电工电子仿真实践课程设计数字密码锁仿真设计.doc

电工电子仿真实践课程设计数字密码锁仿真设计

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2020年4月19日
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电工电子仿真实践课程设计

课 程 电工电子仿真实践课程设计
题 目 数字密码锁仿真设计
院 系 电气信息工程学院电气系
专业班级 电气12-2
学生姓名
学生学号
指导教师

7月 4日
电工电子仿真实践课程设计任务书

课程 电工电子仿真实践课程设计
题目 数字密码锁仿真设计
专业 电气工程及其自动化 姓名 学号
主要内容：
根据Multisim8软件仿真特性设计简易密码锁并验证其功能。
基本要求：
1、要求设计一个简易的数字密码锁，其信号是给定的脉冲信号，是比较稳定的；
2、设置三个正确的密码键，实现按密码顺序输入的电路。密码只有按顺序输入后才能输出密码的正确信号；
3、设置一个伪键，只要伪键按下后，密码锁都无法打开；
4、每次只能接受四个按键信号，且第四个键只能是“确认”键，其它无效；
5、能显示已输入键的个数；
6、第一次密码输错后，能够输入第二次。但连续输入错码，密码锁将被锁住，必须系统操作员解除（复位）。

主要参考资料：
[1] 梁宗善.新型集成块应用[M].武汉:华中理工大出版社， .
[2] 陈有卿.实用555时基电路300例[M].北京：中国电力出版社， .
[3] 沈任元勇.数字电子技术基础[M].北京：机械工业出版社， .
[4] 陈松.数字逻辑电路[M].南京:东南大学出版社， .6.
[5] 张庆双.实用电子电路200例[M].北京：机械工业出版社， .

完成期限 .6.30—— .7.4
指导教师
专业负责人
7 月4日

目　录

1 设计 1
2 方案选择与电路原理图 1
2.1 按键信息锁存的选择 1
2.2 按键次数计数器的选择 1
2.3 密码判别电路的选择 1
2.4 设计思路及原理 2
3 元件选取 3
4 设置分析与仿真 4
4.1 顺序控制电路 4
4.2 计数电路 5
4.3 防抖电路 5
4.4 锁死电路 6
4.5 完整电路 6
5 仿真结果分析 7
6 总结 7
参考文献 9

1 设计
要求设计一个简易的数字密码锁，其信号是给定的脉冲信号，是比较稳定的。
1、设置三个正确的密码键，实现按密码顺序输入的电路。密码只有按顺序输入后才能输出密码的正确信号。
2、设置一个伪键，只要伪键按下后，密码锁都无法打开。
3、每次只能接受四个按键信号，且第四个键只能是“确认”键，其它无效。
4、能显示已输入键的个数。
5、第一次密码输错后，能够输入第二次。但连续输入错码，密码锁将被锁住，必须系统操作员解除（复位）。
2 方案选择与电路原理图
2.1 按键信息锁存的选择
密码一般由若干位数字或字母组成，分“真码”和“伪码”两类，每一位对应一个按键。由于密码必须一位一位依次输入，故需用触发器锁存相应的按键信号。
2.2 按键次数计数器的选择
为增加保密性，必须限制密码输入的次数，因而需要按键次数计数器。当输完预定的n位密码后，只能有两种选择：一是确认，二是返回重输按键次数计数器也可提供相应显示。当密码位数不多时，可用集成移位寄存器实现按键次数的计数及显示。
2.3 密码判别电路的选择
由于密码正确与否与输入顺序有关，故密码判别电路的设计有一定的讲究。实现上述想法的一种思路是采用类似移位寄存器的结构，如图所示。触发器首先清零，每一个“真码”键作为一个触发器的时钟，并将各触发器顺序级联起来。只有的按正确的顺序输入各位“真码”，各触发器才会顺序置位，最后才会出有效电平1。“伪码”则不需锁存，只须计入按键次数即可。
2.4 设计思路及原理
密码一般由若干位数字或字母组成，分“真码”和“伪码”两类，每一位对应一个按键。由于密码必须一位一位依次输入，故需用触发器锁存相应的按键信号。为增加保密性，必须限制密码输入的次数，因而需要按键次数计数器。当输完预定的n位密码后，只能有两种选择：一是确认，二是返回重输。按键次数计数器也可提供相应显示。当密码位数不多时，可用集成移位寄存器实现按键次数的计数及显示。由于密码正确与否与输入顺序有关，故密码判别电路的设计有一定的讲究。实现上述想法的一种思路是采用类似移位寄存器的结构，如图所示。触发器首先清零，每一个“真码”键作为一个触发器的时钟，并将各触发器顺序级联起来。只有的按正确的顺序输入各位“真码”，各触发器才会顺序置位，最后才会出有效电平1。“伪码”则不需锁存，只须计入按键次数即可。
因此，数字密码锁的原理图如图2.1所示。

输

入

控

制

伪码键
密码键
确认键
按键个数计数
复位
返回键
复位
键值锁存
密码顺序判别
显示
输出控制
声光报警
密码正确

图2.1数字密码锁原理图

3 元件选取
核心元件：74160异步清零计数器如图3.1所示。
图3.1 74160异步清零计数器
74160，是一个4位二进制的计数器，它具有异步清除端与同步清除端不同的是，它不受时钟脉冲控制，只要来有效电平，就立即清零，无需再等下一个计数脉冲的有效沿到来。具体功能如下：
1、异步清零功能
只要（CR的非）有效电平到来，无论有无CP脉冲，输出为“0”。在图形符号中，CR的非的信号为CT=0，若接成七进制计数器，这里要特别注意，控制清零端的信号不是N-1（6），而是N（7）状态。其实，很容易解释，由于异步清零端信号一旦出现就立即生效，如刚出现0111，就立即送到（CR的非）端，使状态变为0000。因此，清零信号是非常短暂的，仅是过度状态，不能成为计数的一个状态。清零端是低电平有效。
2、同步置数功能
当（LD的非）为有效电平时，计数功能被禁止，在CP脉冲上升沿作用下D0～D3的数据被置入计数器并呈现在Q0～Q3端。若接成七进制计数器，控制置数端的信号是N（7）状态，如在D0～D3置入0000，则在Q0～Q3端呈现的数据就是0110。
我们使用的是异步清零的功能，使用两个74160分别实现了，计数功能和锁死的功能。运用的都是其计数功能，再使用其它门电路就能实现很多功能，计数时，输入端都接地，我们并没有用到其置数的功能。
其它元件：七段显示器、74LS32N（或门）、74LS04D（反相器）、74LS08D（与门）、开关、1.0μF电容、1.00KΩ电阻、10.0KΩ电阻、2.5V指示灯。
4 设置分析与仿真
4.1 顺序控制电路
其电路图如4.1所示。

图4.1 顺序控制电路

这部分是数字密码锁最基本，最重要的部分，是开锁的部分，主要为D触发器组成的密码键，前三个D触发器为密码键，第四个为确认键，由开关控制产生的产生单脉冲信号被送入D触发器时钟脉冲端，只有依次按密码键，送入脉冲信号，最后按确认键确认键端的D触发器输出端才为高电平，其它任何时候都为低电平。开关时控制输入时钟信号，即使有抖动，对D触发器也不会造成影响，有一个清零键同时控制着这四个触发器。最后一个触发器钱的与门是锁死次触发器用的，这里设计十分巧妙。其它的或门为计数电路和锁死电路的一部分,四个或门是收集按了按键的个数，然后将信号传输到计数器上。

4.2 计数电路
输入信号由去抖电路接到次计数器上，三个密码键和一个伪键、确认键，每当按下其中的一个按钮就会有一个上升沿脉冲输入到此电路，这是经过或门来实现的，只要有高电平输出，就会一路传输到计数器，或门,遇1即1，密码键、确认键、伪键的信号独自传输，不会造成干扰。
然后输入到74160计数器组成的计数电路中，每来一个脉冲，就加一次，从000一直到100计四个数，然后1经过非门后输出0接入异步清零端清零，计数器重新从000开始计数。计数器不需要清零键来清零，会自动循环，因此在第一次使用时，把数字显示管调到0。
图4.2 计数电路
4.3 防抖电路
首先经过去抖电路，防抖电路十分必要，不然计数器，将不能正常的显示已输入密码的个数，去抖的方案有很多，这是最简单的一种。

图4.3 防抖电路
4.4 锁死电路
左边的小灯代表开锁信号，灯亮开锁，右边的小灯代表锁死信号，灯亮锁死电路同时也能起到报警的作用，当三次按下确认键后，密码都不对时，74160输出11，经过与门输出信号高电平，锁死灯亮，同时高电平经过非门将左侧的与门锁死，不论密码盘输入什么，最后的确认D触发器都接受不了信号，一直输出低电平。上方的为复位键，只有程序员能够用到，不放置于密码盘处，用于解除锁死，74160的接法如图4.4所示。

图4.4 锁死电路

4.5 完整电路
图4.5 完整电路
5 仿真结果分析
仿真时，我们组按照下图画好电路，电路画好后，开始仿真。
1、2、3键为正确的密码键。4键为确认键，每次输入密码的最后要按次键。
5键为清零键，在输入错误密码，密码锁打不开后，用5键来清零，再重新来尝试解锁。
6键为伪键，按此键后，计数器正常计数，但不可能会打开密码锁。
1、2、3、4、6键经过或门将信号输送到计数器。也就是说，只有依次按下1、2、3、4（开关闭合打开共两次）数字密码锁才会被打开。

图5.1 模拟电路

6 总结
本课程设计就电子密码锁系统进行原理图设计，使用Multisim8软件进行了仿真，验证了设计的合理性和可行性。具体内容包括：
1、设计了密码锁系统的主电路和控制电路，包括顺序控制电路、计数电路、防抖电路、锁死电路；
2、根据设计任务指标计算了各部分系统参数，并进行了相应元件选取；
3、利用Multisim8软件进行了仿真，仿真结果表明：设计的密码锁经过多次修改和整理，是一个比较不错的设计，能够满足人们的基本要求，但因为水平有限，此电路中也存在一定的问题，这需要一段时间的进一步改进；
4、经过对各元器件的引脚功能、真值表的分析、并设计其原理图，且利用电子电路计算机进行仿真使得学习研究电子技术变得更加简单、直观，学习效果进一步提高，带动了学习的积极性。
经过学习使自己对课本上的知识能够应用于实际，使得理论与实际相结合，加深了对课本上知识的理解，并能够利用到图书馆查阅资料，增加了许多课本以外的知识，且实习也锻炼了我个人的动手能力，经过书写电子密码锁论文同时也锻炼了我的文字表示能力。
在设计过程中，我感受到了老师对学生的那种悔人不卷的精神，每天的固定时间，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，感谢您，老师！

参考文献
[1] 梁宗善.新型集成块应用[M].武汉:华中理工大出版社， .
[2] 陈有卿.实用555时基电路300例[M].北京：中国电力出版社， .
[3] 沈任元勇.数字电子技术基础[M].北京：机械工业出版社， .
[4] 陈松.数字逻辑电路[M].南京:东南大学出版社， .6.
[5] 张庆双.实用电子电路200例[M].北京：机械工业出版社， .

东北石油大学课程设计成绩评价表
课程名称
电工电子仿真实践课程设计
题目名称

学生姓名

学号

指导教
师姓名

职称

序号
评价项目
指 标
满分
评分
1
工作量、工作态度和出勤率
按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率高，工作作风严谨，善于与她人合作。
20

2
课程设计质量
课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规范，图表完备正确。
45

3
创新
工作中有创新意识，对前人工作有一些改进或有一定应用价值。
5

4
答辩
能正确回答指导教师所提出的问题。
30

总分

评语：

指导教师： 年 月 日