计时输入四位密码锁系统

沈阳航空航天大学课程（说明书）计时输入四位密码锁系统设计班级24060401学号2012040604010学生姓名呼皓指导教师徐嵩沈阳航空航天大学课程设计任务书课程名称数字逻辑课程设计课程设计题目计时输入四位密码锁系统设计课程设计的内容及要求：一、设计说明与技术指标设计一个计时输入四位密码锁系统，技术指标如下：① 基于555定时器设计该密码锁计时输入系统，即当输入第一位密码时开始计时，10秒内要输入完所有密码，超过10秒要重新输入密码；② 该密码锁系统用数码管显示所输入的四位密码；③ 设定开锁密码为1011，开锁条件为：输入密码正确并闭合开锁开关，开锁信号为“1”，将锁打开，并有二极管发光提示；否则报警信号为“1”，蜂鸣器进行报警提示。二、设计要求1．在选择器件时，应考虑成本。2．根据技术指标，通过计算确定电路和元器件参数。3．画出电路原理图（元器件化，电路图化）。三、实验要求1．根据技术指标制定实验；验证所设计的电路，用软件仿真。2．进行实验数据处理和分析。四、推荐参考资料1.童诗白，华成英主编．模拟电子技术基础．[M]北京：高等教育出版社，2006年五、按照要求撰写课程设计报告成绩评定表：序号评定项目评分成绩1设计方案正确，具有可行性，创新性（15分）2设计结果可信（例如：系统分析、仿真结果）（15分）3态度认真，遵守纪律（15分）4设计报告的规范化、参考文献充分（不少于5篇）（25分）5答辩（30分）总分最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字：2014年12月26日一、概述本次课程设计主要设计一个计时输入四位密码锁系统，由NE555构成多谐振荡器，产生一个稳定的脉冲信号，将该信号输入至由两个74LS160制作的计时器，利用门电路，74LS194和74LS148来实现密码输入和设置，用74LS85D进行比较，同时用简单的门电路，蜂鸣器，二极管实现比较输出。设计主要包括原理图的设计、分解单元的设计与连接和Multisim图的正确设置和接线，做出电路并调试成功。该课程设计在飞速发展的当今社会具有广泛的应用价值，如密码保险箱的密码锁，行李箱，防盗门的密码都可以通过本课设实现，为重要物品，文件提供安全保障，增加了生活中的安全系数，真正的做到贴近生活。通过对课设的认识与制作的过程掌握Multisim软件的掌握。二、方案论证设计一个计时输入四位密码锁，要求输入的密码可以显示，输入第一位时开始计时，十秒未输入完清零，十秒内输入正确闭合开锁钥匙有发光提示，否则蜂鸣器报警。方案原理框图如图所示图1计时输入四位密码锁电路的原理框图本次设计采用的是该方案，由555计时器产生的脉冲信号控制时钟，清零，思路清晰，结构严谨，易于电路的制作与理解，同时节省材料与资源，性价比高。三、电路设计1.8421BCD密码设置电路74LS148优先编码器，先说一下他的基本原理.他允许同时输入两个以上编码信号。不过在设计优先编码器时已经将所有的输入信号按优先顺序排了队，当几个输入信号同时出现时，只对其中优先权最高的一个进行编。74ls148优先编码器管脚功能介绍:为16脚的集成芯片，电源是VCC(16)，GND(8),I0—I7为输入信号，A2,A1,A0为三位二进制编码输出信号，IE是使能输入端，OE是使能输出端，GS为片优先编码输出端。通过十个开关的逻辑组合，输入到74LS148优先编码器的八个管脚中，从A1，A2，A3中输出的信号经与非门变换输出到数码管中，从而显示十进制密码。开关的意义如图所示，key=0证明输入的密码为零，在数码管中显示为“0”以此类推。图2四位密码设定系统电路图2.密码输入电路74LS194有五种不同的模式，即并行送数计存，右移，左移，并行，及清零。其中，3D、2D、1D、0D为并行输入端；3Q、2Q、1Q、0Q为并行输出端；RS为右移串行输入端；LS为左移串行输入端；1S、0S为操作模式控制端；RC为直接无条件清零端；CP为时钟脉冲输入端。74LS194有5种不同操作模式：并行送数寄存；右移(方向由3Q→0Q)；左移(方向由0Q→3Q)；保持及清零。通过74LS194实现8421BCD码的输入，其中开关A对应数字1，B对应数字2，C对应数字4，D对应数字8，通过QA,QB,QC,QD的输出对应到数码管，通过ABCD四个开关的组合来实现十进制，然后在通过数码管进行显示，实现密码输入及显示图3四位密码输入电路图3.密码比较电路74LS85D为4位数值比较器，共有54/7485、54/74S85、54/74LS85三种线路结构形式 74LS85D可进行二进制码和BCD码的比较，对两个4位字的比较结果由三个输出端（FA＞B，FA＝B，FA＜B＝输出。将若干85级联可比较较长的字，此时低级位的FA＞B，FA＝B，FA＜B连接到高位级相应的输入A＞B、A＝B、A＜B，并使低位级的A＝B为高电平。由密码输入电路和密码设定电路输出的信号，分别输入到A、B两组管脚中，在74LS85D中实现信号的比较，选择OAEQB管脚输出，当A、B两组的输入完全相同时，输出1，否则为0，从而对密码进行比较并输出到开关控制及输出电路，进行处理，比较电路的逻辑表达式为（L为输出信号，A、B、C、D为输入信号）图4密码比较电路图4.十秒计时电路74LS160是十进制计数器，它只能记十个数，从0000-1001（0-9）到9之后再来时钟信号就回到0，CLK是时钟信号的输入端，RCO是输出端，MR是复位端，低电频有效load是置数信号，当其为低电平时，在时钟信号作用下读入D0到D3。为了使161正常工作ENP和ENT端口接高电平，另外D0到D3是置数端，Q0到Q3是输出端。当脉冲信号的输入时，74LS160开始按脉冲的周期计数，对两个芯片QA的输出进行与非门逻辑组合后，输入到十位芯片的清零端实现重复计时图5十秒计时电路图5.脉冲信号发生器采用555定时器芯片成多谐振荡器电路来产生本实验所需要的脉冲。因为根据需要，所用到的几个脉冲都可以用1000HZ。计算得知，可设置R1为1K，R2为6.65K，C为100nF。即可以得到约为1000HZ的脉冲。[]（T为脉冲信号周期）图6脉冲发生器电路图6.开关控制及输出系统通过简单的逻辑组合来实现，真值表如下表1控制输出电路真值表开关信号灯蜂鸣器1110100100000100图7开关控制及输出电路四、性能测试1.脉冲电源的测试表2脉冲电路测试数据表R1值(kΩ)R2值(kΩ)C值(nF)频率（Hz）周期(s)16.6510010000.001图8a脉冲发生器测试电路图通过测量输出信号的波形来判断脉冲发生器是否正常输出示波器图像图8b脉冲发生器测试示波器图如图所示证明脉冲发生器正常工作2.计时器性能测试图9a十秒计时器测试电路图通过测量QA管脚的示波器图像来判断脉冲信号是否正常输出，计时系统是否完好示波器图像图9b十秒计时器测试示波器图如图输出的图像说明计时功能正常3.密码输入测试图10a密码输入器测试电路图测试QA管脚的波形来判断输入密码的情况，根据波形图和显示密码的比对，判断密码输入系统是否正常工作示波器图像图10b密码输入器示波器图（PS：输入测试与设置测试相同）4.比较电路测试图11比较系统测试电路图当密码输入正确时，绿灯亮，当密码输入错误时，红灯亮，图为密码输入正确时的亮灯情况5.判断电路测试a.输入密码正确时图12a判断测试电路图（输入正确）通过逻辑组合来控制灯和蜂鸣器，当密码输入正确，闭合开锁钥匙时灯亮，铃不响，蜂鸣器处示波器图像如图所示图12b密码输入正确时示波器图b.输入错误时图12c判断测试电路图（输入错误）当输入错误时灯不亮但铃响，蜂鸣器示处波器图像如图图12d密码输入错误时示波器图五、结论这是一个综合性很强的实验。也是大学以来做的较大型的设计。和以前的实验完全不同是没有写的明明白白的告诉你一步一步要怎么做的实验书，所以思路不是特别明确。刚开始的时候，有些不知所措，甚至连题目的意思都有点想不明白。之后将题目分割成一个个独立的模块进行思考，才有些开窍了。尽管还有一些小的问题没有解决，但是收获很大。这也是我们每个人从校园走向工作岗位必须经历的过程。通过这次课程设计，我们进一步发现了自己的不足，也找到了自己前进的方向。六、 参考文献[1]李月乔，数字电子技术基础，中国电力出版社 2008年2月第一版[2]董宏伟，数字电子技术实验指导书，中国电力出版社 2010年3月第一版[3]童诗白，华成英主编．模拟电子技术基础．[M]北京：高等教育出版社，2006年[4]周巍，黄雄华.数字逻辑电路实验.设计.仿真[M].北京：电子科技大学出版社，2007.[5]阎石.数字电子技术基础（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006.[6]赵景波，徐江伟，施敏敏，陈松柏.电路设计与制版－Protel2004[M].北京：人民邮电出版社，2009附录I总电路图附录II元器件清单序号编号名称型号数量1U22四位数值比较器74LS85D42U10左右移位寄存器74LS194D43U28线-3线八进制优先编码器74LS148D44U1555定时器NE55515U9可预置bcd计数器74LS16026U232输入四或门74LS32D37U14非门74LS0458U182输入四与非门74LS00D219U7 4输入双与门74LS21D110U64与门74LS08D211