课程设计(综合实验)报告

（20##——20##年度第1学期）

名    称：  电子技术综合实验  

题    目：     电子密码锁     

院    系：  核科学与工程学院  

班    级：     核电1004班    

学    号：     1101440423     

学生姓名：       许京亚       

指导教师：       王  赟       

设计周数：         1          

成    绩：                     

              日期：20##年1月18日

《电子技术》综合实验

任  务  书

一、目的与要求

1.目的

2.要求

二、主要内容

共有8个既有学习价值又有一定实用性和趣味性的设计课题，学生根据自身情况自由选择其中之一。

1.移位寄存器型彩灯控制器

2.智力竞赛抢答器

3.电子拔河游戏机

4.交通信号灯控制器

5.数字电子钟

6.电子密码锁

7.电子秒表

8.数字电子钟（硬件）

三、进度计划

四、设计（实验）成果要求

1.学生根据所选课题的任务、要求和条件进行总体方案的设计，通过论证与选择，确定总体方案；然后对方案中单元电路进行选择和设计计算；最后画出总体电路图。

2.在Multisim软件平台上学生可直接设计、仿真和实现，直至达到设计要求。

五、考核方式

综合以下指标评定综合实验总成绩：优、良、中、及格和不及格。

1.设计方案的正确性与合理性；

2.实验动手能力(安装工艺水平、调试中分析解决问题的能力以及创新精神等)；

3.总结报告；

4.答辩情况(课题的论述和回答问题的情况)；

5.设计过程中的学习态度、工作作风和科学精神。

学生姓名：    许京亚

指导教师：    王  赟

20##年1月18日

一、综合实验的目的与要求

锁是人们生活中的常用物品。本题要求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，输出开锁信号以推动执行机构动作，并用红灯亮、绿灯灭表示关锁，而绿灯亮、红灯灭表示开锁。

1.在锁的控制电路中储存一个可修改的4位二进制代码作为密码，当输入代码和锁的密码相等时，进入开锁状态使锁打开。    

2.从第一个按钮触动之后的5秒内若未将锁打开，则电路进入自锁状态，使之无法再打开，并由扬声器发出持续20秒的报警信号。

二、设计框图及电路系统概述

1.电路系统概述及实现的功能

为了达到基本要求本电路应包括以下模块：开关模块、输入锁存模块、密码修改模块、密码存储模块、比较电路模块、定时电路模块、显示电路模块、音响电路模块，同时本电路为了实现其他功能还增加了一些模块将在下面详细说明。

其实现的功能有：安装及自锁后的复位、密码的修改和复位、电子锁的打开及关闭、5秒计时及自锁后的20秒报警等，其中电子锁打开时可以靠按键开关复位，自锁时必须要密码和磁卡开关才能复位。

2.简化的原理框图

 

三、各单元电路的设计方案及原理说明、参数计算

1.十进制数字输入模块

此模块是为了实现十进制数字输入，有共十个按键分别从左到右对应0-9十个数字，图示如下。

图1

2.输入数字个数计数及六位密码分配模块

其中计数是为了在输入数字时产生一个高电平（作为计数器的时钟信号），同时作为标记将密码输入到对应编号的寄存器储存起来。计数由三个或门（U21，U5和U11A为了在有输入时产生高电平）和一个计数器组成（U8或U27产生编号）。

密码分配模块是为了将输入的数字储存到相应的寄存器。由计数器（U8或U27）、3-8路分配器（U16或U29）以及若干个非门组成。其工作原理是：当在输入模块输入第N个数字时，计数器输出端输出N（由U10可以看到），分配器接收信号后将在第N个输出端输出一个高电平，此时对应的寄存器被激活。

图2

图3

3.输入密码及预制的密码储存模块

此模块是为了将输入模块输入的数字储存起来。由一个锁存器（最左侧），六个寄存器组成和六个显示器组成。

锁存器的作用是将最近一个输入的数字（第N个）记录下来，此时由上一模块产生的信号将第N个寄存器激活，将此数字保存起来。

图4

图5

4.比较模块

由六个比较器组成。作用是比较预制的密码和输入的是否一致，一直则产生高电平，否则产生低电平。

图6

5.5秒计时及20秒报警模块

此模块是由三个计数器（U50、U53、U57）一个蜂铃（U54）若干原件组成。工作原理是在电子锁进入开锁状态时开始5秒计时，若在5秒内开锁成功则开锁信号将此电路关闭，否则产生一个信号使电子锁进入自锁状态并启动20秒报警。

图7

6.开锁、关锁复位及各模块开关模块

此模块包括下图部分，及其他一些逻辑门原件及开关。功能是直接产生开锁信号，同时产生信号控制各模块。

其中锁存器（U78A)直接产生开关锁信号。开关中J15为主复位开关，J14和J6(图9）是联动开关，J6同时是开锁开关，J12为密码预制开关。所有按键均处于打开，电子锁处于等待状态。

正常工作时（可有J15调控）U78A下端为高电平，当J6接通时计时电路开始5秒计时，同时可以输入密码。若密码正确，且计数电路计数为6（即数位了6为密码）U80A输出高电平。此时U78A输出上输出端输出高电平，电子锁打开，同时计时模块被关闭，若想关闭密码锁则打开J6（此时J14接通一次）电子锁将锁上回复等待状态；若密码输入错误且未到5秒，必须输满6位，然后可重新输入；若5秒未将锁打开，则计时模块产生信号将U78A下端置0，此时进入自锁状态，若想打开只有闭合J6且接通主复位开关J15（由钥匙控制）。

当锁打开时可将J12接通（由钥匙控制）此时由U73A和U81A产生信号将密码输入模块和计时模块关闭预制密码模块被打开此时可以修改密码。修改好后将J12断开。再将J6断开，复位后电子锁回到等待状态。

图8

图9

四、调试过程及结果分析

系统整体图

仿真开始时将所有开关打开，将主复位开关J15和J14分别接通，此时开关模块锁存器U78A下输入端输入高电平，系统置于等待状态。此时密码为000000。

将J6按下，此时处于正常工作状态，密码输入模块、计数模块、比较模块、计时模块正常工作。

1.5秒内密码输入000000时，计数模块计数为6输出高电平，比较模块输出高电平，则开关模块锁存器U78A两输入端均为高电平，上输出端输出高电平，锁打开，同时产生信号使U77A产生低电平将及时模块断开。若要关锁可直接将J6断开，系统进入等待状态。

2.开锁成功时可将密码预制（修改）开关J12接通进入密码修改状态，同时由U73A和U81A产生低电平将输入等模块断开。修改好后将J12断开，再将J6断开即可恢复等待状态。

3.若5秒内未将锁打开则由计时模块输出信号将U78A下输入端置0，电子锁进入自锁状态且20秒计时模块激活同时报警。此时只有将J6接通输入正确的密码后接通J15（主复位）才可使锁打开回到正常状态。

经过测试以上功能均可正常实现。

本锁的特点是，必须输入满6位密码时才可能产生开锁信号，继续输入将进入下一循环。

五、设计、安装及调试中的体会

本次实践让我学到很多东西，主要有以下几点。

一是做事情要有计划有条理，比如拿到本题后要分析明确电子锁需要具有哪些功能、实现这些功能的系统流程以及每个流程中有哪些模块、这些模块需要哪些原件，之后才能逐步实现这些功能。二是学会了模块化设计的思想，比如本题是先将每个模块分别设计出来后在将其组装起来的。三是学会了先假设、简化问题解决问题的方法，比如在模块调试的时候由于没有和其他模块联动，所以先设置固定的信号源调试，待总体组装后再整体调试；还有就是用小灯泡测试电平的小窍门。

除了做事的方法我还初步学会了使用Multisim这种工具的数字仿真功能，同时锻炼了自己的思维能力和动手能力，还发现了自己对电子仿真的兴趣。

六、参考文献

【1】秦曾煌，姜三勇．电工学（下册）电子技术．第七版．高等教育出版社，2010.04

【2】赵建华，雷志勇．电子技术课程设计．第一版．中国电力出版社，2012.02

【3】李海燕，张榆锋，吴俊，李威威．Multisim﹠Ultiboard电路设计与虚拟仿真．电子工业出版社，2012.02

【4】黄培根，任清褒．Multisim 10计算机虚拟仿真实验室．电子工业出版社，2008.08

【5】百度搜索网络媒体

第二篇：数电课程设计---电子密码锁

         

电子密码锁

课程设计

  

系 、 部：     机电学院   

学生姓名：     杨阳       

学    号：201220150225   

指导教师：     王怀平     

专    业：      自动化    

班    级：     1221502   

完成时间：  20##年4月1日

摘要

     电子电路设计常用的方法是实验设计法，一般都包括设计法案提出、方案验证、方案修改3个阶段。传统的实验设计法通常采用手工接实验电路来完成，往往需要经过试验和修改的反复过程，直到设计出正确的电路。随着电子和计算机技术的发展，生产了在计算机平台上的EDA（电子设计自动化）技术，这种技术除了具有强大的设计功能外，还具有测试、仿真分析、管理等功能。在“EDA桌面设计环境”下用计算机来完成电路的系统综合设计和仿真。用VHDL可以更加快速、灵活地设计出符合各种要求的密码锁,优于其他设计方法。VHDL是一种符合IEEE标准的硬件描述语言,其最大的特点是借鉴高级的功能特性,

对电路的行为与结构进行高度抽象化、规范化的形式描述,并对设计的不同层次领域的模拟验证与综合优化等处理,使设计过程廷到高度自动化。

关键词 电子密码锁 电压比较器 555单稳态电路 计数器 JK触发器  UPS电源。

1 引言

随着人们生活水平的提高，如何实现家庭防盗这一问题也变的尤其的突出，传统的机械锁由于其构造的简单，被撬的事件屡见不鲜，电子锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的亲睐。

设计本课题时构思了两种方案：一种是用以AT89C2051为核心的单片机控制方案；另一种是用以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路控制方案。考虑到单片机方案原理复杂，而且调试较为繁琐，所以本文采用后一种方案。

2 总体方案设计

2.1.设计要求

  ①．便于预置，更换密码，使用方便。

②．连续3次输入错误密码即产生报警信号。

③．设有主电源和备用电池。

2.2设计思路

共设了9个用户输入键，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，原先输入的密码无效，需要重新输入；如果用户输入密码的时间超过40秒（一般情况下，用户不会超过40秒，若用户觉得不便，还可以修改）电路将报警80秒，若电路连续报警三次，电路将锁定键盘5分钟，防止他人的非法操作。

2.2总体方框图

  3 设计原理分析

电路由两大部分组成：密码锁电路和备用电源(UPS)，其中设置UPS电源是为了防止因为停电

造成的密码锁电路失效，使用户免遭麻烦。

密码锁电路包含：键盘输入、密码修改、密码检测、开锁电路、执行电路、报警电路、键盘输入次数锁定电路。

3.1 键盘输入、密码修改、密码检测、开锁及执行电路 .  

其电路如下图1所示：

              图1  键盘输入、密码修改、密码检测、开锁、执行电路

开关K1~K9是用户的输入密码的键盘，用户可以通过开关输入密码，开关两端的电容是为了提高开关速度，电路先自动将IC1~IC4清零，由报警电路送来的清零信号经C25送到T11基极，使T11导通，其集电极输出低电平，送往IC1~IC4，实现清零。                                                                                       

密码修改电路由双刀双掷开关S1~S4组成（如图2所示）, 它是利用开关切换的原理实现密码的修改。例如要设定密码为1458，可以拨动开关S1向左，S2向右，S3向左，S4向右，即可实现密码的修改，由于输入的密码要经过S1~S4的选择，也就实现了密码的校验。本电路有16组的密码可供修改。

                                  图2  密码修改电路                                                         

由两块74LS112（双JK触发器，包含IC1~IC4）组成密码检测电路。由于IC1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，IC1计数，Q端输出为高电平，用户依次按下有效的密码，IC2~IC3也依次输出高电平，送入与门IC5，使其输出开锁的高电平信号送往IC13的2脚，执行电路动作，实现开锁。

执行电路是由一块555单稳态电路（IC13），以及由T10、 T11组成的达林顿管构成。若IC13的2脚输入一高电平，则3脚输出高电平，使T10导通，T11导通，电磁阀开启，实现开门，同时T10集电极上接的D5（绿色发光二极管）发亮，表示开门，20秒后，555电路状态翻转，电磁阀停止工作，以节电。其中电磁阀并联的电容C24使为了提高电磁阀的力矩。

3.2  报警电路

报警电路实现的功能是：当输入密码的时间超过40秒（一般情况下用户输入不会超过），电路报警80秒，防止他人恶意开锁。

电路包含两大部分，2分钟延时和40秒延时电路。其工作原理是当用户开始输入密码时，电路开始2分钟计时，超出40秒，电路开始80秒的报警。如图3所示

                          图3 报警电路

                                                                                                                           有人走近门时，触摸了TP端(TP端固定在键盘上，其灵敏度非常高，保证电路可靠的触发)，由于人体自身带的电，使IC10的2脚出现低电平，使IC10的状态发生翻转，其3脚输出高电平，T5导通(可以通过R12控制T1的基极电流)，其集电极接的黄色发光二极管D3发光，表示现在电子锁处于待命状态,T6截止，C4开始通过R14充电(充电时间是40秒,此时为用户输入密码的时间，即用户输入密码的时间不能超过40秒，否则电路就开始报警, 由于用户经常输入密码，而且知道密码，一般输入密码的时间不会超过40秒)，IC2开始进入延时40秒的状态。

开始报警:当用户输入的密码不正确或输入密码的时间超过40秒，IC11的2脚电位随着C4的充电而下降,当电位下降到1/3Vcc时(即40秒延时结束时候),3脚变成高电位(延时时是低电平),通过R15使(R15的作用是为了限制T7的导通电流防止电流过大烧毁三极管)T7导通,其集电极上面接的红色发光二极管D4发亮,表示当前处于报警状态,T8也随之而导通,使蜂鸣器发声,令贼人生怯,实现报警.

停止报警:当达到了80秒的报警时间，IC10的6,7脚接的电容C5放电结束,IC10的3脚变成低电平,T5截止,T6导通,强制使强制电路处于稳态，IC11的3脚输出低电平,使T7,T8截止,蜂鸣器停止报警；或者用户输入的密码正确，则有开锁电路中的T10集电极输出清除报警信号，送至T12（PNP），T12导通，强制使T7基极至低电位，解除报警信号。

3.3 报警次数检测及锁定电路

若用户操作连续失误超过3次，电路将锁定5分钟。其工作原理如下：当电路报警的次数超过3次，由IC9（74161）构成的3位计数器将产生进位，通过IC7，输出清零信号送往74161的清零端，以实现重新计数。经过IC8（与门），送到IC12（555）的2脚，使3脚产生5分钟的高电平锁定脉冲（其脉冲可由公式T=1.1RC计算得出），经T9倒相，送IC6输入端，使IC6输出低电平，使IC13不能开锁，到锁定的目的。电路图如下图4所示：

                            图4 报警次数检测及锁定电路

3.4  备用电源电路

为了防止停电情况的发生，本电路后备了UPS电源，它包括市电供电电路，停电检测电路，电子开关切换电路，蓄电池充电电路和蓄电池组成。其电路图如下图5所示：

220V市电通过变压器B降压成12V的交流电,再经过整流桥整流,7805稳压到5V送往电子切换电路，由于本电路功耗较少，所以选用10W的小型变压器。

图5  电源电路

由R8，R9，R6，R7及IC14构成电压比较器，正常情况下，V+<V- IC14输出高电平，继电器的常闭触点和市电相连；当市电断开，V+>V- IC14输出高电平，由T3，T4构成的达林顿管使继电器J开启，将其常开触电将蓄电池和电路相连，实现市电和蓄电池供电的切换，保证电子密码锁的正常工作（视电池容量而定持续时间）。其电路图如下图6所示：

图6 停电检测及电子开关切换电路

T1，T2构成的蓄电池自动充电电路，它在电池充满后自动停止充电，其中D1亮为正在充电，D2为工作指示。由R4，R5，T1构成电压检测电路，蓄电池电压低，则T1，T2导通，实现对其充电；充满后，T1，T2截止，停止充电，同时D1熄灭，电路中C4的作用是滤除干扰信号。其电路图如图7所示：

图7   蓄电池自动充电电路

4 总结与体会

以上为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，譬如说电路的密码不能遗忘，一旦遗忘，就很难打开，这可以通过增加电路解决，但过于复杂，本次设计未其中；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；电路密码只有16种可供修改，但由于他人不知道密码的位数，而且还要求在规定的时间内按一定的顺序开锁，所以他人开锁的几率很小；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。这需要一段时间的进一步改进，如果有好的意见，希望老师给以支持。

通过学习，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EWB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。

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,1998

  [2] 梁宗善.新型集成块应用[M].武汉:华中理工大出版社,2004

  [3] 潘新民王燕芳. 微型计算机控制技术. 电子工业出版社. 20##年