14位二进制数字密码锁设计方案

14位二进制数字密码锁 设计人:郭文龙 邮箱:guozhuimeng@163.com 摘要: 数字密码锁的基本原理是，通过寄存器存储预置密码，输入密码后将数据寄存在另外的寄存器中。然后分别将预置密码与输入密码通过比较器比较，如果相同，锁被打开，否则，不能打开。 本方案的以以上原理为基础，通过门电路与触发器的辅助，实现了预置密码，验证密码，修改密码的功能。 关键字:数字 密码锁 功能描述: 假设设计的密码锁有7个数据输入键，分别用K1到K7示;一个“确认键”(按一下确认键，密码锁内部就产生一个正脉冲)，用CLK_AFFIRM表示;一个“重置和修改密码使能键”，用S/W表示;一个开锁状态指示灯GREENLED;一个密码输入错误报警器REDLED. 1. 密码预置。未使用过的密码锁初始状态为“打开”，内部密码为随机数，故使用前必须 进行密码预置。通过按键将S/W调为“1”，密码锁进入密码预置模式，按照K1~K7?确 认键?K1~K7?确认键的顺序输入想要设置的密码，其中K1~K7表示的意思是，给K1到 K7赋值，赋值顺序可任意改变，但一旦按下确认键，K1到K7分别对应的数值便不可改 变。整个过程中只要按下两次确认键，密码预置便成功完成。 2. 密码验证。通过按键将S/W调为“0”，密码锁进入密码验证模式。按照K1~K7?确认键 ?K1~K7?确认键的顺序输入密码，如果密码与预置的密码(如果修改过密码，则与最 后一次修改成功后的密码)相匹配，开锁指示灯GREENLED变亮，同时锁子被打开。如 果没反应，需要重新输入密码，但是输入密码的次数最多为3次，如果3次都输入了错 误密码，那么错误报警器REDLED就会报警，如果继续输入了正确密码，报警器就会解 除警报。 3. 密码修改。用户必须提供正确的密码后方能进入密码修改模式，否则，修改无效。如果 用户通过了密码验证，那么此时将S/W调为“1”便可顺利进入密码修改模式。修改密 码过程与重置类似，即按照K1~K7?确认键?K1~K7?确认键的顺序输入更改后的密码， 便可顺利完成密码的修改。 电路设计: 一、 电路原理图 二、 原理图分析 主要部分为寄存器与比较器构成。其中R1与R2分别存储预置密码或修改密码的低七位与高七位;R3和R4分别寄存输入密码的低七位与高七位。下面主要介绍一下各个模块的功能实现。 ? 确认键CLK_AFFIRM与预置或密码修改使能键S/W的功能实现。确认键每按下一下 产生一个正脉冲，作为R1，R2或R3，R4的时钟，实现数据读入相应寄存器的功能。 S/W为“1”时，R3与R4被锁死，无法输入密码;同时与其相连的下面那个与门 打开，确认键的信号便能顺利进入?中的与门，为密码锁进入预置或密码修改模式 提供必要条件。S/W为“0”时，R1与R2被锁死，R3,R4被打开，确认信号只能进 入R3与R4，密码锁进入密码验证模式。 ? 由四位减计数器组成，时钟输入为R3与R4的时钟信号，可记录在密码验证过程中 用户共按了几下确认键，间接记录密码输入次数。当用户连续3次输入错误的密码 时，计数器由1111计到1010，此时QA’?QB?QC’由0变为1，相当于一个上升沿， 作为?中上面那个D触发器的时钟信号，使该触发器输出1，此时如果密码仍不匹 配，即与REDLED相连的与门另一个输入端也为1，那么输出REDLED为1，启动报 警装置。如果在3次之内输入了正确密码，?中或非门的输入有1，输出为0，对 计数器清零操作。 ? 在?中已介绍。 ? 当验证密码通过时，比较器输出为1，在?中的与非门使能的情况下，最终输入到 ?中下面的D触发器的时钟端的信号经历了由0到1的变化，相当于时钟上升沿， D触发器被打开，输出为1，开锁指示灯GREENLED变亮，同时锁被打开。 ? ?中计数器的QA端对时钟进行了二分频，即对S/W=0的情况下的确认信号进行了 二分频，亦即QA经历一个周期说明用户完成了一次完整的密码输入。也可以说 QA=0的期间都对应用户刚输入了一次完整的密码。所以在QA=0的情况下，再让后 面的电路判断密码的匹配情况并做相应操作，就避免了用户输入密码的过程中就偶 然的打开了锁的情况。 ? 该模块实现进入密码修改模式前用户是否提供了正确的密码验证的检验功能。若密 码验证通过，该模块中的D触发器的D端就为0，此时如果用户试图进入密码修改 模式，即将S/W由0改变成了1，D触发器使能，将D的值送到Q端，此时QN为 1，接入该模块中的与门后将与门打开，允许确认信号进入R1，R2，也就是进入了 密码修改模式。否则，如果密码不匹配，D=1，S/W由0变1后，QN=0，将与门锁 死，确认信号无法进入R1与R2，也就无法进入密码修改模式。即使按照修改密码 的步骤操作，修改的密码也是无效的。 ? 该模块是对S/W取非后接入与GREENLED相连的触发器清零端。及当S/W为1时， 对GREENLED触发器清零，密码锁上锁。实现在修改密码过程中维持密码锁为关闭 的状态。同时可见，S/W还有“上锁”的功能。 三、 基于maxplus的原理图(graphic)仿真 原理图与之前的原理图一样。下面分别仿真几种典型情况。 1(密码预置与报警。 预置密码为0010101 1000011(顺序为K1，K2，… ，K7)，用户将S/W调为0后，连续按了6次确认键，相当于输错了三次密码，于是在第6个时钟(即确认键CLK_AFFIRM)上升沿处REDLED由0变为1，启动报警。此时用户由输入了正确密码，然后REDLED变为0，警报解除，GREENLED变为1，锁打开。 2.密码修改失败的情况仿真 密码预置为0101001 0011001，然后退出密码预置模式，即S/W = 0，然后未进行密码验证相当于密码验证失败，此时就令S/W =1，试图进入密码修改模式，并输入了0000010 0010000，然后令S/W = 0, 用0000010 0010000进行密码验证，结果GREENLED仍为0，然后再以预置密码0101001 0011001进行验证，结果GREENLED变为1，锁打开。说明密码修改失败，因为修改前未进行密码验证。 3密码修改成功的情况仿真 预置密码为0101001 0011001，然后退出密码预置模式，然后使用0101001 0011001进行密码验证，结果GREENLED变为1，说明密码验证通过。此时将S/W改为1，键入新密码为0010010 1011000，然后将S/W 调为0，使用0010010 1011000进行密码验证，结果GREENLED变为1，说明密码修改成功。 方案改进: 1. 如果单次输入密码错误，应该有相应的指示灯予以显示。改进可在3次连续输入错误 的基础的进行简化便可实现。 2. 由实际应用分析可知，修改密码一般要连续输入两次以保证密码的正确性。由此可将方 案作如下改进: 另加入两个8位寄存器R5和R6，连接方式与预置或修改密码寄存器相同。在预置 或密码修改模式下，用门电路对确认信号进行分流，即前两个信号进入R1，R2，后 两个信号进入R3,R4, 然后通过数据比较器看R1，R2是否分别与R3，R4的数据相等， 将结果用指示灯显示。如果两次密码不匹配，用户便可根据指示灯的提示重新输入密 码。