电子密码锁的设计.doc

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1、物理与电子信息学院数字电路课程设计报告书姓名： 班级： 学号 时间： 论文题目 电子密码锁的设计课程论文要 求设计一个电子密码锁，要求如下：1、有10个数字号码0,1,2，9，设定密码号为3,5,6,7，按从高位到低位顺序开锁。2、只有输入正确的密码时，锁才能打开，且经历一段时间后电路自动返回原始状态，以指示灯的状态来表示锁的关闭和打开。3、当按下任意一个非密码号时，锁不打开，指示灯不亮。设计过程(包括：设计方案、电路分析、仿真结果、软硬件结合测试步骤和结果、设计收获和体会)设计方案与论证： 电子锁的种类比较多，电路的结构形式也有多种，有触摸开关编码，也有光电编码，既可以用分立元件（晶体管、晶

2、闸管）组成，也可以用集成电路组成，甚至可以用带有处理系统的微处理器（单片机）做。方案一采用数字电路1、 原理方框图锁寄存器驱动编码数码开关指示灯 数码开关 图（1-1） 其原理框图如上图所示，整个电子密码锁由三部分组成：编码电路、主体电路、复位电路。其中十个按键开关与电源组成编码电路，并提前设置好密码。主体电路由四个D触发器组成的移位寄存器和四个密码按键相连，以驱动继电器开锁和指示灯亮。复位电路有两部分，一部分是由剩下的非密码按键进行复位功能，另一部分是由高电平信号经过门电路进行复位。方案二采用单片机2、原理方框图按键指令输入初始化锁存设置密码锁驱动控制寄存器译码 指示灯 图（1-2） 使用单

3、片机的原理框图如上所示，依据其画出其单片机的程序流程图并借此进行程序的设计分析：分配好所需的存储单元和其他相关内容，然后再进行整体的程序设计。在程序仿真没有问题后，对单片机烧录程序后，然后进行电路的硬件电路设计。设计论证 本设计所构想的两个方案中，方案二采用了单片机的硬件和软件相结合的方法，利用了汇编语言的强大功能，通过编写一个合适的正确的汇编程序，依靠所接的按键开关输入相应的指令就可以进行一系列的程序操作，从而实现所需要的功能。电路节省了大量的硬件电路设计过程，使得硬件电路的焊接对设计的要求和结果的影响达到最低的限度，不过对于使用单片机来做，需要有一块开发板来实现程序的烧录过程，而且这种程度

4、的程序编写对于一个初级学者来说有不小的困难，难以编写出如此复杂的程序，一旦程序出现错误对于查找出错误也是比较难的。而且在实际的经济成本上，由于单片机芯片一般都比较贵，晶振电路所需元件也不好买，提供给芯片的频率也难以准确计算，对于程序的设计有太大的影响。相反，对于方案一来说，对于我们则是比较不错的选择。方案一中，所用元件简单，成本也较低；电路不是很复杂，易于焊接；如果在电路的测试过程中出现了一些问题，可以很容易的检查出来。集成电路我们很熟悉，因而选择用集成来做有利于检查我们对于集成电路的掌握运用，能更好的将我们学到的理论知识运用到实践中去。总体来看，方案一，在整个的课程设计过程中，硬件电路简单，

5、对于各个方面可能出现的问题可以方便的解决。而且，所需成本较低；所以最终还是选择了方案一。单元电路设计编码电路 图（2-1） 本编码电路将所有按键按照一定的顺序排列，其中六个非密码号按键的输出端连接在一块，其他按键的输出端接各个触发器的信号端CP端并连接好电源。按下按键输入相应的密码，对触发器相关引脚输入相应的信号，从而使触发器进行复位或者存储操作。主体电路 图（2-2）本主体电路以四个触发器组成的移位寄存器为核心，将所有的复位端连接在一块。设定的四个密码作为移位功能的四个信号，在最后的输出端连接继电器的驱动电路，以三极管的放大作用提供继电器所需的开关电流，同时，VCC经过继电器对R6C1电路进

6、行充电，高电平作为电路的复位信号。触发器真值表及管脚功能（CD4013） 14-VDD;13-Q2; 12-Q2非;11-CP2;10-R2;9-D2;8-S2 1-Q1 ; 2-Q1非;3-CP1; 4-R1; 5-D1; 6-S1;7Vss 图（2-3）继电器管脚功能与接法 图(2-4)复位电路 图(2-5) 复位电路中，将其他非密码号按键连接在一起作为一个复位作用。只要按下其中任意一个非密码按键，电路就会发生复位作用，进而使继电器不打开。同时，若继电器打开了，则经过充电后的高电平Uc加到与门输入端后，再由隔离二极管加到触发器的R端，电路进行复位，使电路具有自动复位的功能。总电路图 图（2

7、-6）仿真结果 图(2-7)电路原理 接通电源瞬间，首先按下清零按键，使触发器的清零端R为高电平Q4Q3Q2Q1=0000，三极管T1不导通，电磁线圈无电流通过，处于复位状态（即原始状态）.同时D1=1，当按下3,5,6,7顺序按键开关时，D1便自左向右移四次，使Q4=1，三极管T1导通，电磁线圈流过电流建立磁场，吸动铁质门栓，锁便打开，同时电流流过LED灯，使其发光，表示锁已打开。同时，高电平经过锁的另一端通过R5对C1充电，延时一段时间后，Uc1为高电平，经过两次的与非门电路在经过隔离二极管D3加到触发器的清零端，使R为高电平，移位寄存器处于原始状态，灯灭。如果按错号码，高电平直接加到R端

8、，使移位寄存器处于复位状态，Q4=0，三极管截止，锁便不会打开，灯不亮。理论计算 电路充电电路充电时间T=R6*CI=4s,而电路的自动复位时间T1=0.8T=3.2s.电路Q1的基极电流Ib=Vout/R5,集电极电流Ic=k*Ib。电路中其他的电阻R等，只是作为下拉电阻作用，因而选用一般大小的电阻就可以，所以一般选用20K的。测试方法和数据一、 安装与调试1、 主体电路装调 在仿真软件中实现电路的设计检查与仿真分析后，进行电路的硬件电路焊接。 首先安装调试主体电路，在触发器的清零端加有效电平，使移位寄存器Q4Q3Q2Q1=0000，继电器不工作，再按3,5,6,7顺序触发各触发器，当Q4=

9、1时，继电器应该吸和，否则，查Q1，调节基极电阻R5，使继电器吸和。然后使移位寄存器复位，继电器应该释放，否则调整Q1和R5。直至正常工作为止。2、控制电路装调 当主体电路正常工作时后，装调控制电路（其中所用门电路芯片接12电源），按原理图将控制电路和主体电路连接后，测试复位功能，正常后，按顺序触及号码按钮，继电器应该吸和，否则查各触发器Q端，触发前后的变化，若不正常，在接线正确和器件完好的情况下，提高VCC，直至调试成功。结果分析 在调试过程中，按下密码按键后发现继电器不动作，指示灯也不亮。用万用表检查各触发器的输出端发现都没问题，只是T1的基极电流太小，造成流过指示灯和继电器线圈的电流太小

10、，不足以产生足够的磁力吸引开关打开。在详细计算所需电流后，选择合适的基极电阻R5后，逐步增加VCC的值。当继电器正常工作后，发现电路自动复位时间太快。随后测定触发器复位端所需最低电压的大小，然后根据电路的充电时间常数T，选择较大的阻值4M和电容1uf。 在重新连接好电路后，接通电源，首先按下清零键，对电路进行清零。然后，按顺序按下号码按键3,5,6,7.当按下最后一个按键时，继电器啪的一声打开了，同时指示灯发光，经过三五秒后，继电器自动关闭，指示灯同时熄灭。若按下错误的密码号时，继电器不打开，指示灯也不亮。元件清单元件序号器件型号参数数量/个价格/元R1/R2/R3/R4RES20K40.2R

11、5RES4M10.2R6RES10K10.2R7RES2K10.2U1/U2JRC401312V20.5K1BUTTON110.2D2/D31N400730.3Q1S901810.4C1CAP1uf10.5D1LED11JJQC-T7310A/12V12U3CD401112V10.5设计心得与体会在最初选择这个题目的时候有点后悔，只有自己一个人做这种方面的题目，很怕做不来。不过，还是坚持下来了没有去改题目。在思考选择设计方案时，曾经在网上很努力的查找这方面的资料。在经过自己的认真选择与分析后最终选择了用集成电路来做，在按照电路图连接焊接好电路板后进行测试时，发现了好多的问题。发现自己对于一些常

12、用的器件的使用方法不是很明白，造成电路功能好多实现不了，曾经也想过放弃这种方案而选择电路更加简单的单片机，然而自己不愿意这么不明不白的放弃，而想要找出错误使自己成功，证明自己。通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关数字电路方面的知识，而且对于其他方面也有了更加广阔的认知。虽然在设计过程中遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考和对电路的不断分析，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵，而且在实践中让我们更加明白实践的重要性。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师和同

13、学的指导帮助下，最终解决。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！ 课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别、使用和测试方法；熟悉了常用仪器、仪表；了解了电路的连线方法

14、；以及如何提高电路的性能等等，我认为，在这次的设计中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的

15、知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。 此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅。在此，感谢杨老师的细心

16、指导，也同样谢谢其他各位同学的无私帮助。参考文献 1 谢自美编，电子线路设计实验测试 (第二版) M.上海:电子工业出版社,2001. 2 康华光,邹寿彬编.电子技术基础数字部分（第四版）M.北京:高等教育出版社,2005. 3 陈大钦编.电子技术基础实验(第二版)M.湖北:机械工业出版社,2001. 4 安玉景，李雪莹编.电子技术基础实验M.人民邮电出版社,2002 . 5 王永军，数字逻辑与数字系统.北京：电子工业出版社，1997. 6 梅慧楠, 朱中华, 程时杰. 基于park变换的UPQC检测方法研究J. 电力科学与工程, 2005, (01): 17-21. 7 谢自美.电子线路设计实验测试M.武汉：华中科技大学出版社，2006:76-77. 12