数字电子技术课程设计-密码锁.doc-资料库

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题目密码锁控制电路设计一、设计任务与要求设计任务：设计一个密码锁的控制电路，使之在输入正确的开锁代码时，输出开锁信号将锁开启；并用红灯亮，绿灯灭表示关锁；而绿灯亮，红灯灭表示开锁。要求： 1．在锁的控制电路中存储一个可以修改的 4 位代码，当开锁按钮开关的输入代码等于存储的代码时，将锁打开。 2．从第一个按钮触动之后的 5S 内若未将锁打开，则电路自动复位并进入自锁状态，使之无法再打开，并由杨声器发出报警信号（可用黄色发光二极管指示）。二、方案设计与论证 1 方案论证基于数字系统的设计方法有两大类： 1）、自下而上的设计方法； 2）、自下而上的设计方法。方案一：用 TTL 与 COMS 芯片设计，由下而上设计总个系统，首先构成功能单元电路在由此组装。此方案设计思路明确，所用知识简但。易于调试安装接线，但使用器件较多，系统不是很稳定，用明显不足。方案二：用 TTL 与 COMS 芯片设计，由下而上设计总个系统，首先确定系统的逻辑功能，将系统分为控制器和逻辑器，再用 ASM 确定控制器算法。此方案系统集成度较高且稳定，但控制器实现算法较难设计，且接线繁乱（需用总线），鉴于设计可实现问题。方案三：用可编程逻辑器件 ispLSI1061 实现设计，由下而上设计总个系统将逻辑电路输入可编程开发系统，编译成 JEDEC 文件实现系统电路。但是，基于初学者对可编程逻辑器件知识欠缺，对系统软件平台和硬件的不熟悉，所以该设计方案有明显的难度。方案四：用单片机设计，用 Keil 编写一个 C 程序，将其拷进单片机系统，从而实现密码锁功能。此方案只需再程序上花点功夫，易于实现，但是对于单片 2

机未免大材小用，不适于大规模设计。基于以上方案论证：相对于初学者而言，选择方案一较为实际，易于实现。 2 方案设计现对方案一作如下设计讨论：数字密码锁控制电路的设计，可以理解为是数字信号的处理和控制，即信号的输入、存储、对比、分析、检测、反馈、输出。首先，输入四位二进制数并把二进制数进行存储；其次；二进制数的数字逻辑与设置密码对比；再者，分析比较结果和比较位数；最后，检测输出控制锁信号。由此，寄存器信号由按钮控制输入处理后，放进寄存器中进行存储，存储 4 位完后再用计数器驱动多路选择器按位输出进行比较，然后用寄存器存储比较结果和比较位数，并同时用多输入或门分析比较结果，最后用 555 定时器检测输出控制信号。 TRY LOCK OPREN ERROR ALAM BIT COMPARE STATE READ INSTALL 1、明确系统设计任务，确定系统逻辑功能数字密码锁框图数字密码锁内部已经设置了 4 位二进制数码，分别用 D0,D1,D2,D3 表示。只有密码锁处于锁状态 ERROR 时，按下 COMPAER，使之处于预开锁状态；同样，只有密码锁处于锁状态 OPEN 时，按下 INSTALL，使之预设置状态，否则视之为无效。串行输入数码由开关 BIT 产生，可以为 0 或 1，如上图所示。为了是系统能够 1 位 1 位地依次读取由 BIT 开关送来的串行密码，设置一个开关 READ，送入密码时，首先用 BIT 开关设置一位数码，然后按下 READ 开关，这样就将 BIT 开关当前的密码读入系统。当按下 TRY 时，系统进行分析操作，如果输入数码与设置密码一致时， 3

则系统输出 OPEN 信号打开锁，否则数字锁打不开，并输出 ERROR 信号。当 READ 一旦按钮触动之后的 5S 内若未将锁打开，系统输出 ALAM 信号，电路自动复位并进入自锁状态，使之无法再打开，并由杨声器发出报警信号。 2 各部分功能单元的设计。 1) 信号输入存储和计数驱动单元设计 4 位二进制数码信号输入开关 BIT 由 A 键控制，COMPARE、 READ、 INSTALL、TRY 分别由 B、C、D、E 键控制。BIT 输入后由双 4 输入移位寄存器 U1（4015BP_5V 串行输入，并行输出）存储；COMPARE STATE 下输入到第一个 4 输入寄存器，INSTALL STATE 下输入到第二个 4 输入寄存器。再寄存器的 8 个输出端用 8 个小红灯进行比较数码和设置密码的显示测试。按下 TRY 时，由 U2（74LS163D）按反馈清零法构成 4 位二进制加法计数器开始置数并输入 CP 进行计数，去驱动多路选择器 U7(74LS153D 进行比较。计数器输出用七段显示数码管 U4（DCD_HEX_DIG_RED）进行显示测试。 4

元件序号型号主要参数数量备注 4015BP_5V 74LS163D 74LS08D DCD_HEX_DI G_RED 7400N 7409N U1 U2 U3 U4 U5A U6A V1 X1-X8 小红灯 5V 5V 5V f1=200Hz 2.5V （1） 1 1 1 1 1 1 1 8 寄存双 4 位数码位数的 4 进制数计数器构成双 3 输入与门七段显示数码管与非门与门脉冲信号发生器调试显示 2) 信号比较单元设计存入 4 位比较数码后，并行输出到双多路选择器 U7(74LS153D)。当按下 TRY 时，用 U2（74LS163D）按反馈清零法构成 4 位二进制加法计数器驱动双多路选择器 U3(74LS153D)进行按位选择输出，用异或门进行数码逻辑比较。用小红灯接其输出端显示测试其比较结果的不同。（数码比较记过不同输出逻辑 1，小红灯亮；相同输出逻辑 0，则熄灭。）元件序号型号主要参数数量备注 5

U7 74LS153D 5V 用于数码逐个多路选择比 U8A X9 74136N 小红灯 1 1 2.5V （2）较异或门调试显示 3) 信号比较结果分析单元设计将每位的比较结果寄存到双 4 输入移位寄存器 U9（4015 串行输入，并行输出）第一个寄存器进行存储。当 U2(74LS163D)计数到第 4 位时也输出一个低电平给双 4 输入移位寄存器 U9（4015BP-5V 串行输入，并行输出）的第二个寄存器。再寄存器的 8 个输出端用 8 个小红灯进行比较数码和设置密码的显示测试。如果前 5 个输出端都输出逻辑 0，则表明比较完毕且各位相同，如出项其他情况则可分析出密码不同。用 U10(74LS32D)构成 5 输入或门，将结果输出。用小红灯进行测试。元件序号型号主要参数数量备注 U9 U10 X10-X17 X18 4015BP-5V 74LS32D 小红灯小红灯 5V 5V 2.5V 2.5V （3） 4)信号检测电路单元设计 1 1 8 1 寄存双 4 位数码构成 5 输入或门调试显示调试显示 6

当数码相同且比较完毕时，将分析出的信号低电平用 555 定时器 U12 （LM555CM）构成单稳态触发器进行检测，其检测结果用小绿灯进行测试，表示开锁；再接一个非门，输出用小红灯检测，表示关锁。元件序号 U11A U12 R1 C1 C2 OPEN ERROR 主要参数数量型号 7404N LM555CM 5V 小绿灯小红灯 10kΩ 1μF 1nF 2.5V 2.5V （4）备注非门单稳态触发器电路，做检测信号使用构成单稳态触发器电路构成单稳态触发器电路构成单稳态触发器电路调试显示调试显示 1 1 1 1 1 1 1 5）定时单元的设计一旦按下 READ 时，用 U13（LM555CM）定时器构成单稳态触发器进行检测，输出信号使由 U14(74LS163D)构成的 5 秒加法计数器开始计数，当计数到 7

五秒时，系统输出 ALAM 信号，电路自动复位并进入自锁状态，使之无法再打开，并由杨声器发出报警信号。用黄灯进行测试。 8

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