密码电子锁的课程设计.docx

浙江海洋学院课程设计任务书

2008——2009学年 第2学期

学院：机电工程学院 班级：A07电气（1）班 专业：电气
学生姓名
（学号）

课程名称
数字电子技术课程设计
设计
题目
密码电子锁
完成
期限
自2009年6月22日至2009年6月28日 共1周

设
计
依
据

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的控制电路，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

设
计
要
求
及
主
要
内
容

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（可设置成6位至8位，其中实际有效为4位，其余为虚设）的输入代码等于存储代码时，进入开锁状态从而使锁打开。
2、 从第一个按钮触动以后的5s内若未将锁打开，则电路自动复位进入自锁状态，使之无法打开，并由扬声器发出持续20s的报警信号。
3、 电源采用市电供电。
要求设计出电路，并撰写成果说明书。

参
考
文
献

1、彭介华主编 《电子技术课程设计指导》第一版 北京：高等教育出版社，1997
2、张玉璞编著 《电子技术课程设计》 北京，北京理工大学出版社，1994

指导老
师签字

日期

关于密码电子锁的课程设计

【摘要】：生活中人们常常为了忘带钥匙而苦恼，办公室门、防盗门、房门、楼道门，车锁等等，本设计研究如何实现密码锁控制电路，期望可以解决忘带钥匙的烦恼。密码电子锁由逻辑电路、小键盘、LED显示和报警系统组成。系统能完成开锁、超时自锁并报警的基本密码锁的功能。一般是用预先设定的密码，用每个码位去控制触发器翻转，若码位按错则码位触发器不能翻转，一般还兼有电子门铃的功能。本系统成本低廉，功能实用，能给人们带来极大方便。

【关键词】：电子密码锁 D触发器 逻辑门 LED灯

【目录】：

第一章、元器件的介绍

第一节、D触发器的介绍

第二章：密码电子锁的设计

第一节：密码电子锁的运行

第二节：密码电子锁电路工作原理

第三节：实验设备与器材

第三章：设计总结心得及参考文献

第一章、 元器件的介绍

第一节、D触发器简介
1、D触发器的逻辑符号
左图为D触发器的逻辑符号。输入端由时钟信号端CP、数据信号端D、反相复位端Rd和反相置位端Sd组成，Rd、Sd控制信号分别从方框小圆圈处输人，表示低电平控制信号有效。D触发器输出端由两个互为反相的Q端和Q非端组成。

2、D触发器逻辑功能表    
右表为D触发器逻辑功能表。表中X表示信号电平高低任意，符号↑表示时钟脉冲信号由低电平上升为高电平的时刻，即时钟脉冲信号上跳沿到来之时。当CP端和D端输人信号任意时，若Sd=0、Rd=1，则Q=1，触发器处于置位状态；若Sd=1、Rd=0，则Q=0，触发器为复位状态；若Sd=Rd=0，则Q=1，Q非也为1，触发器处于不定态。只有当Sd=Rd=1、CP端输入时钟脉冲信号上跳沿到来之时，触发器才处于工作状态，若D=1，触发器便翻转到Q=1的高电平状态，若D=0，则Q=0，也就是时钟脉冲上跳沿到来之时，触发器便翻转到与D端在那一时刻电平相同的状态。当时钟信号处于下降沿或低电平状态时，触发器保持上一个时钟脉冲信号上跳沿到来之时触发器所翻转的状态，与D端控制信号电平无关。
3、D触发器工作波形图
右中图为D触发器工作波形图。在时钟端CP第1个时钟脉冲信号上跳沿到来之时，触发器会发生翻转，其翻转的状态由D端信号电平高低来决定，此时D端为低电平，触发器还翻转在Q端为低电平、Q为高电平的状态。在t2时刻，虽然D端所施加的数据信号由低电平跃升到高电平，但并不能使触发器发生翻转，直到t3时刻，也就是CP端第2个时钟脉冲信号上跳沿到来之时，触发器才发生翻转，由于上跳沿时刻之前D端为高电平，Q端翻转到高电平。在t3～t4时刻之间，尽管数据端D的信号已由高电平下跌到低电平，在t5时刻CP脉冲信号由高电平跌至低电平，但是D触发器始终处于保持状态，直到t6时刻第3个脉冲信号上跳沿到来之时，触发器才发生翻转，由于D端为低电平，D触发器翻转到低电平状态。
4、D触发器逻辑功能
右下图为D触发器逻辑功能实验电路。接通电源开关SB1，D触发器各输入端开关都断开，触发器处于高电平状态，Q为高电平，红色发光二极管点亮。按下SB3，Rd端为低电平，D触发器被复位，输出端Q为低电平，红色发光二极管熄灭，Q端为高电平，绿色发光二极管点亮，松开SB3不影响触发器复位状态。按下SB4，Sd端为低电平，D触发器被置位，红色发光二极管点亮，绿色发光二极管熄灭，松开SB4不影响触发器置位状态。同时按下SB3和SB4，红色、绿色发光二极管一齐点亮，D触发器处于不定态，再按下或松开SB2或SB5控制开关，不影响D触发器不定态。当SB3、SB4断开，Sd=Rd=1，D触发器处于保持状态，这时发光二极管可以是红色亮、绿色灭，也可以是红色熄灭、绿色点亮两个稳态。当SB3、SB4断开，SB2闭合时，CP端接通VCC，CP端由低电平上升为高电平，产生一个上跳沿时钟脉冲信号，触发D触发器翻转，翻转后的状态由数据端D的电平来决定，若先前松开SB5，D=1，D触发器翻转后Q=1，红色发光二极管点亮；若先按下SB5，D=0，D触发器翻转后Q=1，绿色发光二极管点亮。

第二章、密码电子锁的设计

第一节、密码电子锁的运行
一、密码电子锁的电路运行原理图
1.原理电路图：
2.原理框图：

二、密码电子锁电路功能介绍
1、 电源部分

附图1 市电电压转化为5V直流电压电路图
本电路电源采用市电供电，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、LM7805稳压到5V电路，由于本电路功耗较少，所以选用10W的小型变压器。电路如上图所示：

2、 四位密码锁主体电路。

附图2 74LS74双D触发器引脚图
在密码锁电路原理图中，四个D触发器N1、N2、N3、N4构成四位密码电路，本电路密码设定为1357。
密码电子锁中数字的显示部分主要由10个小按键组成，其中7个按键为密码输入键，分别为S1~S7，输入
二进制代码信号到四个D触发器去控制各触发器的翻转，达到密码开锁的目的。其中S1、S3、S5、S7分别是1、3、5、7四位密码的按钮端。剩余的两个按键中K1为调试键，调试电子门铃能否正常工作，在按下K1并立即松手，门铃应正常工作；K2为清零键，在触发器工作之前，按下K2并松手使得四个主触发器均清零。K3为置位键，按下K3把触发器N0输出端的初始状态置位到Q0端。为了防止外界对按键的干扰产生的错误报警，我们对小按键进行了防抖措施，采用机械式防抖，对选用的按键必须要装有弹簧，这要才能防止外界轻微的作用力对按键的干扰。定义高电平为“1”，低电平为“0”。平时四个主D触发器皆悬空，相当于1状态，触发器保持原状态不变。当密码输入正确时Q4输出为1，密码锁打开，LED绿灯亮；当密码输入错误时Q4输出为0，密码锁不能打开，LED红灯亮。电阻R2、R3对发光二极管起着分压作用。
3、 延时电路与电子门铃控制电路
触发器N0主要起到对延时电路与电子门铃控制电路的控制作用，定义触发器N0的输出初始状态为1。经RC振荡回路的延时，（其中R5=75 kΩ,C5=100uF）以达到延时5s的目的；又经RC振荡回路的延时，（其中R4=300 kΩ，C4=100uF），扬声器发出持续20s的报警信号。其中延迟时间可用tω≈RCln2求得；三极管的作用是为了把扬声器的声音放大，扬声器的功率为0.5W。其余门电路功能见下面原理部分。

第二节、密码电子锁电路工作原理
输入密码正确时，在密码锁主体电路中，当按下S1时，CP1输入为0，松手后S1自动恢复为1，此时CP1获上升沿，使得Q1=D1=1；再按下S3，CP2输入为0，松手后S3自动恢复为1，CP2获上升沿，此时Q2=D2=Q1=1；同理，按下S5松手后，Q3=D3=Q2=1，按下S7并松手后Q4=D4=Q3=1。所以密码锁打开，此时LED绿灯亮，LED红灯灭。此时G3门输出为1，G2门输出为0，四个触发器N1~N4清零，恢复到初始状态。在密码输入正确的情况下G6门输出为1，以使电子门铃输入为无效电平即为0，则电子门铃总是不报警的。
输入密码错误时，即输入的密码不是1357时，N1~N4四个触发器中总有一个CP不能输入脉冲电压，即CP不能突变，导致输出Q4=0，即密码锁不能打开，此时LED红灯亮，LED绿灯灭。其中S1~S7中的任意键按住的瞬间，G10门的输出总为0，使触发器N0清零，使得Q0端输出为0，此时松开按键也不会使Q0的输出改变，从而G7门输出为1。因为电容C5两端电压不能突变，所以此时G8两个输入端分别为1和0，输出为1，则G6输出为1，G5输出为0，故G4门输出为0，此时电子门铃不工作，即不报警。当C5充电达到1时，约经过5s时间，G8的输入端均为1，则输出为0，此时G6输出为0，G5输出为1，同理此时C4两端电压不能突变，则G4输出为1，此时电子门铃报警；当C4充电达到1时，约经过20s时间，G4输出为0，此时电子门铃停止报警。当电子门铃停止报警后，按住K3端不放，此时触发器N0置位，Q0输出为1，G7输出为0，此时C5开始放电，G8始终输出为1即G6输出为1，G5输出为0；同理C4开始放电，因为C4两端电压刚达到1不久，所以放电时很快就能达到低电平0，在C4放电时两端电压电平为1时，G4输出为1，电子门铃可能会报警很短的一段时间，报警结束后放开K3键。C4与C5会自动放电直至0为止，此时延时电路与电子门铃控制电路恢复到初始状态。另外一边当G6输出为0时G3输出为1，G2输出为0，四个触发器N1~N4清零，恢复到初始状态。
以上就是密码电子锁电路的工作原理，使得密码锁能够正常工作。

第三节、实验设备与器材
10W的小型变压器一台 万用表一块 D触发器74LS74S三片 六反相器74LS04一片 插件板一块 四二输入与非门74LS00一片 LED发光二极管二只 三极管9013一个 四二输入异或门74LS86一片 集成门铃CL9300A一片 8Ω/0.5W扬声器一只 双四输入与门74LS21一片 四二输入与门74LS08一片 100uF、1000uF电容各二个 0.01uF电容一个 无锁按钮开关十个 510Ω/0.5W电阻两只 300kΩ/0.5W、75kΩ/0.5W、1 MΩ/0.125W电阻各一只
三端稳压器LM7805一台 四二输入或门74LS32一片

第三章、设计总结心得及参考文献
 以上为我们小组所设计的密码电子锁电路，它经过多次修改和整理，已经是一个比较不错的设计。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。 通过这一段时间的设计研究，我们感觉有很大的收获：首先，通过设计研究使我们对课本上的知识可以应用于实际，使得理论与实际相结合，加深对课本知识的更好理解，同时也锻炼了我们的思维能力：其次，我们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。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证明自己能力的一个重要标准。在设计研究中，我们感受到了团队配合的精神，我
们分工明确，每个人都有属于自己的任务。经过整合总结，我们得出了我们的成果，因为我们始终坚信我们是一个团队！
设计过程中存在的问题：
1、集成门铃CL9300A如何工作？
2、如何知道报警时间为20s？
3、键盘没有防抖电路容易产生干扰。
4、扬声器的功率是否符合要求？
5、当密码输入错误时，电路如何工作？
参考文献：
1、彭介华主编 《电子技术课程设计指导》第一版 北京：高等教育出版社，1997
2、张玉璞编著 《电子技术课程设计》 北京，北京理工大学出版社，1994
3、康华光编著 《电子技术基础数字部分（第五版）》 北京:高等教育出版社,2006
4、邱光源、罗先觉编著 《电路（第五版）》 北京，高等教育出版社，2006
5、参考网站