基于protues仿真的声控电子锁设计

本次实验目的是设计一种以敲门声的节奏开锁的声控电子锁。其中用NE555构成对电子锁的时间控制设置，用JK触发器对掌声节奏构成的代码进行检测。整体电路使用Proteus进行仿真。仿真成功后使用Altium Designer做出电路的原理图并且画出PCB图。最后根据PCB图将实物器件进行设计。 ### 基于Proteus仿真的声控电子锁设计相关知识点 #### 一、设计目的及要求 ##### 1.1 目的 - **掌握数字逻辑电路设计原理与方法**：通过声控电子锁的设计，理解数字逻辑电路的工作原理，并能够熟练应用到实际项目中。 - **深化模拟电路原理理解**：通过对NE555定时器等模拟电路组件的学习，加深对模拟电路基础理论的认识。 - **熟悉计算机辅助设计工具**：掌握Proteus等电路仿真软件的使用方法，以及Altium Designer绘制电路原理图和PCB图的能力。 ##### 1.2 题目与要求 - **设计声控电子锁**：设计一种以特定节奏的掌声来控制开关的声控电子锁，该锁识别预设的四位0/1代码（例如1101）来决定是否解锁。 - **时钟指示电路**：设计一个时钟指示电路，确保掌声的节奏与电路时钟一致。 - **重复尝试与报警机制**：如果输入的解锁信号未能成功解锁，则允许最多三次重复尝试，超过三次则启动报警机制并锁定系统。 #### 二、方案设计 ##### 2.1 声控电子锁的组成框架 - **传声器**：将声音信号转换为电信号。 - **放大整形电路**：将电信号放大整形为适合的小脉冲信号。 - **代码检测电路**：检测输入信号是否与预设代码匹配。 - **时钟电路**：控制电路的整体运行周期。 - **时钟指示电路**：提供时钟脉冲信号。 - **显示电路**：使用LED显示锁的状态（开锁/关锁）。 - **执行机构**：模拟开锁动作（使用LED）。 - **报警电路**：在多次尝试失败后启动。 ##### 2.2 工作原理 - **传声器**：将用户拍手的声音信号转换成电信号。 - **放大整形电路**：将电信号放大并整形为稳定的小脉冲信号，以便后续电路处理。 - **代码检测电路**：通过JK触发器等逻辑门电路检测输入信号是否符合预设的代码。 - **时钟电路与时钟指示电路**：NE555定时器作为核心元件，产生稳定的时钟信号用于控制电路的运行节奏。 - **显示与执行机构**：通过LED的变化来模拟锁的状态变化。 - **报警电路**：当连续三次输入错误的解锁信号后，激活报警电路。 #### 三、电路设计及仿真 ##### 3.1 放大整形电路 - **信号放大**：使用三非门及相关阻容元件构成的高输入阻抗放大器将电信号放大。 - **信号整形**：通过单稳电路和施密特电路共同作用，去除放大后信号中的失真。 ##### 3.2 时钟电路 - **NE555定时器**：作为核心元件，构成单稳态触发器，产生稳定的时钟信号。 - **参数计算**：通过调整电阻和电容的值来控制时钟信号的周期，实现0.1Hz的脉冲频率。 ##### 3.3 时钟指示电路 - **时钟脉冲产生**：同样使用NE555定时器构成多谐振荡电路，产生时钟脉冲信号。 - **参数计算**：通过调整阻容值实现0.7秒左右的周期。 ##### 3.4 代码检测电路 - **状态机设计**：使用递推设定法设计状态转换主链，根据输入信号的状态改变电路状态。 - **JK触发器**：通过JK触发器检测掌声节奏构成的代码，以实现代码检测功能。 通过以上分析，我们可以看到声控电子锁设计涉及了多个方面的技术，包括模拟信号处理、数字逻辑设计、时序控制以及计算机辅助设计等多个领域。这种综合性强的设计实践不仅有助于提升学生的理论知识水平，还能增强其实操能力，为将来从事电子工程领域的研究与开发打下坚实的基础。