密碼報(bào)警電路設(shè)計(jì)與制作.doc

明達(dá)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)20112012學(xué)年度信息工程系系電子信息工程技術(shù)專業(yè)班級(jí) 09電信（1）班 學(xué)號(hào) 43093113 課題名稱 密碼報(bào)警電路設(shè)計(jì)與制作學(xué)生姓名 董家健 指導(dǎo)教師 卜令濤2011年12月15日數(shù)字密碼鎖的設(shè)計(jì) 作者：董家健【摘要】：數(shù)字密碼鎖是由數(shù)字密碼鎖主體以及附加的外圍指示電路組成的，其中數(shù)字密碼鎖主體的主要作用是接收密碼并進(jìn)行密碼的驗(yàn)證操作；附加的外圍指示電路的主要作用是用來(lái)顯示輸入的密碼和根據(jù)密碼驗(yàn)證的結(jié)果來(lái)給出不同的指示燈顯示。本系統(tǒng)由集成塊CD4017,LED顯示和報(bào)警系統(tǒng)組成。系統(tǒng)能完成開(kāi)鎖、超時(shí)報(bào)警、超次鎖定、管理員解密、修改用戶密碼基本的密碼鎖的功能。除上述基本的密碼鎖功能外，還具有調(diào)電存儲(chǔ)、聲光提示等功能，依據(jù)實(shí)際的情況還可以添加遙控功能。本系統(tǒng)成本低廉，功能實(shí)用【關(guān)鍵詞】： CD4017 數(shù)字密碼鎖 數(shù)字開(kāi)鎖 密碼更改 數(shù)字邏輯電路一方案論證比較與選擇方案一：采用數(shù)字電路控制。其原理方框圖如圖11所示。采用數(shù)字密碼鎖電路的好處就是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。用以CD4017構(gòu)成的數(shù)字邏輯電路作為密碼鎖的核心控制，共設(shè)了10個(gè)用戶輸入鍵，其中只有4個(gè)是有效的密碼按鍵，其它的都是”偽鍵”，若按下偽鍵，鍵盤輸入電路自動(dòng)清零，原先輸入的密碼無(wú)效，需要重新輸入；當(dāng)按到偽鍵時(shí)電路報(bào)警，其低位電位可以保持5分鐘，在這短時(shí)間內(nèi)，如果正確按動(dòng)所有的密碼鍵，電路便可解除報(bào)警。如果用戶輸入密碼的時(shí)間超過(guò)5分鐘,電路將返回停止計(jì)數(shù)狀態(tài)。電路由兩大部分組成：密碼鎖電路和備用電源(UPS)，其中設(shè)置UPS電源是為了防止因?yàn)橥ｋ娫斐傻拿艽a鎖電路失效，使用戶免遭麻煩。密碼鎖電路包含：鍵盤輸入、密碼修改、密碼檢測(cè)、開(kāi)鎖電路、執(zhí)行電路、報(bào)警電路、鍵盤輸入次數(shù)鎖定電路。如圖1-1所示，它主要由輸入，存儲(chǔ)，鑒別，編碼，驅(qū)動(dòng)，顯示，報(bào)警，抗干擾等單元電路組成。 圖1-1 數(shù)字密碼鎖的基本原理框圖方案二：采用單片機(jī)為核心的控制方案采用一種是用以AT89S51為核心的單片機(jī)控制方案。利用單片機(jī)靈活的編程設(shè)計(jì)和豐富的IO端口，及其控制的準(zhǔn)確性，能實(shí)現(xiàn)基本的密碼鎖功能。在單片機(jī)的外圍電路外接輸入鍵盤用于密碼的輸入和一些功能的控制。當(dāng)用戶需要開(kāi)鎖時(shí)，先按鍵盤開(kāi)鎖鍵之后按鍵盤的0-9輸入密碼。密碼輸入完后按下確認(rèn)鍵，如果密碼輸入正確則開(kāi)鎖，不正確顯示密碼錯(cuò)誤重新輸入密碼，當(dāng)三次密碼錯(cuò)誤則發(fā)出報(bào)警。還能添加調(diào)電存儲(chǔ)、聲光提示甚至添加遙控控制功能。其原理如圖1-2所示。 圖1-2 單片機(jī)密碼報(bào)警電路原理圖通過(guò)比較以上兩種方案，采用數(shù)字電路控制的系統(tǒng)成本低廉，功能實(shí)用最終確定采用方案一：數(shù)字電路控制。二.電路的設(shè)計(jì)1.按鈕式數(shù)字密碼報(bào)警電路用于保安報(bào)警中的按鈕式密碼報(bào)警電路如圖2-1所示，它由報(bào)警觸發(fā)電路，聲光報(bào)警電路，數(shù)字密碼解除開(kāi)關(guān)電路等組成。電路有兩種狀態(tài)：待報(bào)警狀態(tài)和報(bào)警狀態(tài)。電路處于待報(bào)警狀態(tài)時(shí)，計(jì)數(shù)器CD4017的第7腳Q3端輸出高電平，三極管9012截止，報(bào)警器不工作，處于安全狀態(tài)。這時(shí)如果按動(dòng)報(bào)警器觸發(fā)電路的報(bào)警按鈕AN,CD4017的第15腳，復(fù)位端接收到復(fù)位信號(hào)，Q3Q2Q1Q0=0000,Q3輸出低電位，三極管9012導(dǎo)通，聲光報(bào)警器報(bào)警，要解除報(bào)警狀態(tài)，在本電路中，必須依次按動(dòng)AN1.AN2.AN3.AN4后，計(jì)數(shù)器CD4017通過(guò)加1計(jì)數(shù)。其第7腳Q3輸出高電平，控制聲光報(bào)警器停止工作，報(bào)警狀態(tài)解除。 圖2-1 按鈕式數(shù)字密碼報(bào)警電路2.按鈕數(shù)字密碼報(bào)警電路的原理如圖2-1所示，本電路設(shè)定的密碼4位，分別由AN1.AN2.AN3.AN4.來(lái)輸入密碼。當(dāng)電路處于報(bào)警狀態(tài)時(shí)，如果尚未按動(dòng)任何密碼鍵，時(shí)鐘選通控制端（CPE）的積分電路充電，使它保持高電平，這時(shí)，無(wú)論按動(dòng)其他任何按鈕。包括AN2.AN3.AN4,計(jì)數(shù)器CD4017都不能計(jì)數(shù)，當(dāng)按下AN1后，CPE端（第13腳）電位變低且Q0=1;此時(shí)再按動(dòng)AN2連通Q0端和CP端，CD4017做加1計(jì)數(shù)；其結(jié)果是Q0端變?yōu)榈碗娖?，而Q1變?yōu)楦唠娖?。繼續(xù)依次按動(dòng)AN3.AN4最后的結(jié)果是CD4017的Q3端輸出高電位，聲光報(bào)警電路就會(huì)解除報(bào)警狀態(tài)。由于首先要按動(dòng)是AN1,它使得CPE端電位變低，但當(dāng)AN1松開(kāi)后，該端的積分電路R3，C2就會(huì)繼續(xù)充電，導(dǎo)致該端點(diǎn)位升高，其低電位可以保持約5分鐘。如果在這段時(shí)間內(nèi)，正確按動(dòng)所有的密碼鍵，電路便可解除報(bào)警。如果超過(guò)5分鐘時(shí)間，電路就會(huì)返回停止計(jì)數(shù)狀態(tài)，可按任何鍵，聲光報(bào)警狀態(tài)都不能解除。密碼的設(shè)置可以用改變按鈕AN1.AN2.AN3.AN4的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。也可以使用10個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)，從AN1AN10分別表示0.1.29在09個(gè)數(shù)字鍵中，選定密碼鍵分布在不同的數(shù)字中，就組成了不同的密碼。三電路的功能單元設(shè)計(jì)1.密碼修改電路：密碼修改電路由AN0AN10(如圖3-1所示) ,密碼的設(shè)置可以用改變按鈕AN1.AN2.AN3.AN4的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。也可以使用10個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)，從AN1AN10分別表示0.1.29在09個(gè)數(shù)字鍵中，選定密碼鍵分布在不同的數(shù)字中，就組成了不同的密碼。圖3-1 密碼修改電路2.報(bào)警電路：報(bào)警電路實(shí)現(xiàn)的功兩種工作狀態(tài)：待報(bào)警狀態(tài)和報(bào)警狀態(tài)。處于待報(bào)警狀態(tài)時(shí)，計(jì)數(shù)器CD4017的第7腳Q3端輸出能是：當(dāng)按動(dòng)AN0,AN5AN10偽鍵時(shí)，電路報(bào)警，防止他人惡意開(kāi)鎖。電路分為高電平，三極管9012截止，報(bào)警器不工作，處于安全狀態(tài)。這時(shí)如果按動(dòng)報(bào)警器觸發(fā)電路的報(bào)警按鈕AN三極管9012導(dǎo)通，聲光報(bào)警器報(bào)警，要解除報(bào)警狀態(tài)，在本電路中，必須依次按動(dòng)AN1.AN2.AN3.AN4。圖3-2 報(bào)警電路3.CD4017介紹CD4017：十進(jìn)制計(jì)數(shù)器/脈沖分配器 CD4017 是5 位Johnson 計(jì)數(shù)器，具有10 個(gè)譯碼輸出端，CP、CR、INH 輸入端。時(shí)鐘輸入端的斯密特觸發(fā)器具有脈沖整形功能，對(duì)輸入時(shí)鐘脈沖上升和下降時(shí)間無(wú)限制。INH為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器在時(shí)鐘上升沿計(jì)數(shù)；反之，計(jì)數(shù)功能無(wú)效。CR 為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零。 Johnson計(jì)數(shù)器，提供了快速操作、2 輸入譯碼選通和無(wú)毛刺譯碼輸出。防鎖選通，保證了正確的計(jì)數(shù)順序。譯碼輸出一般為低電平，只有在對(duì)應(yīng)時(shí)鐘周期內(nèi)保持高電平。在每10 個(gè) 時(shí)鐘輸入周期CO 信號(hào)完成一次進(jìn)位，并用作多級(jí)計(jì)數(shù)鏈的下級(jí)脈動(dòng)時(shí)鐘。CD4017 引腳功能：CD4017 內(nèi)部是除10 的計(jì)數(shù)器及二進(jìn)制對(duì)10 進(jìn)制譯碼電路。CD4017有16 支腳，除電源腳VDD 及VSS 為電源接腳，輸入電壓范圍為315V之外，其余接腳為：A、頻率輸入腳：CLOCK(Pin14)，為頻率信號(hào)的輸入腳。B、數(shù)據(jù)輸出腳：a、Q1-Q9(Pin3，2，4，7，10，1，5，6，9，11)，為*后的時(shí)進(jìn)制輸出接腳，被計(jì)數(shù)到的值，其輸出為Hi，其余為L(zhǎng)o 電位。b、CARRY OUT（Pin12），進(jìn)位腳，當(dāng)4017 計(jì)數(shù)10 個(gè)脈沖之后，CARRYOUT 將輸出一個(gè)脈波，代表產(chǎn)生進(jìn)位，共串級(jí)計(jì)數(shù)器使用。D、控制腳：a、CLEAR(Pin15)：清除腳或稱復(fù)位(Reset)腳，當(dāng)此腳為Hi 時(shí)，會(huì)使CD4017 的Q0 為”1”，其余Q1-Q9 為”0”。b、CLOCK ENABLE(Pin13)，時(shí)序允許腳，當(dāng)此腳為低電位，CLOCK輸入脈波在正緣時(shí)，會(huì)使CD4017 計(jì)數(shù)，并改變Q1-Q9 的輸出狀態(tài)。圖3-3 CD4017實(shí)物圖CD4017 提供了16 引線多層陶瓷雙列直插(D)、熔封陶瓷雙列直插(J)、塑料雙列直插(P) 和陶瓷片狀載體(C)4 種封裝形式 推薦工作條件電源電壓范圍：3V-15V 輸入電壓范圍：0V-VDD 工作溫度范圍 M 類：55-125 E 類：40-85極限值電源電壓：-0.5V-18V 輸入電壓：-0.5V-VDD 十0.5V 輸入電流：10mA 貯存溫度：-65-150 圖3-4 引腳圖引出端功能符號(hào)CO：進(jìn)位脈沖輸出 CP：時(shí)鐘輸入端 CR：清除端 INH：禁止端Q0-Q9 計(jì)數(shù)脈沖輸出端 VDD：正電源 VSS：地4.蜂鳴器介紹1壓電式蜂鳴器 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。 多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后（1.515V直流工作電壓）,多諧振蕩器起振,輸出1.52.5kHZ的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。 壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。 2電磁式蜂鳴器 電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。 接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過(guò)電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。圖3-6 蜂鳴器電路四、安裝與調(diào)試1.安裝前對(duì)應(yīng)元器件清單核對(duì)元器件是否規(guī)格一致。2.在安裝電路時(shí)（1）為了防止集成電路芯片受損，在插入和拔出芯片時(shí)要非常小心，細(xì)心。插入時(shí)使用的元器件方向要一致，集成塊缺口一端朝左，所有引腳均對(duì)準(zhǔn)面包板的小孔，均勻的用力按下；拔出時(shí)必須使用鑷子，夾住集成塊，垂直拔起，或者用小起子對(duì)撬，以免使其引腳因受力不均而彎曲或者斷裂。CD4017引腳由左上逆時(shí)針為1-16引腳。（2）正確合理的布線，在布線時(shí)，元器件和連線排列整齊，不能跨線。電源線和地線不能接錯(cuò)，在連接電路時(shí)，有一次電源線和地線不小心接到了一起，還好沒(méi)有造成什么影響。3.電路的調(diào)試和故障的檢查與排除（1）解好全部連線，對(duì)照電路圖，檢查沒(méi)有漏線和錯(cuò)線，用萬(wàn)用表檢查電源和電線阻值也排除了斷路或短路現(xiàn)象。(2)連線無(wú)誤，接通電源，各元器件沒(méi)有異常發(fā)熱現(xiàn)象、異味等現(xiàn)象。但接通電源后，一直再響，并且當(dāng)蜂鳴器處于報(bào)警狀態(tài)時(shí)，輸入正確的密碼一直解除不了報(bào)警。通過(guò)用萬(wàn)用表的測(cè)量，發(fā)現(xiàn)三極管處于截止?fàn)顟B(tài)。最后在同學(xué)的幫助下終于將故障排除。測(cè)量數(shù)據(jù)：未按鍵 3腳 4.9V 7腳 0.8V 按正確 3腳 0.5V 7腳 4.45V 9013 未按鍵 C 4.92V 按正確 C 1.24V心得體會(huì)經(jīng)過(guò)一個(gè)多月的努力我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了，但是現(xiàn)在回想起來(lái)做畢業(yè)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程，頗有心得，其中有苦也有甜，艱辛同時(shí)又充滿樂(lè)趣，不過(guò)樂(lè)趣盡在其中！通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，沒(méi)有接受任務(wù)以前覺(jué)得畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對(duì)這兩年多來(lái)所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)，但是通過(guò)這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。在此次課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我覺(jué)得既鍛煉了我的實(shí)際動(dòng)手能力，也再一次復(fù)習(xí)了上學(xué)期學(xué)習(xí)的數(shù)電知識(shí)，對(duì)邏輯門邏輯電路，各種基本集成芯片都有了進(jìn)一步的理解。由簡(jiǎn)單的抽象理解到實(shí)際認(rèn)知。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我覺(jué)得學(xué)習(xí)像數(shù)電這樣實(shí)用的知識(shí)，不僅要掌握書本上的基本內(nèi)容，還要靈活思考，善于變換，這樣才能找到最優(yōu)設(shè)計(jì)，達(dá)到事半功倍的效果。而這是日后最實(shí)用的，真的是受益匪淺。我在學(xué)習(xí)上和思想上都受益匪淺，這除了自身的努力外，與老師的支持和他的循循善誘是分不開(kāi)的。這次設(shè)計(jì)使我更加懂得了自己所學(xué)知識(shí)是多么的有限，自己的在各個(gè)方面都需要再加強(qiáng)。而我們是要面對(duì)社會(huì)的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實(shí)踐，再學(xué)習(xí)、再實(shí)踐，通過(guò)這些不斷的改正自己。這樣才能使自己不被社會(huì)淘汰。總之，在這次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我既學(xué)習(xí)到了數(shù)電知識(shí)，又學(xué)到了許多書本之外寶貴的分析動(dòng)手能力。與其臨淵羨魚，不如退而結(jié)網(wǎng)。這次數(shù)電課程設(shè)計(jì)給我的最大的印象就是如果自己有了興趣，就動(dòng)手去做，困難在你的勇氣和毅力下是抬不了頭的?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】1.劉國(guó)魏編.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 北京：國(guó)防科技大學(xué)出版社，2008.06.2.王斌主編 電工電子實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教程 北京出版社， 2007.083.歐陽(yáng)星明主編 數(shù)字邏輯（第三版）華中科技大學(xué)出版社， 2007.024.謝云 劉冰茹 易波 王春茹.現(xiàn)代電子技術(shù)實(shí)踐課程指導(dǎo)