电工电子技术课程设计电子密码锁.doc

题目 电子密码锁
班级 13****班
学号 201310310***
姓名 ***
指导 王**
时间 2015.6

景德镇陶瓷学院
电工电子技术课程设计任务书
姓名 ***____ 班级 13***班___ 指导老师 王**老师____
设计课题： 电子密码锁

设计任务与要求

查找一个感兴趣的电工电子技术应用电路，要求电子元件超过30~50个或以上，根据应用电路的功能，确定封面上的题目，然后完成以下任务：
1、 分析电路由几个部分组成，并用方框图对它进行整体描述；
2、 对电路的每个部分分别进行单独说明，画出对应的单元电路，分析电路原理、元件参数、所起的作用、以及与其他部分电路的关系等等；
3、 用简单的电路图绘图软件绘出整体电路图，在电路图中加上自己的班级名称、学号、姓名等信息；
4、 对整体电路原理进行完整功能描述；
5、 列出标准的元件清单；

设计步骤

1、 查阅相关资料，开始撰写设计说明书；
2、 先给出总体方案并对工作原理进行大致的说明；
3、 依次对各部分分别给出单元电路，并进行相应的原理、参数分析计算、功能以及与其他部分电路的关系等等说明；
4、 列出标准的元件清单；
5、 总体电路的绘制及总体电路原理相关说明；
6、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。

设计说明书字数不得少于3000字。

参考文献

[1]《数字电子技术基础》，伍时和 主编，清华大学出版社 
[2]《一种电子密码锁的实现》，杨茂涛 主编，福建电脑2004
[3]《数字电路逻辑设计》（第二版），王硫银 主编，高等教育出版社 
[4]《555时基电路原理、设计与应用》，叶桂娟 主编，电子工业出版社
[5]《数字电子技术基础》（第四版），阎石 主编， 高等教育出版社 1997 

目录

1、 总体方案与原理说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
2、 密码输入和修改电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2
3、 密码检测电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
4、 开锁，执行电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4
5、 报警电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
6、 总体电路原理相关说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6
7、 总体电路原理图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
8、 元件清单. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
9、 参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
10、设计心得体会. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

1、总体方案与原理说明
以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路控制方案。

输入按扭开关组
输入锁存电路
密码存储电路
开锁控制电路
机械动作构件
5秒定时电路
20秒定时电路
声光指示电路
图1 数字逻辑控制方案电子密码锁原理框图框图

电路由两大部分组成：密码锁电路和备用电源(UPS)，其中设置UPS电源是为了防止因为停电造成的密码锁电路失效，使用户免遭麻烦。密码锁电路包含：键盘输入、密码修改、密码检测、开锁电路、执行电路、报警电路等。

2、密码输入和修改电路

图2 密码输入和修改电路

开关K1~K9是用户的输入密码的键盘，其开关值分别有数字1到9控制，用户可以通过数字键盘1到9输入密码，开关两端的电容是为了提高开关速度。
密码修改电路由双刀双掷开关S1~S4组成（如上图）, 它是利用开关切换的原理实现密码的修改。当输入密码和开关预置密码相同时，电路接通，接地的低电平输入JK触发器，产生脉冲。修改密码只需拨动上面开关即可。在实际仿真中，我们分别采用了两个单刀双掷开关来实现其功能，其原理一样均是通过检测输入与预置密码一致使得电路接地端导通，否则便无法导通，产生触发信号。

3、密码检测电路

图3 密码检测电路

密码检测电路是由两块74LS112（双JK触发器，包含IC1~IC4）组成密码检测电路。开始工作时，电路先自动将IC1~IC4清零，由报警电路送来的清零信号经C25送到T11基极，使T11导通，其集电极输出低电平，送往IC1~IC4，实现清零。由于IC1处于计数状态，当用户按下第一个正确的密码后，CLK端出现了一个负的下降沿，IC1计数，Q端输出为高电平，用户依次按下有效的密码，IC2~IC3也依次输出高电平，送入与门IC5，使其输出开锁的高电平信号送往IC13的2脚，执行电路动作，实现开锁。
其中IC6的一口端口接密码锁定电路。当输入密码三次错误，便会产生一个锁定信号输入IC6中，使得IC6的输出始终为低电平，从而无法产生正确的开锁信号，此时，密码输入无效，直到锁定解除方可再次输入密码。

4、开锁，执行电路

图4 开锁，执行电路

首先，左端是一个555定时器组成的单稳态电路，其功能是接受输入来的正确开锁信号产生一个高电平输出作用于后面的执行电路。这里稍作调整的是这是一个下降沿产生出发的单稳态电路，当密码检测端没有正确的开锁电平（高电平）产生时，传送过来的低电平信号经一个与非门产生高电平信号输入到555定时器中，当传送过来的是一个开锁电平（高电平）时，其经过与非门产生低电平输出，进入到555定时器中，产生下降沿触发信号，从而实现输出高电平到执行电路中去。
执行电路中的开锁动作由一个发光二极管代替，开锁信号（高电平）传送到T10时，T10集电极上接的D5（绿色发光二极管）发亮，表示开门，20秒后，555电路状态翻转，时间计算主要是基于单稳态触发器中对电容的充电放电实现的，其参数计算如下：T=RCln(Vcc-0) /（Vcc-2/3Vcc）=1.1RC=1.1*1*20=20s

5、报警电路

图5 报警电路

报警电路实现的功能是：当输入密码的时间超过5秒（一般情况下用户输入不会超过），电路报警20秒，防止他人恶意开锁。
电路包含两大部分，25秒延时和5秒延时电路。其工作原理是当用户开始输入密码时，电路开始25秒计时，超出5秒，电路开始20秒的报警。
上图中IC10以及IC11为555集成定时器，图中参数需要调整为相应时间的定时。
有人走近门时，触摸了TP端(TP端固定在键盘上，其灵敏度非常高，保证电路可靠的触发)，由于人体自身带的电，使IC10的2脚出现低电平，使IC10的状态发生翻转，其3脚输出高电平，T5导通(可以通过R12控制T1的基极电流)，其集电极接的黄色发光二极管D3发光，表示现在电子锁处于待命状态,T6截止，C4开始通过R14充电(充电时间是40秒,此时为用户输入密码的时间，即用户输入密码的时间不能超过40秒，否则电路就开始报警, 由于用户经常输入密码，而且知道密码，一般输入密码的时间不会超过40秒)，IC2开始进入延时40秒的状态。 时间参数计算：T=1.1RC=1.1*1*39=40s
开始报警:当用户输入的密码不正确或输入密码的时间超过40秒，IC11的2脚电位随着C4的充电而下降,当电位下降到1/3Vcc时(即40秒延时结束时候),3脚变成高电位(延时时是低电平),通过R15使(R15的作用是为了限制T7的导通电流防止电流过大烧毁三极管)T7导通,其集电极上面接的红色发光二极管D4发亮,表示当前处于报警状态,T8也随之而导通,使蜂鸣器发声,令贼人生怯,实现报警。
停止报警:当达到了80秒的报警时间，IC10的6,7脚接的电容C5放电结束,IC10的3脚变成低电平,T5截止,T6导通,强制使强制电路处于稳态，IC11的3脚输出低电平,使T7,T8截止,蜂鸣器停止报警；或者用户输入的密码正确，则有开锁电路中的T10集电极输出清除报警信号，送至T12（PNP），T12导通，强制使T7基极至低电位，解除报警信号。

6、总体电路原理相关说明
原理说明分析：
当按下报警电路的TP端开关使其输入一个低电平信号，通过555定时器输出一个清零信号到密码检测电路的清零信号，清零信号经C25送到T11基极，使T11导通，其集电极输出低电平，送往IC1~IC4，从而使得JK触发器清零，电路开始工作，输入密码。
首先手动输入密码，当用户输入的密码不正确或输入密码的时间超过40秒，IC11的2脚电位随着C4的充电而下降,当电位下降到1/3Vcc时(即40秒延时结束时候),3脚变成高电位(延时时是低电平),通过R15使(R15的作用是为了限制T7的导通电流防止电流过大烧毁三极管)T7导通,其集电极上面接的红色发光二极管D4发亮,表示当前处于报警状态,T8也随之而导通,使蜂鸣器发声。当达到了80秒的报警时间，IC10的6,7脚接的电容C5放电结束,IC10的3脚变成低电平,T5截止,T6导通,强制使强制电路处于稳态，IC11的3脚输出低电平,使T7,T8截止,蜂鸣器停止报警；或者用户输入的密码正确，则有开锁电路中的T10集电极输出清除报警信号，送至T12（PNP），T12导通，强制使T7基极至低电位，解除报警信号。当输入密码正确时，依次触发74112输出高电平，送入与门IC5，使其输出开锁的高电平信号送往IC13的2脚，执行电路动作，实现开锁使其输出高电平送往IC13的输入端，则3脚输出高电平，使T10导通，T11导通，发光二极管发光，实现开门，同时T10集电极上接的D5（绿色发光二极管）发亮，表示开门，20秒后，555电路状态翻转，停止工作。当电路报警的次数即输入密码错误超过3次，由IC9（74161）构成的3位计数器将产生进位，通过IC7，输出清零信号送往74161的清零端，以实现重新计数。经过IC8（与门），送到IC12（555）的2脚，使3脚产生5分钟的高电平锁定脉冲（其脉冲可由公式T=1.1RC计算得出），经T9倒相，送IC6输入端，使IC6输出低电平，使IC13不能开锁，到锁定的目的。

7、总体电路原理图

8、元件清单
元件名称
型号、参数
数目
电阻
1KΩ
7
电阻
2.2 KΩ
1
电阻
20KΩ
1
电阻
3.3Ω
4
电阻
100Ω
1
电阻
1MΩ
1
电阻
2MΩ
1
电容
10nF
13
电容
20uF
1
电容
39uF
1
电容
50uF
1
电容
100 uF
1
发光二极管
LED
3
触发器
74112
4
定时器
555
5
开关
——
8
开关
——
9

参考文献
[1]《数字电子技术基础》，伍时和 主编，清华大学出版社 
[2]《一种电子密码锁的实现》，杨茂涛 主编，福建电脑2004
[3]《数字电路逻辑设计》（第二版），王硫银 主编，高等教育出版社 
[4]《555时基电路原理、设计与应用》，叶桂娟 主编，电子工业出版社
[5]《数字电子技术基础》（第四版），阎石 主编， 高等教育出版社 1997 
[6]《新型电子密码锁的设计》，李明喜 主编， 机电产品开发与创新 2004 
[7]《电子技术基础（数字部分）》（第五版），康华光 主编，高等教育出版社 
[8]《模拟电子技术基础》（第三版），童诗白 华成英 主编  ，高等教育出版社 
[9]《电子线路设计·实验·测试》（第三版），谢自美 主编，华中科技大学出版社
设计心得体会
以上是我本次课程设计的成果——电子密码锁电路，经过各种查阅，多次修改和调试，最终得到了一个理论上可靠，实用的设计。
在此次课程设计中，我结合了我们的电工实习经验，在课余时间查阅了各类电子类书籍。既锻炼了我的创新能力和动手能力，又进一步巩固了本学期学习的电工类知识。是我对逻辑门电路，各种基本集成芯片都有了进一步的理解。由简单的抽象理解到实际认识。
密码锁的设计使我学会分析、设计数字逻辑电路的一般方法，让我知道如何根据提出的任何一种需要实现的逻辑功能设计出满足要求的逻辑电路和分析出任何一种给定逻辑电路所具有的逻辑功能。并且掌握了逻辑代数的基础知识和所用半导体器件的电气特性。
通过这次实训，我觉得学习像数电这样实用的知识，不仅要掌握书本上的基本内容，要求熟悉个芯片个器件功能，还要灵活思考，善于变换，比较各种方案的优缺点，学会取舍、汲取精华，并要能够联系实际，这样才能找到最优设计，达到事半功倍的效果。实践，再学习、再实践，才能使自己不被社会淘汰。
在实际电路的调试过程中，我们遇到了很多问题， 这使得我们不得不通过多种途径来解决，增强了我们通过网络，图书馆等途径来查询资料自主解决问题的能力。对于查阅资料仍无法解决的问题，我们通过与同学讨论，询问老师等途径解决了我们面临的困难和问题。
通过这两周的课程设计，我们小组成员都有了很大的收获：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。
两周的时间紧张而且快乐地过去了，虽说没有焊接电路板让我们相当遗憾，但是我们每个人仍然收获了很多：从设计电路之初的茫然到设计完成仿真完美实现时的欣喜，搭建的电路模块“哑巴”状态到指示灯终于随着按键控制有规律的亮灭，前者让我感受到思维的乐趣，后者让我体验到动手的快乐。思维要缜密，操作要严谨——这就是我们两周时间的最大收获吧。
（需查重报告还可联系qq:1931828184）
9