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1、 電子技術(shù)課程設(shè)計報告 —— 八位串行密碼鎖的設(shè)計 上海大學(xué)機(jī)自學(xué)院自動化系 電氣工程及其自動化專業(yè) 姓名: 學(xué)號: 指導(dǎo)老師:徐美華 2014年6月26日 一、設(shè)計目的與要求 電子密碼鎖是一種通過密碼輸入來控制電路或是芯片工作，從而達(dá)到控制開關(guān)閉和，完成開鎖、閉鎖任務(wù)的電子產(chǎn)品。電子密碼鎖的性能與安全性已經(jīng)大大地超過了機(jī)械鎖。主要特點如下： 1、 保密性好，編碼量多，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于彈子鎖，隨即開鎖成功率幾乎為零。 2、 密碼可變，可以防止密碼被盜。 3、 誤碼輸入保護(hù)，多次錯誤后，可自行報警。 4、 操作簡單，一

2、學(xué)即會。 5、 干擾碼功能，在正確密碼前可以輸入任意碼。 6、 安保功能。 7、 等等 本次課程設(shè)計的目標(biāo)要求是： 設(shè)計電子鎖，滿足： 1、 開鎖密碼為八位串行二進(jìn)制碼。 2、 開鎖輸入碼與設(shè)定密碼一致時，鎖被打開；不一致時，報警。 3、 設(shè)置復(fù)位開關(guān)，所有的時間數(shù)據(jù)用數(shù)碼管顯示出來。 二、設(shè)計框圖 由密碼鎖的總體要求可以得到如下的設(shè)計框圖： 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 移位寄存器 比較電路 計數(shù)電路 計時電路 多諧振蕩器 開鎖 報警 1. 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器由555定時器組成，可以產(chǎn)生暫穩(wěn)態(tài)脈沖，通過開關(guān)的閉合可以得到我們所需要的

3、脈沖。 2. 用由74LS164組成的移位寄存器向電路串行輸入密碼。 3. 用由兩片74LS85構(gòu)成的比較器來預(yù)置和比較密碼。 4. 用由74LS192組成的計數(shù)器來記錄已輸入密碼的個數(shù)。 5. 多諧振蕩器由555定時器組成，用來實現(xiàn)周期為1S的脈沖信號，配合計時。 6. 用由兩片74LS192組成的減法計時器來限制輸入密碼的時間。 三、所用各器件及其原理 1、555定時器 定時器555是一種多功能集成電路，只要在外部接上幾個電阻電容，就可以組成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。定時器555內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖、符號圖和功能表如下。 555定時器有二個比

4、較器C1和C2，有一個RS觸發(fā)器，R和S高電平有效。三極管VT1對清零起跟隨作用，起緩沖作用。三極管VT2是放電管，將對外電路的元件提供放電通路。比較器的輸入端有一個由三個5kW電阻組成的分壓器，由此可以獲得 和 兩個分壓值，一般稱為閾值。555定時器的1腳是接地端GND，2腳是低觸發(fā)端TL，3腳是輸出端OUT，4腳是清除端Rd，5腳是電壓控制端CV，6腳是高觸發(fā)端TH，7腳是放電端DIS，8腳是電源端VCC。 2、移位寄存器74LS164 移位寄存器除了具有寄存數(shù)碼的功能外，還具有移位功能，即在移位脈沖作 用下，能夠把寄存器中的數(shù)依次向右或向左移。它是一個同步時序邏輯電路,根據(jù)

5、移位方向，常把它分成左移寄存器、右移寄存器 和 雙向移位寄存器三種；根據(jù)移位數(shù)據(jù)的輸入－輸出方式，又可將它分為串行輸入－串行輸出、串行輸入－并行輸出、并行輸入－串行輸出和并行輸入－并行輸出四種電路結(jié)構(gòu) 74LS164是8位串入并出的移位寄存器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳排列如圖。74LS164由8個具有異步清除端的SR觸發(fā)器組成，具有時鐘端CP、清除端、串行輸入端A和B、8個輸出端。 從其功能表可以看出，只要端輸入低電平，移存器無條件清 0。只有當(dāng)端接高電平，CP上升沿到達(dá)時，電路才可能按AB設(shè)置的方式執(zhí)行移位或置數(shù)操作：AB=11時，AB=01或AB=10時移入0。 3、 數(shù)據(jù)比

6、較器74LS85 在一些數(shù)字系統(tǒng)當(dāng)中經(jīng)常要求比較兩個數(shù)值的大小。為完成這一功能所設(shè)計的各種邏輯電路統(tǒng)稱為數(shù)值比較器。例如，A.B是兩個4位二進(jìn)制數(shù)A3A2A1A0和B3B2B1B0,進(jìn)行比較的話，應(yīng)該首先比較高位的A3和B3，如果A3＞B3,那么不管其他幾位數(shù)碼各為何值，肯定A＞B．反之，若A3＜B3，則不管其他幾位數(shù)碼為何值，肯定A＜B。如果A3﹦B3，必要通過比較下一位數(shù)A2和B2的大小來判斷A和B的大小了。依此類推，肯定能比較出結(jié)果來。 74LS85是集成4位比較器，它還有級聯(lián)輸入端，通過級聯(lián)輸入端可以連接成8位、16位或更高位數(shù)的比較器。由其功能表可以看出，該比較器判斷順序為從高

7、位到低位，若它們都相等，就判斷級聯(lián)信號。 4、 計數(shù)器74LS192 74LS192是十進(jìn)制同步加／減法計數(shù)器，采用8421BCD碼編碼，具有直接清零、異步清零功能。由功能表可以看出，當(dāng) =1，CR=0，CPD=1時，如果有時鐘脈沖加到CPU端，則計數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行加法計數(shù)，當(dāng)計到9（1001）時， 端輸出進(jìn)位下降沿跳變脈沖；當(dāng) =1，CR=0，CPU=1時，如果有時鐘脈沖加到CPD端，則計數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行減法計數(shù)，當(dāng)計到0（0000）時， 端輸出借位下降沿跳變脈沖。 四、各單元電路的設(shè)計與調(diào)試 1、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（模塊1） 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有幾

8、個重要特點，分別是： 1）.有穩(wěn)態(tài)跟暫穩(wěn)態(tài)兩個工作狀態(tài)。 2）.能在脈沖作用下，從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，并維持一點時間后自動返回穩(wěn)態(tài)。 3）.暫穩(wěn)態(tài)的時間與脈沖無關(guān)，取決于電路本身。 上圖為一個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，開關(guān)每閉合一次，即可產(chǎn)生脈沖，即可通過開關(guān)的閉合來產(chǎn)生所需的脈沖。 2、移位寄存器（模塊2） 由74LS164組成的移位寄存器，其端接在模塊1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出端口處，通過選擇開關(guān)S1，S2的接通情況和脈沖信號觸發(fā)達(dá)到向電路輸入密碼的功能。在本設(shè)計中可如下圖： 3、計數(shù)器（模塊3） 由74LS192組成的加法計數(shù)器，ABCD四個輸入端均接地，表示預(yù)置0000

9、；CLR通過開關(guān)控制清零，即每次A閉合都會置零。脈沖端UP接到單脈沖觸發(fā)器的輸出端，開關(guān)space的每閉合一次產(chǎn)生的脈沖令數(shù)碼管顯示數(shù)值加1。如下圖所示： 4、數(shù)據(jù)比較器（模塊4） 由兩個74LS85芯片組成的8位數(shù)據(jù)比較器，對于總體電路來說這是一個譯碼電路，U3的B0.B1.B2.B3接口接低電平，端口A＜B.A﹦B.A＞B也分別接在U2的端口A＜B.A﹦B.A＞B上。U2的A﹦B.B0.B1三個端口接高電平，端口A＜B. A＞B.B2.B3接低電平，即初始設(shè)定的密碼是0000 0011，U2.U3的輸入端口A0.A1.A2.A3分別接移位寄存器的8個輸出端口，當(dāng)輸入的密碼與設(shè)

10、定的初始密碼一致時，U3的輸出端口A﹦B輸出高電平，可接到開鎖電路和報警電路。 5、減時計時器（模塊5） 由兩個74LS192組成的減法計數(shù)器， 接多諧振蕩器的輸出接口，置數(shù)端通過三個或門接到計數(shù)器的四個輸出端，預(yù)置數(shù)為N=（00110000）8421BCD=（30）10,即預(yù)置時間為30秒，當(dāng)接通時，初始值為30秒。當(dāng)?shù)臀挥嫈?shù)器的借位輸出端 輸出借位脈沖時，高位計數(shù)器才進(jìn)行減法計數(shù)。當(dāng)計數(shù)到高、低位計數(shù)器都為零時，高位計數(shù)器輸出端 輸出借位脈沖，接到報警電路。 6、多諧振蕩器（模塊6） 由555定時器可組成多諧振蕩器，如下圖所示： 因為接了二極管，且R3=R4，則T

11、=C3In2R,所以T=1s。 7、開鎖及報警顯示（模塊7） 此模塊主要是對之前的模塊輸出信號的處理，可通過簡單邏輯門與輸出器來實現(xiàn)。具體的電路如下圖： U3接的是比較器的輸出端，U5接的是計數(shù)器的輸出端，U17A接的是計時器的輸出端。根據(jù)邏輯門的關(guān)系可以得到高低電平，從而實現(xiàn)開鎖與報警功能。 五、總邏輯圖 六、小結(jié) 這次的課程設(shè)計，不僅是我能夠鞏固原本很模糊的知識點，也讓我明白，設(shè)計性課題的獨特之處，設(shè)計性課題更加的具有自主性，開放性，不限于一個答案，更加地能夠激發(fā)興趣。在仿真中也出現(xiàn)了不少問題，使用的是Multisim12.0版本的仿真軟件，因為在平時的教學(xué)之中并沒有相關(guān)軟件的介紹，所以在剛開始使用時不是很適應(yīng)，但是因為使用的器件都是很常見的，所以也是很快能夠找全。在這次的設(shè)計之中，參考了很多的相關(guān)資料，也明白了不僅可以通過這些器件來實現(xiàn)，也可以通過單片機(jī)編程來實現(xiàn)，可見在未來的行業(yè)之中，自動化與計算機(jī)行業(yè)將密不可分，而這些多元化、多方面的設(shè)計也將更多的走近我們的生活。通過這次的課程設(shè)計，也很好的綜合應(yīng)用了之前的模電、數(shù)電的相關(guān)知識，能夠更加的整體化，促進(jìn)綜合應(yīng)用。