数电课程设计.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流数电课程设计.精品文档.湖南工程学院课 程 设 计课程名称 数字电子技术课程设计 课题名称 数字密码锁设计 专 业 自动化 班 级 学 号 姓 名 指导教师 2011 年 12 月 9 日湖南工程学院课程设计任务书课程名称： 数字电子技术 题 目：数字密码锁 专业班级：自动化0903、0904、测控0901 学生姓名： 学号： 指导老师： 审 批：任务书下达日期 2011年11月28日 星期一设 计 完成日期 2011年12月9 日 星期五一 设计内容1.设计数字密码锁电路。2.对电路仿真, 并制作数字密码锁电路。3.电路功能为：1)输入的密码为五位，由“1-9”组成。2)输入密码正确时，发出开锁信号；输入密码错误时，发出警报信号报警时间为28秒。3)输入密码后90秒若无开锁信号，则电路进入自锁状态，并发出报警信号。4)用绿色发光二极管亮表示开锁信号，红色二极管亮（或扬声器发声）表示报警信号。4.功能扩展1）电路具有消抖功能;2）自选。二、设计要求：1 设计思路清晰，给出整体设计框图，提供总电路图；2 单元电路设计，给出具体设计思路和电路；3 安装 、调试电路；4. 写出设计报告；三、主要设计条件1 提供调试用实验室；2 提供调试用实验箱和电路所需元件芯片；四、说明书格式1 课程设计封面；2 任务书；3 说明书目录；4 设计总体思路，基本原理和框图（总电路图）；5 单元电路设计（各单元电路图）；6 安装、调试步骤；7 故障分析与电路改进；8 总结与体会；9 附录（元器件清单）；10. 参考文献;11. 课程设计成绩评分表五、进 度 安 排第一周星期一:课题内容介绍和查找资料； 星期二:总体电路设计和分电路设计； 星期三:电路仿真,修改方案;星期四:确定设计方案，拟订调试方案,画出调试电路图，安装电路； 星期五:安装、调试电路；第二周星期一、二：安装、调试电路； 星期三：验收电路；星期四、五:,写设计报告，打印相关图纸； 星期五下午:带调试电路板及设计报告书进行答辩；整理实验室及其他事情；目录1. 概要设计··············································1 1.1 密码锁原理··········································11.2 密码锁特点··········································12. 项目总体设计·········································22.1 总体设计目标···········································22.2 总体设计方案········································22.3 总体设计框图········································33. 各部分电路及工作原理································43.1 密码设置部分电路····································43.2 密码输入部分电路····································53.3 密码校验部分电路····································63.4 定时计数部分电路····································84. 项目设计和调试中存在的主要问题及解决方法·········94.1 项目设计中存在的主要问题及解决方法···············94.2 项目调试中存在的主要问题及解决法·················94.2.1 显示管不能够正常显示·····························104.2.2 发光二极管不能够正常发光·························105. 项目创新之处··········································106. 总结与体会············································117. 所用元器件一览表·····································128. 参考文献 ·············································13附录 课程设计成绩评分表1.概述1.1 数字密码锁工作原理 总的来说数字密码锁通过用户输入的密码和设定的密码比较来决定开关的断开和接通，当输入密码和设定密码相等时发出开锁信号，当输入密码和设定的密码不相等是，发出报警信号。用户事先设定好密码，当用户想要开锁时，就输入密码，与此同时电路开始计时，若90秒内没有开锁信号输出，电路就发出报警信号，同时进入自锁状态。若计时期间，有开锁信号到来，则计时停止。若输入密码错误，则电路发出报警信号持续报警时间为28秒，28秒过后就将开始输入的密码清零，为下一次输入密码做准备。1.2 数字密码锁的特点此电子密码锁对于输入、输出的密码、输入密码的数以及90秒的开锁时间和28秒的报警时间都可以清楚的在七段显示管上显示出来。此外，该密码锁可以轻易的修改密码的位数，以及可以重置密码。最后该密码锁设有90秒的自锁时间，可以很好的防止其他人套取密码，增强了该密码锁的安全性能。2. 项目总体设计2.1总体设计目标设计一个可以自由设置密码位数，修改密码，验证密码以备自锁和报警功能的数字密码锁。2.2 总体设计方案首先考虑把该电路分成三个部分：密码设置部分、密码输入部分、密码比较部分、定时电路部分。密码设置部分：这部分主要需要用到8线-3线优先编码器，三态门以及存储器。我们用8个开关接在编码器的输入端，在编码器的三个输出端各接一个三态门，再由三态门连接到存储器的输入端，将通过开关输入的密码存储的起来。密码输入部分：密码输入部分其实用的就是密码设置部分里的8线-3线编码器，只是在输入密码时，编码器输出端接的三态门处于高阻态，输入的密码直接送往比较器。密码比较部分：用户输入的密码信息会被直接送往比较器 的输入端，此外比较器的输入端还有来自从存储器里读出来的设置好的密码信息，将两组信息进行比较，通过比较器的输出端确定输入的密码是否正确。定时电路部分：定时部分分为自锁定时部分与报警定时部分，自锁定时电路是从输入密码的那一刻开始就计时，90秒内若无开锁信号输出则电路进入自锁状态。报警定时电路是在电路输出报警信号是就开始计时，报警时间为28秒，28秒过后停止报警，等待重新输入密码。2.3 总体设计框图数字密码锁电路总体设计框图如下：开锁按钮编码器地址产生电路比较电路存储电路定时电路190秒定时电路228秒报警开锁8个开关输入密码设置密码写入设置的密码存储地址密码相等密码不等输入的密码信号报警28秒后停止报警90秒开始计数90秒内有开锁信号计数器清零读出设置的密码28秒开始计时3. 各部分电路及工作原理3.1 密码设置部分电路该部分电路图如下：接Vcc接比较器输入端接三输入与非门U20A接计数器（28）秒该部分电路的工作原理：首先在8线-3线优先编码器（74ls148）的输入端接8个开关，由开关输入高低电平进入编器进行编码。编码器的三个输出端接三个三态门由三个三态门的输出端接到存储器2114I/O端。三态门的控制端与存储器的读写端通过一个开关与vcc相连。当开关合上时，三态门导通，存储器写入有效此时，通过开关输入的密码信号就通过编码器的输出端写入到了存储器，同时十六进制计数器开始计数并通过七段显示器将输入的密码个数显示出来。3.2 密码输入部分该部分的电路图如下：接二输入与门U32A接计数器（28秒）EP,ET,CLK端接比较器A=B端接存储器地址输入端接比较器与存储器输入端接开关到地接三输入与非门U20A该部分电路原理：密码输入部分与密码设置部分共用输入电路，都是通过开关输入高低电平，再由编码器编码，只是此时三态门的控制端与存储器的读写控制端接低电平，此时三态门处于高阻态，存储器读出有效，从编码器输出的信号直接送往比较器。3.3 密码比较部分该部分电路图如下：接开关到地接三输入与非门U20A接计数器CLK计数器输出端（28秒）非门U34A输入端接三态门输入端该部分电路原理：密码比较部分主要是将输入的密码与存储器里读出的密码一个一个进行比较。具体过程是：通过8个开关输入一个信号，经过编码器编码，然后将这个编码信号送往四位的比较器的四个输入端口。之后通过一个5进制的计数器输出0-4个数码到存储器的的地址输入端口，此时存储器的读出端有效，编码器每输出一个信号，则计数器就计数一次，并将其所计的数通过计数器的输出端出入到存储器的地址输入端口，从而存储器可以读出与地址对应的密码信号到比较器的另外四个端口，这样输入的信号就可以跟存储器读出是信号一一对应，逐个比较，最后经过比较得出输入密码是3.4 定时电路部分该部分电路图如下：接数码显示管接数码显示管接脉冲发生器接两输入与门U33A输入端接三态门控制端该部分电路原理：定时电路部分由90秒自锁定时电路与28秒报警定时电路组成。90秒定时电路主要是通过两片十进制计计数器（74ls160）级联组成一个100进制的计数器28进制计数器由两片74ls160级联而成。90秒定时电原理：密码设置好后，当用户输入密码时90秒定时开始计时，若90秒内比较器无开锁信号输出，则90后计数器发出信号给编码器，使得编码器变为不可编状态从而达到自锁的目的。28秒定时器原理：当编码器输出报警信号时，同时这个信号被送往28秒定时器，作为定时器的计时信号。28秒过后，定时发出一个报警停止的信号，这个信号送往连接报警信号与报警信号灯之间的三态门的控制端，从而使报警停止。4. 项目设计和调试中存在的主要问题及解决方法4.1 项目设计中存在的主要问题及解决方法项目设计之初考虑到的是8线-3线编码器的每一种输入情况都可作为一个密码输入情况，后来考虑到在输入密码的过程中要通过扳动开关来实现，然后在扳动开关的过程中，难免使得输入都为高电平的情况出现，如果把这一情况也算做一次密码输入的话，那么电路的设计将变的很复杂。最后考虑到可以利用在开关复位（输入全部为高电平）的过程中，利用编码输出恰好为四个高电平的情况，可以考虑用来使时计数器的时钟端复位为低电平。工作过程为：扳动某一开关使其输入为低电平时，若该输入不等于设置好的密码时则会在计数器的时钟输入端产生一上升沿的从触发信号然后开关扳回复位，则计数器时钟输入端立即变为低电平，等待一个有效信号的到来4.2 项目调试中存在的主要问题及解决方法4.2.1显示管不能够正常显示在项目调试中，当我们按照电路图把线全部接好后，首先出现的问题是七段数码显示管不能够正确的显示出我们的输入信号最后我们通过调试，首先发现的问题是显示管接了。重新接过来之后，仍然发现有一显示管不能够正确显示，通过多次试和查线后都不能够正确显示，最后我们把能够正常显示的那个显示管换过来插在不能够正常显示的那个显示管插的位置，之后发现显示管显示正常了才明白了是那个显示管本身的问题。换过显示管之后，显示数据正常。 4.2.2 发光二极管不能够正常发光该问题表现在从数据输入端输入正确密码后，发现发光二极管并不发光。在检查线路之后发现该问题还是没能够得到解决，最后经过多次尝试之后，发现问题原来是在于数值比较器（74LS85）没有插好。插好之后，在输入密码和设置的密码相等的情况下，发光二极管还是不发光。后来我们将发光二极管换成灯泡，灯泡却亮了。为什么会出现这样的问题呢，后来我们上网查了资料才知道发光二极管所承受的电压没灯泡高，直接接在电路中会烧掉的，所以后来我们就在发光二极管的输入端串联一个200欧的电阻，这样发光二极管就亮了。5. 项目的创新之处我们设计的这个数字密码锁总的来说有三个创新之处。第一，该数字卡密不仅可以修改密码而且还可以自由设置密码的位数，用户可以自行调节密码的难易程度，这相对于在网上看到的那些用数字电子技术制作的密码锁算是一个创新之处。第二，由于我们一般用开关进行密码是输入，开关在拨动的过程中会有抖动，而我们为了防止这种现象，我们在开关与编码器连接的中间加入了一个RS触发器防抖。第三，该电路设有90秒自锁功能。一般来说，用户记得密码输入正确的密码的时间不用90秒，所以这个自锁功能主要是防止有人来套密码，当别人90秒内没有输入正确的密码则电路进入自锁即电路关闭输入密码的功能。6.体会与总结以上为实习期间所设计的电子密码锁电路，它经过多次修改和整理，以是一个比较不错的设计，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。例如，我们用555定时电路做的秒脉冲有时候会不稳定，使得定时器工作出现不稳定的情况。通过这两周的学习，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：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。能对protel 99、和multisim10等仿真软件操作，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。在实习中，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，感谢你们，老师！7.所用元器件一览表元件型号功能数量74LS148实现编码功能174LS85两个四位二进制数的数值比较174LS160十进制计数器474LS00四-二输入与非门174LS125三态门174LS161十六进制计数器274LS32二输入或门174LS08二输入与门174LS04非门1555定时器12114存储器1电阻200欧限流2发光二极管显示报警和开锁信号2七段数码器显示输入输出密码和计数时间5开关输入高低电平108.参考文献1电子线路设计、实验、测试（第二版） 华中理工大学出版社-谢自美 主编2新型集成电路的应用电子技术基础课程设计 华中理工大学出版社-梁宗善 主编3电子技术基础实验 高等教育出版社-陈大钦 主编4电子技术课程设计指导高教出版社-彭介华 主编 电气与信息工程系课程设计评分表项 目评 价优良中及格差设计方案的合理性与创造性(10%)硬件设计或软件编程完成情况(10%)硬件测试或软件调试结果*(10%)设计说明书质量(10%)设计图纸质量(10%)答辩汇报的条理性和独特见解(10%)答辩中对所提问题的回答情况(10%)完成任务情况(10%)独立工作能力(10%)出勤情况（10%）综 合 评 分 指导教师签名：_ 日 期：_ 注：表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容； 此表装订在课程设计说明书的最后一页。课程设计说明书装订顺序：封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。