一、 设计任务与要求
设计任务：
设计一个密码锁的控制电路，使二在输入正确的开锁代码时，输出开锁信号 将锁开启；并用红灯亮，绿灯灭表示关锁；而绿灯亮，红灯灭表示开锁。
要求：
1. 在锁的控制电路中存储一个能够修改的4位代码，当开锁按钮开关 的
输入代码等于存储的代码时，将锁打开。
2. 从第一个按钮触动以后的5S内若未将锁打开，则电路自动复位并进入自 锁状态，使之无法再打开，并由杨声器发出报警信号（可用黄色发光二极管指示）。
二、 方案设计与论证
1方案论证
基于数字系统的设计方式有两大类： 1） 、自下而上的设计方式； 2） 、自下而上的设计方式。
方案一：用TTL与COMS芯片设计，由下而上设计总个系统，第一组成功 能单元电路在山此组装。此方案设汁思路明确，所用知识简但。易于调试安装接 线，但利用器件较多，系统不是很稳固，用明显不足。
方案二：用TTL与COMS芯片设计，由下而上设计总个系统，第一肯定系 统的逻辑功能，将系统分为控制器和逻辑器，再用ASM肯定控制器算法。此方 案系统集成度较高且稳固，但控制器实现算法较难设计，且接线繁乱（需用总线）, 鉴于设计可实现问题。
方案三：用可编程逻辑器件ispLSI1061实现设计，山下而上设计总个系统将 逻辑电路输入可编程开发系统，编译成JEDEC文件实现系统电路。可是，基于 初学者
对可编程逻辑器件知识欠缺，对系统软件平台和硕件的不熟悉，所以该设 计方案有明显的难度。
方案四：用单片机设计，用Keil编写一个C程序，将其拷进单片机系统， 从而实现密码锁功能。此方案只需再程序上花点功夫，易于实现，可是对于单片 机未免牛鼎烹鸡，不适于大规模设计。
基于以上方案论证：相对于初学者而言，选择方案一较为实际，易于实现。 2方案设计
现对方案一作如下设计讨论：
数字密码锁控制电路的设计，能够理解为是数字信号的处置和控制，即信号 的输入、存储、对比、分析、检测、反馈、输出。第一，输入四位二进制数并把 二进制数进行存储；第二；二进制数的数字逻辑与设置密码对比；再者，分析比 较结果和比较位数；最后，检测输出控制锁信号。山此，寄放器信号山按钮控制 输入处置后，放进寄放器中进行存储，存储4位完后再用计数器驱动多路选择器 按位输出进行比较，然后用寄放器存储比较结果和比较位数，并同时用多输入或 门分析比较结果，最后用555按时器检测输出控制信号。
数字密码锁框图
1、明确系统设计任务，肯定系统逻辑功能
数字密码锁内部已经设置了 4位一•进制数码，别离用DO.D1,D2,D3表 示。只有密码锁处于锁状态ERROR时，按下COMPAER,使的地方于预开 锁状态；一样，只有密码锁处于锁状态OPEN时，按下INSTALL,使之预 设置状态，不然视之为无效。
串行输入数码曲开关BIT产生，能够为0或1,如上图所示。为了是系 统能够1位1
位地依次读取由BIT开关送来的串行密码，设置一个开关
READ,送入密码时，第一用BIT开关设置一名数码，然后按下READ开关, 如此就将BIT开关当前的密码读入系统。
当按下TRY时，系统进行分析操作，若是输入数码与设置密码一致时, 则系统输出OPEN信号打开锁，不然数字锁打不开，并输出ERROR信号。 当READ 一旦按钮触动以后的5S内若未将锁打开，系统输出ALAM信号, 电路自动复位并进入自锁状态，使之无法再打开，并山杨声器发出报警信号。 2各部份功能单元的设计。
1)信号输入存储和计数驱动单元设计
4位二进制数码信号输入开关BIT由A键控制，COMPARE> READ、 INSTALL、TRY别离由B、C、D、E键控制。BIT输入后由双4输入移位寄 放器U1 (4015BP_5V $行输入，并行输出)存储；COMPARE STATE下输 入到第一个4输入寄放器,INSTALL STATE下输入到第二个4输入寄放器。
再寄放器的8个输出端用8个小红灯进行比较数码和设置密码的显示测试。 按下TRY时，由U2 (74LS163D)按反馈清零法组成4位二进制加法计数器 开始置数并输入CP进行计•数，去驱动多路选择器U7(74LS153D进行比较。 汁数器输出用七段显示数码管U4 (DCD_HEX_DIG_RED)进行显示测试。
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元件序号 U1 U2 U3 U4 型号 4015BP_5V 74LS163D 74LS08D 主要参数 5V 5V 5V 数量 1 1 1 1 备注 寄存双4位数码 位数的4进制数计数器 构成双3输入与门 七段显示数码管 DCD_HEX_DI G_RED U5A U6A 7400N 1 1 fl=200Hz 与非门 与门 脉冲信号发生器 调试显示 7409N VI X1-X8 小红灯 1 8 (1) 2)信号比较单元设计
存入4位比较数码后，并行输出到双多路选择器U7(74LS153D)。当按 下TRY时，用U2 (74LS163D)按反馈清零法组成4位二进制加法汁数器驱 动双多路选择器U3(74LS153D)进行按位选择输出，用异或门进行数码逻辑 比较。用小红灯接其输出端显示测试其比较结果的不同。(数码比较记过不 同输出逻辑1,小红灯亮；相同输出逻辑0,则熄灭。)
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元件序号 U7 型号 74LS153D 主要参数 数量 备注 用于数码逐个多路选择比 较 5V U8A
74136N 1 1 (2)
异或门 调试显示 X9 小红灯 3）信号比较结果分析单元设计
将每位的比较结果寄放到双4输入移位寄放器U9 （4015串行输入，并 行输出）第一个寄放器进行存储。当U2（74LS163D）计数到第4位时也输出一 个低电平给双4输入移位寄放器U9 （4015BP-5V $行输入，并行输出）的第 二个寄放器。再寄放器的8个输出端用8个小红灯进行比较数码和设置密码 的显示测试。若是前5个输出端都输出逻辑0,则表明比较完毕且列位相同, 如出项其他情形则可分析出密码不同。用U10（74LS32D）组成5输入或门，将 结果输出。用小红灯进行测试。
2 元件序号 U9 U10 X10-X17 X18
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型号 4015BP-5V 74LS32D 主要参数 5V 5V 数量 备注 寄存双4位数码 构成5输入或门 调试显示 调试显示 I I 8 小红灯 小红灯 (3) I ::vcc:::
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4) 信号检测电路单元设计
当数码相同且比较完毕时，将分析出的信号低电平用555按时器U12
(LM555CM)组成单稳态触发器进行检测，其检测结果用小绿灯进行测试, 表示开锁；再接一个非门，输出用小红灯检测,表示关锁。
元件序号 U11A U12 型号 主要参数 数量 备注 非门 单稳态触发器电路，做检 7404N LM555CM 5V 1 1 1 1 1 1 测信号使用 构成单稳态触发器电路 构成单稳态触发器电路 构成单稳态触发器电路 调试显示 调试显示 R1 lOkft lgF C1 C2 InF 小绿灯 小红灯 OPEN ERROR (4)
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4
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5) 按时单元的设计
一旦按下READ时，用U13 (LM555CM)按时器组成单稳态触发器进行 检测，输出信
号使山U14(74LS163D)组成的5秒加法计数器开始计数，当计数到 五秒时，系统输出ALAM信号，电路自动复位并进入自锁状态，使之无法再打 开，并山杨声器发出报警信号。用黃灯进行测试。
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元件序号 U13 型号 LM555CM 主要参数 5V 数量 备注 单稳态触发器电路，做检 1 1 1 测信号使用 5秒计数器 七段显示数码管 U14 U15 74LS163D 5V DCD_HEX_DI G_RED U16、U17 ALAM 7404N 1 1 f=50Hz 非门 调试显示 脉冲信号发生器 构成单稳态触发器电路 构成单稳态触发器电路 构成单稳态触发器电路 小黄灯 V2 1 1 1 1 R2 100k lgF Cl C2
InF (5) 三、单元电路设计与参数计算
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8 备注 寄存双4位数码 位数的4进制数计数器 构成双3输入与门 七段显示数码管 7 - 7400N 元件序号 型号 主要参数 数量 U1 U2 U3 U4 4015BP.5V 74LS163D 74LS08D DCD HEX DIG 5V 5V 5V 1 1 1 1
U5A U6A VI X1-X8 RED 7400N 7409N I I 与非门 与门 脉冲信号发生器 调试显示 fl=200Hz 小红灯 I s (1)
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元件序号 型号 主要参数 数量
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U9 U10 X10-X17 X18 4015BP-5V 74LS32D 小红灯 小红灯 5V 5V 1 1 8 1 寄存双4位数码 构成5输入或门 调试显示 调试显示 VCC
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1 1 1 1 1 1 四、总原理图及元器件清单 1 •总原理图 X1X2X3X4X5X6X7X8 X9 Key-A COMPARE 1D- 5 矽・• • iV 1C1 •… ict 2\" • • • •- • tv 4 f-f i?巧一［ INSTALL 2CC •2\" A • • • • • • • • • •・ DIG_RED -U- 22 g • •. dsn •XMCC 23 OPEN ERROR Q 坪20 45 V€€ U>…- U12 u«-- 5VV14VCC U13 VC(.：：：B2 Pis • r-W, ::Im爲… 鬥74Q4K 1 k • • • • VW D • • • < ・・• .«» .« VL< (• c® WT 91： • VW T8B ............. re( •・・. r*» C3 IMif cz • • • •JAW •・ nto • • …. • • CXr… LMM5CM 1nF- 总电路图(finally) 2元件清单 元件序号 Ul、U9 U2 U3 U4 U5A U6A U7 U8A U10 U12 U13 U14 U15 U11A、U16A、 U17A、U18A VI V2 ALAM OPEN ERROR X1-X18 R1 C1-C4 型号 4015BP 5V 74LS163D 74LS08D DCD_HEX_DI G RED 7400N 7409N 74LS153D 74136N 74LS32D LM555CM LM555CM 74LS163D DCD_HEX_DI G RED 7404N 主要参数 5V 5V 5V 数量 1 1 1 1 1 1 备注 寄存双4位数码 位数的4进制数讣数器 构成双3输入与门 七段显示数码管 与非门 与门 用于数码逐个多路选择比 较 异或门 构成5输入或门 单稳态触发器电路，做检 测信号使用 单稳态触发器电路，做检 测信号使用 5秒计数器 七段显示数码管 非门 脉冲信号发生器 脉冲信号发生器 调试显示 调试显示 调试显示 调试显示 构成单稳态触发器电路 构成单稳态触发器电路 5V 5V 5V 5V 5V 1 1 1 1 1 1 4 fl=200Hz f=50Hz 小黄灯 小绿灯 小红灯 小红灯 1 1 1 1 1 18 2 4 Rl=10kQ, R2=100kQ Cl=C4=lpF C2=C3=lnF 五、安装与调试（没有进行安装调试的这部份写电路屮参数的 选择与计算） 一、 输入数码和密码设置的显示调试 小红灯X1-X4为输入数码显示，当亮时表示输入1,灭时表示输入0。小红 灯X5-X8为密码设置显示，当亮时表示设置输入1,灭时表示设置输入0。 二、 数码和位数相同与否测试 输入数码相同时，小红灯X9开始灭，不然则亮；等到四个数码都与设置密 码相同时，按下TRY,则X10-X13同时灭，小红灯X14也开始灭。 3、开锁、关锁的显示测试 当按下TRY时，系统进行分析操作，若是输入数码与设置密码一致时，则 系统输出OPEN信号打开锁，不然数字锁打不开，并输出ERROR信号。 4、5秒按时电路的的调试 当READ 一旦按钮触动以后的5S内若未将锁打开，系统输出ALAM信号, 电路自动复位并进入自锁状态，使之无法再打开，并由杨声器发出报警信号。 六、性能测试与分析（写仿真调试与分析） 1该设计一个密码锁的控制电路，能在输入正确的开锁代码时，输出开锁 信号将锁开启；并用红灯亮，绿灯灭表示关锁；而绿灯亮，红灯灭表示开锁。输 入按键控制较为简易，效果良好，用小绿灯和小红灯模拟仿真准确，传神。密码 锁设密功能较强，难于破解。 2该电路能在锁的控制电路顶用寄放器存储一个能够修改的4位代码，当开 锁按钮开关的输入代码等于存储的代码时，将锁打开。对输入密码和设置密码的 比较控制仿真效果良好，专门是用5输入或门作为分析，避免了冒险现象出现的 错误。而用55按时器则增强了信号的准确检测。 3.从第一个按钮触动以后的5S内若未将锁打开，小黄灯输出信号使寄放器 存储输入数码清零，则电路自动复位并进入自锁状态，使之无法再打开，并山杨 声器发出报警信号。 七、结论与心得 1通过对文献资料的参照查找与对比，和对仿真软件Multisim的学习。不 仅独立制作出了数字密码所电路的全进程设讣、调试，而且初步学会了如何设计 数字系统。在查找文献资料中不仅能学到许多东西，而且学会了许多解决问题的 方式；而对Multisim的学习，则加倍提高自己实践操作能力的提高。 2对课程设计说明书的撰写，进一步增强了各方面能的锻炼，分析能力进 一步增强。在书写课程设计•时，不仅要进行单元块的调试，而且需要一步一步进 行组装最后调试。在进行逻辑分析时，还要对其进行不对试探改良，强化了独立 解决问题的能力。 3在设计进程中不断寻求解决方案与方式，独立进行学习与查找方案。另 外，Microsoft Office Word取得熟练应用。 八、参考文献 [1] 华中理工大学电子学教研室编，康华光主编。电子技术基础数字部份（第四版）北京: 高等教育岀版社1998. [2] Adel & Kenneth C. Smith. Microelectronic College Oxford University PressJnc. J998 [3] 淸华大学电子教研组编，童诗白主编，模拟电子技术。第二版。北京:髙等教育出版 社,198& [4] 湖南大学彭介华主编“电子技术课程设计指导髙等教育出版社1996 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容