数字密码锁课程设计报告
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电子基础课程设计报告 设计课题：数字密码校验设计 专业班级：09级电子1班 组长：韩 忙 学号：20090813007 组员：冯少平 学号：20090813005 高 腾 学号：20090813006 何 滔 学号：20090813007 沈非迟 学号：20090813029 指导教师： 罗 英 设计时间： 11年9月22日—11月30日
1 目 录 一、摘要„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 2 二、设计任务与要求„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 三、方案设计与论证 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 3.1 方案选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 方案一：555集成电路构成的密码锁电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 方案二：基于74LS1944的移位寄存电路设计 „„„„„„„„„„„„„„„„4 方案三：基于74LS153的选择器密码电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 方案四：基于8D锁存器74LS373的锁存密码电路„„„„„„„„„„„„„„5 3.2 方案选择论证„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 四、单元电路设计、参数计算及元器件选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 4.1总体框图设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 4.2 功能模块部分„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 4.2.1 脉冲电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 4.2.2 密码保存及读取„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 4.2.3 密码比较电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13 4.2.4 密码恢复与修改模块„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 4.2.5 电路状态显示与报警电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16 4.2.6 时间控制电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17 4.2.7 错误次数计数电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19 4.2.8 锁定计时电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„20 五、总原理图及元器件清单„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„22 5.1 总原理图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„22 5.2 元件清单„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24 5.3实验仪器工具„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24 六、安装与调试„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„25 七、性能测试与分析 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27
2 7.1 测试过程中得错误、分析及解决办法„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27 7.2 电路最终性能 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„28 八、结论与心得„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„29 九、参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„30 一、摘要 本次课程设计的题目是电子密码校验设计，由输入密码、设定密码、寄存电路、比较电路、显示电路、修改密码组成。本电子密码锁利用数字逻辑电路，实现对锁的电子控制，突破了传统的机械锁的单一性、保密性低、易撬性的缺点，数字电子密码锁具有保密性高、使用灵活性好、安全系数高的优点。 主要工作部分是将输入密码与正确密码进行比较，密码正确时绿色发光二极管亮，密码错误则红色发光二极管亮。输入电路将8位密码并行输入，并将8位二进制密码寄存在74LS373中。密码是否相等利用同或门将输入的密码和预定密码进行比较，当相等时便触发红色发光二极管，不相等则作用到绿色发光二极管。同时经过显示译码器作用到数码显示器显示密码。它的电路结构简单，但电路具有复杂的数字逻辑关系，密码破译难度较大，操作简单，用户使用方便。综合看来，此电子密码锁实用性强。随着电子产品向智能化和微型化的不断发展，数字逻辑电路电子芯片已成为电子产品研制和开发首选的控制器。 二、设计任务与要求 1、利用所学电路的理论和知识进行设计， 设计一个电子锁，密码为8位二进制代码，当开锁输入码与密码一致时，绿灯亮表示锁开，当开锁输入码与密码不一致时，红灯亮且报警。 具有错误报警，输入时间限制，输入次数限制及锁定电路等功能。在锁定期间一切操作无效并且发出警报声。 2、操作流程： 1）：电路初始化后，初始密码位1111 1111，输入密码后按下确认按钮绿灯亮。 2）：按下修改密码按键，输入用户密码，输入用户密码后将修改键拉回并打乱开关。
3 3）：电路已经储存用户密码，再次开锁时应输入用户密码，按下确定键绿灯亮即可。若密码输入错误，确定后，红灯亮并且伴随警报声。 4）：开锁时，电路开始计时，并且会记录误操作次数。当电路计时打到120秒或者误操作达到四次时，电路自锁256秒。自锁期间一切操作无效，并且会一直发出警报声。 三、方案设计与论证 基础课程设计本着锻炼同学们基本方案构思和实际动手能力的目的，方案更多的要求是实际实施性强尽量能在同学们的力所能及范围内解决问题。本次要求设计制作一电子密码锁，要求能实现对锁的电子控制，具有密码灵活度高，安全系数大等特点。 3.1 方案选择 3.1.1 方案一：555集成电路构成的密码锁电路
图 1 555时基集成电路组成的电子密码锁电路 方案一电路原理较简单，当且仅当所有的K1开关单开、K0开关闭合时，电路才会执行开锁命令。 这个电子密码锁是“密码”安排在钥匙和锁孔中，只有两者的“密码”一致才能开锁。555的各主要功能（控制）引脚均用“密码”开关才能连接到适当的位置（地线或电源正端）。所有标有K0的开关是正确开锁时应当连通的开关，所有标有K1的开关是正确开
4 锁时不能连通的开关。这样，只有所有的K0连通，555第3脚才会输出高电平，双向可控硅3061才导通使继电器吸动，完成开锁动作。否则，555第3脚不会有高电平输出，无法开锁。此方案相对简单，灵活度低，需要制作相应的钥匙和锁孔，要求机械程度比较高。 3.1.2 方案二：基于74LS1944的移位寄存电路设计 此方案采用74LS116，74LS135，74LS25，74LS194，74LS147，555时基电路等组成。输入0-9任意四位数字作为开锁密码，在下次开锁时必须输入设定密码，输入密码确认后开锁工作。先有74LS147编码将输入信号编码，再有锁存电路将输入信号锁存。由74LS194组成的一位电路控制锁存工作，再由74LS135，,7LS25组成密码校验电路。当密码验证成功则输出开锁信号。 主要原理：应用电子元件组成电路实现对输入信号检验功能，如符合要求则输出开锁信号。本电路设计单元电路有密码输入电路、密码校验电路、密码存储电路、开锁电路、报警电路、电源电路等。其方框图如图2所示：
图2 移位寄存器电子密码锁结构图 本电路可以实现预知密码功能，在密码锁工作时，只有在规定时间内输入正确的密码，密码锁才工作，否则密码锁报警电路被启动而发出报警声。 3.1.3 方案三：基于74LS153的选择器密码电路 是以数据选择器74LS153为中心的数字逻辑电路，外加与门74LS08，译码器74LS139，六反相器74LS04增加了电路数字逻辑关系的复杂度，加大了密码破译的难度系数。此方案密码输入部分由八个单刀双掷开关组成，密码输入灵活度非常高，变换多样，密码验证部分由四块数字芯片组成，增加了电路的数字逻辑关系，使密码锁的密码破译难度加大，具有密码输入灵活度高，安全系数大的特点。
5 原理图如下：
图3： 74LS153组成的数字电子密码锁原理框图 数字电子密码锁的核心是由数据选择器74LS153组成，电路分为三部分：第一部分是由八个单刀双掷开关组成的密码输入电路，密码输入共有28=256种输入方式，但能正确开锁的输入方式只有16种；第二部分是由与门、译码器、反相器、数据选择器组成的密码验证部分，当密码验证正确后，数据选择器会输出一路高电平；第三部分由三极管、继电器、电磁铁组成的执行开锁电路。总的电路结构简单，但具有复杂的数字逻辑关系，密码破译难度较大，操作简单，用户使用方便。综合看来，此电子密码锁实用性强，但相对复杂且一次破译机率为1/8。 3.1.4 方案四：基于8D锁存器74LS373的锁存密码电路 此方案采用两个8D锁存器74LS373用于存储密码和接收输入信号，两者进入比较器进行比较。共设有八个用户输入键，74LS373为密码存储器件。先将74LS373的C和OC端置低电平，使其处于送数状态。当输入密码后将OC置于高电位，则锁存器将密码信号锁存，然后按键复位。当下次开锁时只有在规定时间内，规定次数内输入密码才会发出开锁信号，否则不能开锁。并且，当时间或输入次数到达一定值后，电路会自锁一段时间，并发出警报声。警报结束后，电路回复原状，计时及计数归零，直至下一次开锁动作。 第一部分是密码输入部分，由八个开关构成，密码输入共有28=255种输入方式（注：从0000--1111 共256种组合），但能正确开锁的输入方式只有1种，安全性较高。第二部分是由74LS373组成的密码锁存电路，通过控制74LS373的芯片管脚特性来控制芯片的工作状态。第三部分是由74LS85组成的比较器（或者是同或门组成的比较电路），来比较输入信号与寄存密码的相等与否。第四部分是有二极管构成的开锁信号电路，黄灯处于待开状态，绿灯表示开锁正确，红灯及警报声表示开锁错误或者是锁存状态。第五部分是计时及计数部分，计时表示从准备开锁到开锁完成所规定的时间，以及锁存时期的锁存时间，计数记录的是误操作的次数。
6 方框图如下：
图4：基于74LS373的密码锁原理方框图 此方案逻辑复杂程度高，电路结构适中，密码共256种，开锁密码只有一种，在不知道密码的情况下，一次性开锁的概率为1/256，安全性非常高。另外，电路还具有其他附加功能（如：计时开锁，计数开锁、锁定电路等），对于用户来说非常实用。 3.2 方案选择论证 方案一的灵活度低，电路需要制作钥匙和锁孔，锁的机械程度高。方案二的的精确性虽高，但是由于是串行输入，导致电路复杂程度很高。方案三的电路密码总数很多，但是在不知道密码的情况下的开锁几率高达1/8，显然不符合人们的生活需求。方案四的灵活度高，电路思路清晰，逻辑性强，开锁几率仅为1/256且有其他很多附加功能。但是密码仅有0/1两位键码，略显不足。 四套方案各有各的优点和不足，但选择方案时应遵循以下原则： 1）：设计的密码锁操作简单易行。 2）：设计电路实用，思路清晰具有逻辑性。
