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课程设计-数字密码锁.doc
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一、设计说明与技术指标 设计一个数字电子密码锁,要求: 1.能预先设定好密码,并且该密码可以修改。 2.输入密码按确定键后,若密码正确则密码锁打开;若密码不正确,则发出报警; 若任意输入密码,不按确定键,电路不会有任何反应。 3.密码锁打开和报警的时间都是 M 秒(M 可以自己设定),即按住确定键到松开后 M 秒,按下确定键不放的话,则一直打开或报警。 4.设置一个系统复位开关。 5.所有的时间数据均用数码管显示出来。 6.设计电路所需的直流电源。 采用各种集成芯片及门电路来设计,其优点是电路理解轻松,设计比较顺畅,用已有的知识就可以设计。但是电路连线比较复杂,需要一些逻辑器件,智能化大大降低,并且能拓展的功能比较少。
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1
一、概述
随着小偷撬锁技术的提高,如何实现家庭防盗这一问题也变得尤为突出,传统的
机械锁由于构造简单,被撬的事件屡见不鲜,电子锁保密性高,灵活性好,安全系数
高,受到了广大群众的青睐。
数字密码锁的设计:本设计采用了 4 位 2 进制数字密码,通过调节开关设置该密
码锁的最初密码,可以修改密码,密码确定后,按下确定键,如果密码正确,密码锁
开锁并开锁 10 秒(用绿色 LED 灯亮表示),如果密码不正确,密码锁报警 10 秒(用
扬声器报警表示),如果一直按确定键,则一直开锁或者一直报警,不按确定键既不
开锁也不报警。如果不按确定键则即不打开也不报警,本设计所有的时间数据均用数
码管显示出来。
二、方案分析
设计一个密码锁:按下确定键,如果密码正确,密码锁开锁并开锁 10 秒,如果密
码不正确,密码锁报警 10 秒,但是如果一直按确定键,则一直开锁或者一直报警,不
按确定键既不开锁也不报警。
本设计采用各种集成芯片及门电路来设计,其优点是电路理解轻松,设计比较顺
畅,用已有的知识就可以设计。但是电路连线比较复杂,需要一些逻辑器件,智能化
大大降低,并且能拓展的功能比较少。
该密码锁设计分为四个部分设计:
(1)密码锁修改密码设计以及输出密码正确与否判断(用 led 亮灭显示)
(2)10 秒倒计时设计以及按下按键倒计时开始设计
(3)(1)与(2)结合实现全部功能
(4)5V 电源设计
2
原理框图如下图所示
图 1 密码锁电路的原理框图
(1)密码锁修改密码设计以及输出密码正确与否判断
通过拨码开关输入、修改密码,然后通过输入的密码和已有的密码进行比较,比较
通过数值比较器来判断输入密码正确与否。
(2)10 秒倒计时设计以及按下按键倒计时开始设计
通过 555 定时器设置周期 1s 的时钟提供给计数器(倒计时);
按键与上升沿触发器结合控制计数器倒计时计数实现按下后松开 10s 实现报警和开
锁的系统;
(3)(1)与(2)结合实现全部功能
密码锁的不开锁,开锁不报警以及报警不开锁通过密码正确与否(数值比较器
输出),按键按下与否(按键与上升沿触发器的结合)以及 10s 倒计时输出(计数
器输出)共同作用,将三个条件作为输出,三个现象作为输出,通过组合逻辑实现
全部功能。
(4) 5V 电源设计
设计 5V 电源为所有器件供电。
数
值
比
较
器
密码输入
电平触发的带异
步置零的 D 触
发器
555 定时
器
计数器
按键
系统复位
开关
显示译码器
组
合
逻
辑
电
路
报 警
与 开
锁 系
统
5V 电源
5V 电源
修改密码开关
上升沿触发器
3
三、电路设计
1、电源电路设计
直流稳压电源是一种将 220V 交流电转换为稳压输出的直流电源装置,主要是由
电源变压器,整流电路,滤波电路,稳压电路四个部分组成。
变压器:利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置,主要组成为初级线圈、次级
线圈和铁芯(磁芯)。本次设计采用 10:1 匝数比的变压器,220V 交流电源经过变压为
22V,最大值约为 31.11V。因为 LM7805 的输入电压应不大于 36V,故选择此匝数比。
整流滤波电路:整流电路将交流电压 U1 变换成脉动的直流电压,再经过滤波电
路,滤除较大的纹波成分,输出较小的直流电压 U0。本次设计采用的是桥式整流电路
和电容滤波电路。桥式整流电路有着输出电压高、变压器利用率高、脉动小等优点,
此外电容选择应根据 R
L
C=(3~5)T/2 的条件,故选择 50uF 和 1uF 电容。
稳压电路:LM7805 是最常用的三端稳压集成电路,用很简单的电路就可以输出一个直
流稳压电源,它的输出电压恰好为 5V,刚好是本设计所需要的电压值大小。
其原理图如图 2 所示
图 2 电源电路
2. 10 秒倒计时设计以及按下按键倒计时开始设计
555 定时器电路是一种自激振荡电路,在接通电源之后,不需要外加触发信号,
便能自动地产生矩形脉冲。由于矩形波中含有丰富的高次谐波分量,所以习惯称为多
谐振荡电路。如图 3 所示,应用 555 定时器构成多谐振荡电路,可以先将其接成施密
特触发器,再把施密特触发电路的反向器输出端经 RC 积分电路接回到它的输入端。C
f
的主要作用为滤波,提高稳定性。
555 定时器电路设计如图 3 所示;
V1
220Vrms
50Hz
0°
T1
10:1
D1
1B4B42
C1
50µF
C2
1µF
U18
LM7805CT
LINE VREG
COMMON
VOLTAG E U0
4
图 3 555 定时器电路图
本设计需要 1Hz 的脉冲频率,根据要求条件选择电阻 R1、R2,电容 C
f
为
R1=47kΩ,R2=47kΩ,C
f
=10nF,若多谐振荡电路输出的矩形波频率为 1Hz,计算电容 C。
T=ln2(R1+2R2)C
(1)
f =1/T (2)
通过计算电容 C 为:C=10uF
;
T=0.987s
。
倒计时电路如图 4 所示:
图 4 倒计时电路图
VCC
5V
555_VIRTUAL
Timer
GND
DIS
OUTRST
VCC
THR
CON
TRI
47kΩ
R1
47kΩ
R2
10µF
C
10nF
Cf
输出
VCC
5.0V
VCC
5V
VCC
5V
VCC
5V
VCC
5V
U2
74LS190N
A
15
B
1
C
10
D
9
~U/D
5
QA
3
QB
2
QC
6
QD
7
~CTEN
4
~LOAD
11
~RCO
13
MAX/M IN
12
CLK
14
U6
74LS190N
A
15
B
1
C
10
D
9
~U/D
5
QA
3
QB
2
QC
6
QD
7
~CTEN
4
~LOAD
11
~RCO
13
MAX/M IN
12
CLK
14
J5
键 = R
J6
键 = S
U10A
74LS74N
1D
2
1Q
5
~1 Q
6
~1 CL R
1
1C LK
3
~1 PR
4
U3D
74LS04N
U13A
74LS32N
330Ω
R1
U16A
74LS08D
1kΩ
R2
1kΩ
R2
555_VIRTUAL
Timer
GN D
DI S
OU TRS T
VC C
TH R
CO N
TR I
47kΩ
R1
47kΩ
R2
10µF
C
10nF
Cf
330Ω
R1
U5
A B C D E F G
CK
U15
A B C D E F G
CK
U4
74248N
A
7
B
1
C
2
D
6
OA
13
OD
10
OE
9
OF
15
OC
11
OB
12
OG
14
~LT
3
~RBI
5
~BI/R BO
4
U14
74248N
A
7
B
1
C
2
D
6
OA
13
OD
10
OE
9
OF
15
OC
11
OB
12
OG
14
~LT
3
~RBI
5
~BI/R BO
4
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