数电课程设计-电子密码锁
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数字电子技术课程设计
一、设计题目
电子密码锁
二、主要内容及要求
(1)用电子器件设计制作一个密码锁，使之在输入正确的代码时开锁。
(2)在锁的控制电路中设一个可以修改的4位代码，当输入的代码和控制电路的
代码一致是锁打开。
(3)用红灯亮、绿灯灭表示关锁，绿灯亮、红灯灭表示开锁
(4)如5s内未将锁打开，则电路自动复位进入自锁状态，并发报警信号。
四、总评成绩
指导教师
学生签名
电子密码锁
一、设计任务与要求
(1)用电子器件设计制作一个密码锁，使之在输入正确的代码时开锁。
(2)在锁的控制电路中设一个可以修改的4位代码，当输入的代码和控制电路的代码一致是锁打开。
(3)用红灯亮、绿灯灭表示关锁，绿灯亮、红灯灭表示开锁
(4)如30s内未将锁打开，则电路自动复位进入自锁状态，并发报警信号。
二、方案设计与论证
设计思路:
设多组用户输入键，其中只有4 个是有效的密码按键，其它的都是干扰按键，若按下干扰键，键盘输入电路自动清零，输入的密码无效。
电路内部设置一个密码校验电路来验证密码正确与否，只有密码输入正确才能输出开锁所需的信号。
还应设置一组密码修改按键。
但用户按动输入开始键开始计时（只有按动了输入开始键之后输入的密码才有效），密码输入时间超过设定时间电路将报警（老师要求的输入时间5秒太短了），只有输入正确密码或断开电源报警铃才能停止，同时电路自锁，防止他人的非法操作。
方案一:
我共设了17个用户输入键，其中只有4个是有效的密码按键，其它都是干扰键，还预设了4个密码修改键。
打开输入开关，电路开始计时，输入密码，开始校验，
密码正确则开锁（绿灯亮表示开锁）同时停止计时；如果密码输入错误，则运行555单稳态电路密码锁定5分钟（红灯亮表示关锁），输入时间超过30秒密码也会锁定。
大概思路：用四个74LS112 JK触发器串联，输入密码正确与否，输入的电平不同，由此达到密码校验。
密码的输入有16组开关控制，分为0和1两种情况。
限时30秒由74LS160计数器控制，而锁定时间则由555单稳态电路控制，开锁、关锁由指示灯点亮模拟。
方案二
共设了17个用户输入键，其中只有4个是有效的密码按键，其它都是干扰键，还预设了4个密码修改键。
打开输入开关，电路开始计时后才能输入密码，开始校验密码，密码正确则开锁（绿灯亮表示开锁）同时停止计时；如果密码输入错误，则报警电路工作，当报警次数超过3次时，运行555单稳态电路密码锁定5分钟（红灯亮表示关锁）。
密码输入时间超过30秒也会报警。
大概思路：用四个74LS112 JK触发器串联，输入密码正确与否，输入的电平不同，由此达到密码校验。
密码的输入有16组开关控制，分为0和1两种情况，同时还设置可以置零的干扰键。
限时30秒由74LS160计数器控制，其中还设有报警电路与报警次数检测电路，当密码输入错误或密码输入超时，报警电路都会发出报警信号。
而电路锁定时间则由555单稳态电路控制。
执行电路有开锁、关锁两种情况，由指示灯点亮模拟。
三、单元电路设计与参数计算
我选用方案一设计，密码锁电路包含：密码输入、密码修改、密码校验、计时和锁定电路。
1、密码输入、修改与校验电路图：
该部分电路由四个JK触发器和17个开关构成，可实现密码输入和密码修改，输出电平可验证密码的正确性。
根据JK负边沿触发器的工作原理可知，当J、K端为1和0时，给它一个下降沿Q端就会输出一个高电平，RD端为置零端，当RD端输入一个高电平时，不管J、K端及CLK输入端怎样变化，Q端输出均为低电平。
利用JK触发器的功能，用户可以通过开关的闭合情况调制或输入密码。
开关Ｔ、Ｙ、Ｕ、Ｉ可设置调解密码，开关1、2、3、4、5、6、7、8的其中四个为有效开关，而开关Q、W、E、R为干扰开关。
特别注意开关0为密码输入开始键，只有按下此键后密码的输入才有效。
当输入密码与预置密码一致时，CLK端产生一个下降沿，JK触发器就会输出一个高电平。
若密码输入错误，则不能在CLK端产生下降沿或JK触发器被置零。
只有按顺序输入四位正确的密码该电路才能在最后的一个与门输出端产生一个高电平，此信号就是电路开锁信号。
2、计时电路：
CP为0.3Hz连续脉冲信号。
74LS160为同步十进制计数器，当按下密码输入开始键电路开始计时。
若密码输入正确计时器停止计时，若密码未正确输入，当QA、QB、QC、QD从0000加计数到1111其间经过30秒后，进位端输出一个高电平，驱动蜂鸣器发出报警信号。
3、密码锁定电路：
当密码输入错误时，就会在555单稳态电路输入端产生一个下降沿信号，由555单稳态电路功能可知，当输入端接收到一个下降沿信号时，555单稳态电路就会输出一个5分钟的暂稳态高电平，此信号回到密码输入电路将JK触发器置零，即可以完成锁定电路5分钟的功能。
若密码输入是正确的，则555单稳态电路不工作。
又单稳态触发器输出高电平的时间常数Tw=1.1RC，可算出当C=1mF, R=273KΩ时，能使Tw=300s，即可锁定电路5分钟。
四、总电路工作原理及元器件清单
1、电子密码锁总电路图：
2、电路完整工作过程描述（总体工作原理）
根据本实验的要求我采用了方案一设计电路并将其改进。
密码锁电路包含：键盘输入、密码修改、密码校验、开锁电路、计时电路、报警电路、锁定电路。
开关T、Y、U、I为预置密码开关，电路开始工作前，可以同此开关实现密码预置与修改功能。
当用户按下密码输入开始键，计时电路开始计时，同时第一块74LS112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，第一块JK触发器开始计数，Q 端输出为高电平，用户依次按下有效的密码，第二、第三、第四块JK触发器也依次输出高电平，送入由3块与门组成的开锁电路，使其输出开锁的高电平信号，让绿灯工作，实现开锁。
此时并送出一个低电平给计时电路，让其停止计时。
若用户输入密码错误或按下干扰键，开锁电路会输出一个低电平，此时点亮红灯，并给555单稳态触发器一个负的下降沿，锁定电路输出一个5分钟的暂稳态高电平，使JK触发器置零，实现电路锁定。
若在30秒内没能开锁，计时电路就会输出一个高电平，驱动蜂鸣器发出报警信号。
3.元件清单
五、仿真调试与分析
运用EWB软件对设计电路逐步进行调试
1、密码输入、修改、校验电路
（电路预置密码为1234，每个JK触发器的Q端都接一个指示灯，校验电路输出也接有指示灯）按下开关0，第一块JK触发器处于计数状态，闭合开关1，第一个指示灯亮，依次输入密码，第二个灯、第三个灯逐步点亮，第四个灯与检验电路的灯同时被点亮。
当密码输入错误时，指示灯不亮；若按下开关Q、W、E、R 其中之一给部分的指示灯都不会亮。
2、计时电路
（在计时器的输出端QA、QB、QC、QD接上指示灯）按下开关0，计时器开始计时，让密码校验电路输出一个高电平，指示灯灭，电路停止计时。
密码输入错误不影响计时电路，但当密码输入时间超过设定时间30秒时，计时器输出高电平，驱动蜂鸣器发出报警信号。
3、密码锁定电路
（在555单稳态电路输出端接指示灯）当密码输入正确时，校验电路输出高电平，指示灯不亮，555单稳态电路无信号输出。
只有密码输入错误时，校验电路输出低电平，指示灯亮，555单稳态电路输出一个暂稳态高电平，JK触发器被锁定不能工作。
只有当指示灯灭掉，输出信号消失后，密码输入电路才能正常工作。
4、对总电路进行调试：输入密码正确，电路开锁，错误电路锁定，超时报警。
六、结论与心得
本文的电子密码锁是利用逻辑电路原理设计的，该电路有16个密码按键，4个为有效输入按键，采用4位密码输入，只有在输入正确的密码后才能实现对灯的电子控制，该电路的密码输入按键较多所以可供修改的密码也多，并且有各种附加电路，已达到报警及锁定功能，有很高的安全系数。
该电路已经过我多次修改和整理，可以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：电路的计时功能有误差，不能精确的对电路进行限时输入；用开关作74LS112 的CLK 脉冲，不是很稳定，可以调换其它高速开关或计数脉冲；电路中未加显示电路，但可通过其它数字模块实现这一功能。
通过这次课程的设计，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，学会EWB仿真软件的操作，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。
这次课程设计虽然很累，但我坚持下来了，并做出了以上的设计。
七、参考文献
1、康华光.电子技术基础（第四版）[M].北京:高等教育出版社
2、彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京：高等教育出版社。
