分析方法和工程设计方法。
4、学会简单电路的实验调试和性能指标的测试方法，提高动手能力和进行数字电子电路实验的基本技能。
5、随着人们生活水平的提高，如何实现家庭防盗这一问题也变的尤其的突出，传统的机械锁由于其构造的简单，被撬的事件屡见不鲜，电子锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的亲睐。
（三）设计要求
1.能进行二进制数字（即密码）输入;
2.能进行密码的比较;
3.能进行计时；
4.画电路图；
5.进行电路仿真与测试。
设计任务与要求：
设计一个电子密码锁电路，要求：
1、其密码为8位二进制代码，开锁指令为串行输入码,；
2、开锁输入码与原射密码一致时，锁被打开，若密码输入不对红灯亮，即发出警告，当发出第六次警告后就不能再行密码输入。
（一） 设计原理及方框图
开锁成功与否显示
密码输入
密码校验
脉冲输入
计数部分及数据显示
开锁电路锁定

设计清单

组号
名称
型号
数量
１
开关

3
2
发光二极管
LED
2
3
与门
74LS21D
1
４
与非门
74LS38N
1
５
电源
VCC
5V五个、1V一个
６
555计时器
555-TIMER-ＲＡTED
1
７
四段数显译码器
DCD-HEX
2
８
计数器
74LS290N
2

２、元器件功能与作用
1、LS290N
其是一种典型的中规模异步二五十进制计数器。各管脚如下图所示。

异步清零端/Ro1Ro2为低电平时，不管时钟端CP信号状态如何，都可以完成清零功能。
当R91、R92都接低电平时可以进行计数，同时GND端接低电平。
当INA处来三个下降沿后，QA QB QC QD 依次为1100.实现计数功能````````````。但单个的290只能实现最大十位以内的计数功能，当需要更多的计数时，需要将几个290进行级联，方法如下图
将低级的QD接到高级的INA端，这样低级290每计数十次，产生一个下降沿，使高级290产生依次计数。下图是一个四十进制计数器，当计数到四十时，产生的高电平送到低级290的R01,R02,高级290 的R01，R02，使两个290进行清零操作，重新计数。
2、发光二极管

发光二极管
它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。 当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。
3、四线七段显示译码管
本设计中用到两个四线七段译码器，用来显示所记的时间。
效果如下图所示

4、先介绍一下四线七段译码器：

5、比较器 74LS85
在一些数字系统当中经常要求比较两个数值的大小。为完成这一功能所设计的各种逻辑电路统称为数值比较器。
例如，A.B是两个4位二进制数A3A2A1A0和B3B2B1B0,进行比较的话，应该首先比较高位的A3和B3，如果A3＞B3,那么不管其他几位数码各为何值，肯定A＞B．反之，若A3＜B3，则不管其他几位数码为何值，肯定A＜B。如果A3﹦B3，这就必要通过比较下一位数A2和B2的大小来判断A和B的大小了。依此类推，肯定能比较出结果来。
如果A.B是两个多位数的高4位数，那么，当A.B相等时，就需要以低位的比较结果来决定两个数的大小了。根据上面的原理，可以得出A＞B，A＜B，A﹦B的逻辑函数式了。74LS85就是这样的4位数值比较器。
我们就得到了表示A>B、A<B和A=B的逻辑函数式为：
Y(A>B)=A3B3’+(A3⊙B3)A2B2’+(A3⊙B3) (A2⊙B2) A1B1’+(A3⊙B3) (A2⊙B2) (A1⊙B1) A0B0’ +(A3⊙B3) (A2⊙B2) (A1⊙B1) (A0⊙B0)I(A>B)
Y(A<B)=A3’B3+(A3⊙B3)A2’B2+(A3⊙B3) (A2⊙B2) A1’B1 +(A3⊙B3) (A2⊙B2) (A1⊙B1) A0’B0 +(A3⊙B3) (A2⊙B2) (A1⊙B1) (A0⊙B0)I(A<B)
Y(A=B)=(A3⊙B3) (A2⊙B2) (A1⊙B1) (A0⊙B0)I(A=B)
I(A>B) I(A<B) I(A=B)是来自低位的比较结果。相比较的两数都只有4位，没有来自低位的比较结果时，应令I(A>B) =I(A<B)=0，I(A=B)=1.由于A和B的比较结果只有A>B、A<B、A=B三种结果，所以“不是A>B或A<B就是A=B”、 “不是A<B或A=B就是A>B”,因此又得到如下关系式：
Y(A>B)=（Y(A<B)+ Y(A=B)）’
Y(A<B)=（Y(A>B)+ Y(A=B)）’。
比较两组数字的大小（或者比较二者是否相等）时，由于一个7485N只能比较四位二进制的大小，若想比较高于四位的二进制数，可以将几个进行级联，具体方法为：将低位芯片的各位比较器的输出端FA>B、FA<B、FA=B分别与高位芯片的相应的级联输入端IＡ＞Ｂ、ＩＡ＜Ｂ、ＩＡ＝Ｂ相连接，最低位的级联输入应将IＡ＞Ｂ、ＩＡ＜Ｂ接低电平，将ＩＡ＝Ｂ接高电平。高位７４８５的输出为最终的比较结果。
各个功能仿真图仿真图
1、脉冲送入，如下所示。

J4开关没摁下之前，555计时器一直输出低电平，摁下J4并放手，555计时器的输出端输出一个时间可调的高电平，之后恢复低电平。这个通过开关可控脉冲的装置在以后的设计中会显示它的优势。
LM555CN的逻辑功能表如下图
输入
输出
R
VI1
VI2
V0
TD状态
0
X
x
低
导通
1
>2/3Vcc
>1/3Vcc
低
导通
1
<2/3Vcc
>1/3Vcc
不变
不变
1
<2/3Vcc
<1/3Vcc
高
截止
1
>2/3Vcc
<1/3Vcc
高
截止

LM555CN引脚图介绍如下： 1地 GND. 2触发 . 3输出 . 4复位 . 5控制电压 . 6门限(阈值） . 7放电 . 8电源电压VCC
管脚图如下：

2、密码输入部分

密码输入部分的核心是一个八位移位寄存器74LS164D。
当清除端（CLEAR）为低电平时，输出端（QA－QH）均为低电平。
串行数据输入端（A，B）可控制数据。当A、B 任意一个为低电平，则禁止新数据输入，在时钟端（CLOCK）脉冲上升沿作用下Q0 为低电平。当A、B有一个为高电平，则另一个就允许输入数据，并在CLOCK 上升沿作用下决定Q0 的状态。
引出端符号：
CLOCK 时钟输入端
CLEAR 同步清除输入端（低电平有效）
A，B 串行数据输入端
QA－QH 输出端极限值
电源电压………………………………… 7V
输入电压………………………………… 5.5V
工作环境温度
54LS164…………………………………… -55～125℃
74LS164…………………………………… -0～70℃
储存温度…………………………………… -65℃～150℃
74LS164是八位并出串行移位寄存器.功能是将数据串行移入,并行输出。
当单刀双掷开关J3接通5V时表示输入“1”，当J3接通地时表示输入的密码是“0”。由此对电路进行串行得密码输入，等到对电路输入八次密码（需要八个由555计时器产生的上升沿脉冲将密码送进电路）后，八个密码记录在移位寄存器的输出端QA~QG。
3.密码校验部分

当输入密码和预定密码一致时，高位７４８５Ｎ的ＯＡＥＱＢ输出为“１”，此时与之相连的绿色发光二极管ＬＥＤ１发光，同理，若密码输入有误，责红色发光二极管发光，以示警报。
４、四线七段译码器。
其主要功能是提示密码输入者共输入了多少个二进制数（并不是输入了几次密码），每输入一次密码，由于要输入８个二进制数，故每完成一次密码输入，其显示应该为８，但电路允许的秘密输入是６次，故当四线七段译码器显示到４９时（表示已进行了６次密码输入，正在进项第七次输入），将会不允许再次进行密码输入。
如下图就是完成一次密码输入，但是密码输入错误时红灯亮，表示报警。

具体的方式为将两个７４ＬＳ２９０的计数器的最大值定到４９，接一个与非门反馈到开锁线路。
锁定电路部分
当密码输入错误次数达到六次后，就要锁定电路。通过一个简单的与门实现。如图所示。
出现的问题
１、５计时器的搭配元件（如电容电阻不合适时），出现元件烧坏的问题。后来修改了参数，解决了这个问题。
２、连接二极管总忘记接电阻，电路调试出现问题。
３、想的是允许进行６次密码输入，就讲两个７４ＬＳ２９０的计数最大值调到了８×６＝４８，可是后来想到，如果那样接无论第六次密码输入对与错，都不能开锁，于是将计数器的最大值调到了４９。
4、最初密码校验部分采用的是一片3-8译码器和一片8选1数据选择器构成的等值数码比较器，但是发现能比较的位数较少，只有三位，这样密码容易被破译。后改成由两片7485构成的数值比较器，效果较好。
还有很多困难诸如不知用什么元件实现预想结果就不在一一列举
八．参考文献

【1】 张建华，数字电子技术第二版
【2】 21ic中国电子网
【3】阎石.数字电子技术基础（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2005
【4】 高吉祥.电子技术基础实验与课程设计[M].北京：电子工业出版社，2002
【5】 赫鸿安,徐红媛.555集成电路实用大全[M].上海：上海科学普及出版社,2005
【6】 陈永甫. 新编555集成电路应用800例. 四川：成都电子科技大学出版社. 1992
【7】 陈有卿，叶桂娟. 555时基电路原理、设计与应用. 北京： 电子工业出版社. 2007
【8】 赵珂，彭嵩. 脉冲与数字电路实验指导书. 南昌航空大学电子信息工程学院
实验实践中心. 2008
【9】 王毓银. 数字电路逻辑设计. 北京：高等教育出版社. 2005
【10】 郁汉琪.数字电子技术实验及课题设计.北京：高等教育出版社，1995.5
【11】 阎石.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社，2006.5

九．设计体会
在设计电路的连接图中出错的主要原因都是接线和芯片的接触不良以及接线的错误所引起的。接线的时候一定要细心,不要接错,同时也要学会如何 判别芯片的好坏,要是芯片坏了即使接线再正确也出不来结果。对设计图要仔细考虑电极不能接错，例如电容器上的标记方向要易看可见。考虑是否可行尤其进位着重看看进位的输出脉冲CP是否正确。
    通过这次课程设计学习，让我对各种电路都有了大概的的了解，学会常用绘图软件的使用。这次课程设计，我收获良多。在一开始的时候，很担心自己不能完成实验，因为这学期的数字电子技术不是学得很好，造成信心不是很足。后来也证明了我是可以独立完成的。在设计电路的时候，考虑的不是很全面，以及画电路图的时候没有很细心谨慎地工作，造成了一些低级错误。所以经过课程设计，我提高了自己的动手能力，也增强了自己的信心。同时让我知道在工作的时候要保持细致严密的工作态度，这样会事半功倍。所以说，细心对于一个想要了。
设计心得体会
　　最大的收获就是学会了自学软件。不会的可以请教别人，但是当大家都在忙时，就必须学会靠自己了。
　　　看似简简单单的一个电路搭配时要选择能实现预想功能的原件，要调试电路，一遍又一遍，有时累了烦了甚至想放弃了，是责任感支撑自己做下去，人生需要信念。
课程设计刚开始，拿着选定的题目不知如何入手。毕竟课程设计不同于实验课，电路图和程序都要自己设计。静下心来，仔细分析题目，再加上指导老师的说明与提示和同组成员的帮助，心中才有了谱。将整个系统根据不同的功能化分成模块，再分别进行设计，逐个攻破，最后再将其整合即可。
通过使用multism软件既方便有快捷的实现了程序本次设计的程序已经在硬件系统上得到了验证 ,实验表明 ,此设计方法能够满足多种不同要求 ,并且该方法便于扩展不同变化模式。但是试验中也出现了一些不熟练的操作问题和一些复杂程序的不能完全理解都需要我在平时多学习，进一步的完善自己。在实习中经常会遇到一些自己可能暂时无法想明白的问题，请教同学或老师是很好的做法，节省时间也会从别人上上学到更多。在设计时和同学相互交流各自的想法也是很重要的，不同的人对问题的看法总有差异，我们可以从交流中获得不同的思路，其他人的设计一定有比你出色的地方，很好的借鉴，并在大家的商讨中选择最优方案最终一定会得到最好的设计方法。电子技术课程设计是配合电子技术基础课程与实验教学的一个非常重要的教学环节。它不但能巩固我们已所学的电子技术的理论知识，而且能提高我们的电子电路的设计水平，还能加强我们综合分析问题和解决问题的能力，进一步培养我们的实验技能和动手能力，启发我们的创新意识几创新思维。
整个课程设计过程我都认真地完成了，对此，我总结了以下几点：
第一，一宿舍人一组，既加强了我们的动手能力，又让我们学会了团结一致，共同合作才能研究出最好的方案。我们将理论联系实际，在交流中取得进步，从问题中提高自己。
第二，本次课程设计加深了我对数电技术的进一步深入理解。熟悉了multism软件的应用，获得了对软件更多的认识。
第三，通过这次课程设计，使我受益颇多。了解到课程实习设计是开端，连接是关键，测试是必须的是最重要的，否则。既巩固了课堂上学到的理论知识，又掌握了常用集成电路芯片的使用。在此基础上学习了数字系统设计的基本思想和方法，学会了科学地分析实际问题，通过查资料、分析资料及请教老师和同学等多种途径，独立解决问题。同时，也培养了我认真严谨的态度。
通过这三周的学习，我感觉有很大的收获：首先，通过学习使自己对课本上的知识可以应用于实际，使的理论与实际相结合，加深自己对课本知识的更好理解，同时实习也段练了我个人的动手能力：能够充分利用图书馆去查阅资料，增加了许多课本以外的知识。能对multism等仿真软件操作，能达到学以致用。对我们学生来说，理论与实际同样重要，这是我们以后在工作中说明自己能力的一个重要标准。
在实习中，我感受到了老师对学生的那种悔人不卷的精神，每周的抽出时间，老师都来给我们指导，使我们少走弯路，顺利完成实习任务，请允许我向你们致意崇高的敬意，谢谢！　

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