课程设计：电子密码锁(附原理图及pcb)

××大学课程设计说明书电子密码锁摘 要：本设计是通过判断输入密码正确与否从而控制相应电路工作，完成开锁、报警、锁定键盘等任务的电子密码锁。它具有预设密码功能，超时报警功能，键盘锁定功能，错误提示功能等。预设密码和输入密码是用两个八位的锁存器实现，密码判断是由数值比较器电路组成，超时报警功能是用NE555所构成的单稳态触发器实现，超时次数及密码错误次数由计数电路记录，而键盘锁定功能则是通过电路的逻辑关系巧妙控制锁存器的输出使能端实现的。关键词：电子锁，密码锁，键盘锁定，报警电路Abstract：This design is to control the corresponding circuit by judging the password correctly or not work, do lock, alarm, lock the keyboard and other electronic combination lock. It has default password function, timeout alarm function, and key lock function, error function, etc. Default password and enter the password is to use two of the eight latch, password is consist of numeric comparator circuit, timeout alarm function is formed by using NE555 monostable trigger, timeout number and password error number recorded by counting circuit, and key lock function is through the logical relationship of the circuit can control the output of the latch makes the server-side implementation.Keywords： Electronic lock , Combination lock, Keyboard lock, warning circuit.I目 录1 前言11.1 设计背景11.2 设计概述12 总体方案设计32.1 程序框图32.2 电路分析33 单元模块设计53.1 密码锁存电路53.2 密码判断电路73.3 计数器电路83.4 计时器电路93.5电路参数的计算及元器件的选择123.6 各单元模块的联接134 系统调试144.1 仿真电路总图144.2系统仿真参数设置144.3 功能调试154.4 调试结果分析215 系统功能、指标参数235.1 系统实现的功能235.2 系统指标参数测试236 结论247 设计总结257.1 设计的收获体会257.2 对设计的进一步完善提出意见或建议258 致谢269 参考文献27附录1：电子密码锁的仿真总图28附录2：电子密码锁的PCB图29III1 前言1.1 设计背景随着人们生活水平的提高，对家庭防盗技术的要求也是越来越高，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，受到了广大用户的欢迎。现在市场上主要是基于单片机技术的电子密码锁，但可靠性较差。通常简单的数字电路就可实现密码不限次数重写，也就是说现在的硬件设计和软件设计一样灵活、方便。相对于基于单片机技术的电子密码锁，用简单门电路来来构成系统，可靠性提高、使用灵活性好、价格便宜等优点，因此受到了广大用户的青睐。1.2 设计概述电子密码锁的原理不复杂，设计的器件大多为较为常见的器件。电子密码锁实际上是一种通过密码输入来控制电路从而控制机械开关的闭合，完成开锁的装置，它的功能包括数据锁存、数值比较、计时报警、延时锁定等。本次课题主要目的是培养我们自主动手设计能力和解决问题的能力，加强我们对数字电路、模拟电路的认识和运用，让我们对电子设计有一定的认识。1.2.1设计目标设计出一个包括密码开锁等多功能的电子密码装置。基本功能：用户通过键盘输入密码，将该密码锁存并与预置密码比较，相等则密码锁可以被打开，并且绿色的灯亮。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。若密码输入错误超过三次，则红色的灯亮，用户输入密码的时间超过30秒，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。1.2.2技术路线要实现该设计，就应把整个电路分为几大模块。分别是密码锁存模块，密码比较模块，计时模块，计数模块，报警模块，键盘锁定模块。先通过对各个模块进行设计、调试之后再将其组合起来进行整机调试。1.2.3实施计划首先是要理清实现设计的框图，在总体框图的指导下，作出具体的电路图，由要设计实现的功能，计算出各个电路元件的值，并逐一对各个元件进行选择。最后用仿真软件对设计进行仿真操作，调试软件，并对照出的设计有误的地方进行必要的修正，确保设计的正确和功能的实现。1.2.4必备条件要实现该电路的设计，首要的就是要制定出设计的实现框图，并在老师的指导和参照资料的条件下作出具体电路图，选定实现实现该设计的各种元器件。另外，还应由必要的软件帮助设计的完成。第27页2 总体方案设计要达到设计的要求，从输入密码开始，寄存密码并比较，然后根据比较结果输出从而控制报警电路或者开锁电路。2.1 程序框图系统框图如图2-1所示。重新输入超时计时电路报警电路键盘锁定密码修改干扰键按下开始正确错误锁定5分钟键盘输入开锁电路执行电路密码判断等于3次图2-1 系统框图工作原理简述：用户从键盘输入密码，从按下任意一个键开始计时，若按下干扰键则需要重新输入密码，并且重新计时。按下密码修改键则可以修改密码，将输入的密码与预置密码比较，若相等则由开锁电路进行开锁并亮绿灯，如果密码连续错误三次将亮红灯。若用户输入密码时超时则由NE555构成的单稳态计时报警，同时报警一次，计数器加一，若计数达到3次则通过由NE555构成的单稳态电路将键盘将锁定5分钟，此时键盘输入无法开锁且无法进行密码修改。2.2 电路分析针对密码比较通过两个锁存器，一个用于预置密码，当预置开关打开时，从键盘输入密码并将之保存并输出，而预置开关关闭后将之前的密码锁存，键盘输入对输出无影响。之后用户输入密码后按下确认键输出密码与预置密码进行比较。干扰键则是通过键盘的特性进行复位。密码判断电路是通过两个四位的数值比较器片选组合成八位的数值比较进行密码的判断并输出相应的高低电平。开锁电路和执行电路则由继电器和绿色的发光二极管连接而成。计时电路由一个八位的与门连接键盘，构成有输入则输出高电平使NE555构成的单稳态电路触发计时后自动翻转。报警电路和键盘锁定电路都是通过NE555构成的单稳态延时功能，报警时间和延时锁定时间可以自行设定而改变。3 单元模块设计本节主要介绍系统各单元模块的具体功能、电路结构、工作原理、以及各个单元模块之间的联接关系；同时本节也会对相关电路中的参数计算、元器件选择、以及核心器件进行必要说明。3.1 密码锁存电路密码锁存电路由芯片74HC373和74HC374构成。74HC373是八路D 型锁存器，每个锁存器具有独立的D 型输入，以及适用于面向总线的应用的三态输出。所有锁存器共用一个锁存使能（LE）端和一个输出使能（OE）端。74HC373包含八个具有三态输出的D 型透明锁存器。当LE为高时，数据从Dn输入到锁存器，在此条件下，锁存器进入透明模式，也就是说，锁存器的输出状态将会随着对应的D输入每次的变化而改变。当LE为低时，锁存器将存储D输入上的信息一段就绪时间，直到LE的下降沿来临。当OE为低时，8个锁存器的内容可被正常输出；当OE为高时，输出进入高阻态。OE端的操作不会影响锁存器的状态。74HC374与74HC373不同的是锁存使能（LE）端为脉冲信号输入。图3-1 74hc373（4）密码输入图用74HC373和74HC374构成的密码输入和密码预置电路:打开左下角开关给373的使能端LE一个高电平使之开始工作，按下八位开关进行密码预置。然后关闭开关，按下复位键，之后就可以输入密码，密码输入结束后按下确认键，给出一个脉冲，使374输出密码。3.2 密码判断电路 密码判断电路由两片74HC85片选构成。数值比较器74HC85有八个比较输入（A0-A3,B0-B3）,三个级联输入（A<B,A>B,A=B)和三个判断输出（QA<QB,QA>QB,QA=QB),该器件可对两个4位字进行比较，比较结果在QA<QB,QA>QB,QA=QB端以高电平呈现。只有当字A等于字B时，三个级联输入才可以决定输出状态，并且A=B端优先于A<B和A>B端。若将多个HC85级联，则可比较大于4位的两个字，此时低位级的判断输出（QA<QB,QA>QB,QA=QB）应分别接到下一级的级联输入（A<B,A=B,A>B)。 图3-4 图3-2 8位数值比较器 两片74HC85通过片选连接一起构成八位的数值比较器，其中U3的A口和U4的A口接74HC374的八位输出，B口接373的输出。U3的3引脚由确认键通过D触发器及其相应的逻辑关系输入，保证未按下确认键前不比较其输入数值。若相比较的两个数值相等则U4的6引脚输出高电平，从而连接三极管驱动继电器使开锁电路打开并亮绿灯。而U4的5引脚和7引脚由二输入的或门连接，如若两个数值不等则输出高电平使计数器计数。3.3 计数器电路计数器电路有74LS161构成。74LS161功能：当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO= Q0·Q1·Q2·Q3·CET。 图3-3 计数电路图 3-6 两片74LS161 U6为密码错误次数计数，U5为密码输入超时次数计数。U6和U5的D端口都接地，两个芯片的7引脚接在一起，当键盘锁定时给出低电平，停止计数，其他时候为高电平，与其他使能端一起构成计数器的计数功能。两块芯片都是通过反馈置数法使计数满后重新计数。U6的输出通过二输入与门连接红色发光二极管，当计数满时（密码输入错误3次）后灯亮。U6的1引脚和10引脚由数值比较器的5、7引脚与门连接一起，即密码错误时使芯片为计数功能。U6的输入脉冲由确认键和密码错误的逻辑关系确定。U5的输入脉冲为报警电路给出。3.4 计时器电路计时器电路由NE555芯片构成的单稳态触发器构成。将555芯片的6、7脚并接起来接在定时电容C上，用2脚作输入就成为脉冲启动型单稳电路，电路的2脚平时接高电平，当输入接低电平或输入负脉冲时才启动电路，用等效触发器替代555后，它的工作原理：稳态：接上电源后，R=1，S=1，输出Vo=0，DIS端接地，C上的