四位数字的电子锁电路数电课程设计.wps

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1、1 四位数字的电子锁电路设计 四位数字的电子锁电路设计1 四位数字的电子锁设计1 四位数字的电子锁设计1.1 电路原理系统框图 图 1 电路原理框图1.2 方案的比较1.2.1 方案一总电路图：图 2 方案一总电路图储存装置（四位上升沿 D 触发器）输入装置（数字开关及译码器）密 码 移 位 装 置（移位寄存器）密码检测装置（比较器及储存器）开锁及报警装置2原理说明：由数字开关与译码器输入密码，按键输入触发接成环形计数器的移位寄存器，计数器记录密码输入个数来和控制各锁存器时钟端来使显示稳定，四位锁存器时钟开关按下，74LS175 存储密码，之后 4 个锁存器依次检测四个等于信号的输出，若依次为

2、一，则正确，否则错误。计数器控制一次输入密码个数最多为四，超过则错误。密码比较使用 74LS85 四位数值比较器级联，只能依次输入正确密码触发74ls74 给信号输出正确密匙，输出结果驱动由传输门控制密码子正确是的开锁显示，正确密码则 led 灯亮解锁，反之蜂鸣器发出警报.1.1.2 方案二总原理图：图 3 方案二的总电路图原理说明：如上电路图所示，由数字开关与译码器输入密码，分配器和锁存器分配数据显示在数码管上，计数器记录密码输入个数来控制数据分配和控制各锁存器时钟端来使显示稳定，四位锁存器时钟开关按下，74LS175存储当前，密码比较使用374LS85四位数值比较器级联，输出结果驱动由传输

3、门控制密码子正确是的开锁显示，以及密码错误的蜂鸣器报警。1.3方案的选择两个方案相同之处：使用了编码器及反相器作为密码输入部分，用与非门进行电路输入错误信号是的封锁，密码检测部分都用了 74ls85 比较器用来对二次密码的检测和比较。两方案制作都需要一定量芯片，制作成本较高；不同之处：方案一具备完备功能，满足实验全部要求，线路中用了网络标号做线路连接，使电路图简单美观，输入部分用了移位寄存器对输入信号移位已输入四位密码；方案二初步功能虽具备，但电路封锁后仍可改变末尾密码，有弊端，且整个电路图接线复杂，难制作出实物，用的是数据分配器对输入密码进行分配，74ls175 对信号进行多次储存，计算复杂

4、。综合比较两方案，选择方案一为佳。2 整体设计方案的分析2 整体设计方案的分析2.1 输入单元电路电路图示：图 4 输入单元电路图4原理说明：信号输入数 J1 开关，经 74ls147 编码器及反相器向储存器传输转化为二进制数，同时有方向加载个八位与非门及 74ls194 移位寄存器进行封锁及移位，74ls161 计数器计数对数字输入信号进行计数，开关 space 对寄存器预置数，初始值为 1000，开关 w 打开切断寄存器清除端低电平，输出低电平，不进行数字移位而由检测装置移位检测。74LS147 引脚图及功能表：图 5 74ls147 引脚图管脚图：引出端符号：19 编码输入端(低电平有效

5、)ABCD 编码输出端(低电平有效）表 1 4ls147 功能表 功能说明：74LS147 优先编码器有 9 个输入端和 4 个输出端。某个输入端为 0，代表输入某一个十进制数。当 9 个输入端全为 1 时，代表输入的是十进制数 0。4 个输出端反映输入十进制数的 BCD 码编码输出。74LS147 优先编码器的输入端和输出端都是低电平有效，即当某一个输入端低电平 05时，4 个输出端就以低电平 0 的输出其对应的 8421 BCD 编码。当 9 个输入全为 1 时，4个输入出也全为 1，代表输入十进制数 0 的 8421 BCD 编码输出。74ls194 引脚图及功能表：图 6 74ls19

6、4 引脚图 表 2 74ls194 功能表 功能说明：当清除端（CLEAR）为低电平时，输出端（QAQD）均为低电平。当工作方式控制端（S0、S1）均为高电平时，在时钟（CLOCK）上升沿作用下，并行数据（AD）被送入相应的输出端 QAQD。此时串行数据（DSR、DSL）被禁止。当 S0 为高电平、S1 为低电平时，在 CLOC 上升沿作用下进行右移操作，数据由 DSR 送入。当 S0 为低电平、S1 为高电平时，在 CLOCK 上升沿作用下进行操作，数据由 DSR 送入。当 S0 和 S1 均为低电平时 CLOCK 被禁止。74LS194 只有当 CLOCK 为高电平时 S0 和 S1才可改

7、变。62.2 储存单元电路图示：图 7 储存单元电路图原理说明：此部分由四个 74ls175 上升沿触发的四位 D 触发器作为储存器，开关 R接 175 清零端低电平有效，打开 R 即清零储存器，图上显示器置于密码锁内部只做测试点录用，网络标号分别对应节点。74ls175 引脚图及真值表:图 8 74ls175 引脚图 7 表 3 74ls175 功能表 74ALS175N 为一四路的锁存器，当 CLK 引脚输入上涨沿时，1D-4D被锁存到输出端（1Q-4Q）。在 CLK 其他状态时，输出与输入无关。2.3 检测单元电路图示：图 9 检测单元电路图原理说明：此部分用了四个 74ls85D 数值

8、比较器及四个 D 触发器作为储存器，当二次输入密码，通过储存部分 ABCD 端口，当输出正确顺序的密码，比较器输出 A=B 端高电位依次触发 D 触发器翻转，最后输出比较结果。874ls74 功能表及引脚功能图：表 4 74ls74 功能表 表 5 74ls74 引脚功能表 9 74ls85 逻辑图及功能表：图 10 74ls85 引脚图 表 6 74ls85 功能表 2.4 开锁及封锁单元电路图示：10 图 11 开锁及封锁单元电路原理说明：本部分双刀开关 F 接受触发器输出信号，正确密码是触发 Q 位高电平，接受高电平发光二级管灯亮，蜂鸣器接收低电平不发声，反之二极管不亮蜂鸣器发声，达到开

9、锁及封锁功能，74ls161 四位计数器计数错误输入密码次数，达到 3 次封锁电路是不能再输入，开关 k 可清零计数器。74ls161 引脚图及功能表：表 7 74ls161 功能表 11 图 12 74ls161 引脚图时钟 CP 和四个数据输入端 P0P3 清零/MR 使能 CEP，CET 置数 PE 数据输出端 Q0Q3 以及进位输出 TC.(TC=Q0Q1Q2Q3CET)功能表说明：从 74LS161 功能表功能表中可以知道，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

10、，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=Q0Q1Q2Q3CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片 74LS161 可以组成 16 进制以下的任意进制分频器。3 调试与仿真3 调试与仿真3.1 调试与仿真12图 13 总电路正常工作图3.2 故障排除利用 multisim 制作出电路图进行仿真，得不到预想的结果。主要故障有：（1）来预想的来自计数器借位信号的脉

11、冲无法对控制起到脉冲作用；（2）预置数显示发生错误；（3）每个状态重新置数的功能得不到实现。采取的方法有：（1）在较短的借位信号尽量不使用门电路；（2）对电路的各门关系进行处理减少竞争冒险；(3)通过门电路对部分信号进行延迟，使之与对应信号保持一致。13 结束语 通过本次数字电子课程设计，使我更加熟悉和掌握了电子电路设计的知识和技巧，对数字电子技术有了更深层次的理解。同时，更加全面的解了 74 系列芯片的功能和型号，对今后的工作和学习由很大帮助。在电路仿真过程中，也遇到了很多问题。比如，Multisim 软件仿真时，需要进行仿真时间步长设置。如果设置步长过小，现实中过去一分钟，软件中可能只运行

12、几秒。通过请教指导老师和自己摸索，进行了正确而的设置，解决了问题。再如，本次课程设计中，我们综合运用所学的电路原理、模拟电子技术、数字电子技术，电机学等四门专业基础课的知识，很好的解决了所选课题。通过解决各种问题提高了我们发现、提出、分析和解决问题的能力，锻炼了实践能力。相比与以前单纯枯燥的理论知识，课程设计更能激发我们学习的热情，同学们都不知疲倦的研究自己的课题。我就曾在电脑前待过半天对电路进行设计和改进。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句话的真正含义我今天认真的进行课程设计，

13、学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础 14 致谢 本设计的完成是在我们的导师龚跃玲老师的细心指导下进行的。在每次设计遇到问题时老师不辞辛苦的讲解才使得我的设计顺利的进行。从设计的选题到资料的搜集直至最后设计的修改的整个过程中，花费了龚老师很多的宝贵时间和精力，在此向导师表示衷心地感谢！导师严谨的治学态度，开拓进取的精神和高度的责任心都将使学生受益终生！还要感谢和我同一设计小组的几位同学，是你们在我平时设计中和我一起探讨问题，并指出我设计上的误区，使我能及时的发现问题把设计顺利的进行下去，没有你们的帮助我不可能这样顺利地结稿，在此表示深深的谢意。15 参考文献

14、【1】数字电子技术基础 伍时和 主编 清华大学出版社【2】模拟电子技术基础 吴友宇 主编 电子工业出版社【3】电子技术基础数字部分（第五版）康华光 主编 武汉高等教育出版社【4】集成电路速查手册 王新贤 主编 山东科学技术出版社【5】集成电路速查大全 尹雪飞 陈克安 编 西安电子科技大学出版社【6】电路实验 郑大钟 主编 清华大学出版社16附录 主要元件清单 表 8元件序号型号元器件数量备注174ls85四位数值比较器4274ls74D 触发器4374ls175四位数值 D 触发器4474ls194移位寄存器1574ls161计数选择器2674ls04非门8774ls08二输入与门16874ls30与非门19DCD_HEX显示器610switch开关611led发光二级管112SONALERT蜂鸣器1 Commented MU1:重要的数据、图表、程序等。