畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）密碼鎖控制電路

1、 摘 要隨著人們生活水平的提高，如何實(shí)現(xiàn)家庭防盜這一問(wèn)題也變的尤其的突出，傳統(tǒng)的機(jī)械鎖由于其構(gòu)造的簡(jiǎn)單，被撬的事件屢見(jiàn)不鮮，電子鎖由于其保密性高，使用靈活性好，安全系數(shù)高，受到了廣大用戶(hù)的親呢。電子密碼鎖是一種通過(guò)密碼輸入來(lái)控制電路或是芯片工作，從而控制機(jī)械開(kāi)關(guān)的閉合，完成開(kāi)鎖、閉鎖任務(wù)的電子產(chǎn)品。它的種類(lèi)很多，有簡(jiǎn)易的電路產(chǎn)品，也有基于芯片的性?xún)r(jià)比較高的產(chǎn)品。本文介紹的是通過(guò)芯片控制的電子密碼鎖。本論文的電子密碼鎖利用數(shù)字邏輯電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)門(mén)的電子控制，并且有各種附加電路保證電路能夠安全工作，具有極高的安全系數(shù)。關(guān)鍵詞電子密碼鎖、電壓比較器、555單穩(wěn)態(tài)電路、計(jì)數(shù)器、jk觸發(fā)器。abstrac

2、t with the improvement of living standards, how to achieve family security issues that have become prominent in particular, the traditional mechanical lock because of its simple structure, the prize was not uncommon events, electronic lock because of the confidentiality of its high flexibility in th

3、e use of good , the safety factor, by the vast number of users qinne. electronic locks through a password to enter the control circuits or chips, so as to control mechanical switches closed, the completion of the lock, closed the task of electronic products. its a lot of species, there is a simple c

4、ircuit products as well as chip-based products more cost-effective. this article describes the chip is controlled by electronic locks. in this paper, electronic locks use of digital logic circuits, the realization of the electronically controlled door, and there are a variety of additional circuitry

5、 to ensure the safety circuit, with a very high safety factor.【key words】electronic locks, the voltage comparator, 555 single-state circuit, counters, jk flip-flop.目 錄第1章 引言 1第2章 電子電路設(shè)計(jì)基本方法 2 21 綜合電子系統(tǒng)的分級(jí) 2 22 “自頂向下”的設(shè)計(jì)方法2 23 “自底而上”的設(shè)計(jì)方法 32. 4 電子電路設(shè)計(jì)的基本原則 4第3章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)論證 53 .1 密碼鎖控制電路的設(shè)計(jì)思路 53.1.1 總體設(shè)計(jì) 5

6、3.1.2 總體電路設(shè)計(jì) 63 .2 元器件基本知識(shí) 73.2.1 555定時(shí)集成芯片 73.2.3 jk觸發(fā)器103.2.3 電壓比較器133.2.4 計(jì)數(shù)器 133 .3 設(shè)計(jì)原理分析 153.3.1 鍵盤(pán)輸入、密碼修改、密碼檢測(cè)、開(kāi)銷(xiāo)及執(zhí)行電路 163.3.2 報(bào)警電路 173.3.3 報(bào)警次數(shù)檢測(cè)及鎖定電路 183.3.4 備用電源電路 18結(jié)束語(yǔ) 21致謝辭 21參考文獻(xiàn) 22一、題目背景和意義隨著社會(huì)物質(zhì)財(cái)富的日益增長(zhǎng)，安全防盜已成為社會(huì)問(wèn)題。而鎖自古以來(lái)就是把守門(mén)戶(hù)的鐵將軍，人們對(duì)它要求甚高，既要安全可靠地防盜，又要使用方便，這也是制鎖者長(zhǎng)期以來(lái)研制的主題。目前國(guó)內(nèi)，大部分人使用

7、的還是傳統(tǒng)的機(jī)械鎖。然而，眼下假冒偽劣的機(jī)械鎖泛濫成災(zāi)，互開(kāi)率非常之高。所謂互開(kāi)率，是各種鎖具的一個(gè)技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，也就是1把鑰匙能開(kāi)幾把鎖的比率。經(jīng)國(guó)家工商局、國(guó)家內(nèi)貿(mào)局、中國(guó)消協(xié)等部門(mén)對(duì)鎖具市場(chǎng)的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)個(gè)別產(chǎn)品的互開(kāi)率居然超標(biāo)26倍。為何彈子鎖的“互開(kāi)率”會(huì)如此之高？據(jù)有關(guān)專(zhuān)家人士剖析，彈子鎖質(zhì)量好壞主要取決于彈子數(shù)量的多少以及彈子的大小，而彈子的多少和大小受一定條件的限制。此外，即使是一把質(zhì)量過(guò)關(guān)的機(jī)械鎖，通過(guò)急開(kāi)鎖，甚至可以在不損壞鎖的前提下將鎖打開(kāi)。機(jī)械鎖的這些弊端為一種新型的鎖-電子密碼鎖，提供了發(fā)展的空間。電子密碼鎖是一種通過(guò)密碼輸入來(lái)控制電路或是芯片工作，從而控制機(jī)械開(kāi)關(guān)的閉

8、合，完成開(kāi)鎖、閉鎖任務(wù)的電子產(chǎn)品。它的種類(lèi)很多，有簡(jiǎn)易的電路產(chǎn)品，也有基于芯片的性?xún)r(jià)比較高的產(chǎn)品?，F(xiàn)在應(yīng)用較廣的電子密碼鎖是以芯片為核心，通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。二、發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)近幾年來(lái)隨著人們生活水平的提高，人們的安全意識(shí)也在不斷的增高，各種技術(shù)不斷的發(fā)展，以前普通的鎖具已經(jīng)不能滿(mǎn)足現(xiàn)在單位、家庭的需要，隨著小偷新的作案方式的出現(xiàn)，人們對(duì)鎖具系統(tǒng)的要求的越來(lái)越嚴(yán)格！現(xiàn)在的鎖具設(shè)備有很多種，但是現(xiàn)在比較流行的密碼鎖日益受到人們的重視，其優(yōu)點(diǎn)主要有一下幾點(diǎn)：1、不用鑰匙，不用電源，不用電池，沒(méi)有廢棄污染物。2、全機(jī)械結(jié)構(gòu)，能承受相當(dāng)惡劣的外部環(huán)境，使用范圍廣。3、實(shí)際密碼量大保密性能高，試探開(kāi)鎖

9、的概率幾乎為零。4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，結(jié)實(shí)可靠?，F(xiàn)在密碼鎖基本在市場(chǎng)上普及，它的工作性能和價(jià)格也為人們所接受。在科技日益發(fā)展的今天，人們對(duì)鎖具的的概念已經(jīng)發(fā)生根本的變化。密碼鎖具的誕生為人們的財(cái)產(chǎn)安全提供了依靠，未來(lái)的發(fā)展前景應(yīng)該是很不錯(cuò)的，以前人們的親自防備，已經(jīng)漸漸由技防所取代，這種技具體體現(xiàn)在鎖具系統(tǒng)中。 現(xiàn)在的鎖具已經(jīng)發(fā)展到不僅能夠起到不被盜取的功能，同時(shí)還兼有防盜的功能。三、主要內(nèi)容與待解決的問(wèn)題 1設(shè)計(jì)內(nèi)容要求和技術(shù)參數(shù)在本設(shè)計(jì)中要求并高度密碼鎖控制電路，使其滿(mǎn)足以下要求：1）開(kāi)鎖條件是：撥對(duì)密碼，則門(mén)能夠打開(kāi)，如果密碼不正確則接通警鈴報(bào)警。2）密碼設(shè)計(jì)條件：要求至少4位密碼，并且可以修改

10、密碼。3）報(bào)警電路要求：報(bào)警時(shí)長(zhǎng)為30秒，如果30秒內(nèi)輸入正確密碼，則停止報(bào)警。這種密碼鎖的優(yōu)點(diǎn)：1、不用鑰匙，沒(méi)有廢棄污染物。2、全機(jī)械結(jié)構(gòu)，能承受相當(dāng)惡劣的外部環(huán)境，使用范圍廣。3、密碼可變。 用戶(hù)可以經(jīng)常更改密碼，防止密碼被盜，同時(shí)也可以避免因人員的更替而使鎖的密級(jí)下降。4、誤碼輸入保護(hù)。當(dāng)輸入密碼多次錯(cuò)誤時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)。5、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，結(jié)實(shí)可靠。6、電子密碼鎖操作簡(jiǎn)單易行，一學(xué)即會(huì)。2設(shè)計(jì)應(yīng)完成的技術(shù)資料1）方案論證。2）原理框圖、電路原理圖。3）電路工作原理說(shuō)明。4）電路相關(guān)元器件說(shuō)明。四、設(shè)計(jì)方法與實(shí)施方案 設(shè)計(jì)本課題時(shí)構(gòu)思了兩種方案：一種是用以at89c2051為核心的單片機(jī)

11、控制方案；另一種是用以74ls112雙jk觸發(fā)器構(gòu)成的數(shù)字邏輯電路控制方案?？紤]到單片機(jī)方案原理復(fù)雜，而且調(diào)試較為繁瑣，所以本文采用后一種方案。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(hù)免遭麻煩。密碼鎖電路包含：鍵盤(pán)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(pán)輸次數(shù)鎖定電路。五、進(jìn)度計(jì)劃 階 段起始日期終止日期進(jìn) 度技術(shù)指標(biāo)第一階段2008.11.102008.11.14資料收集和撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告豐富全面第二階段2008.11.172008.11.21方案確定與論證至少兩種方案第三階段2008.11.2420

12、08.12.05單元電路確定及計(jì)算符合精度要求第四階段2008.12.082008.12.19電路進(jìn)行調(diào)試實(shí)現(xiàn)功能第五階段2008.12.222009.01.02撰寫(xiě)畢業(yè)論文及答辯詳細(xì)全面六、參考資料 1 閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ). 高等教育出版社. 1998(2)2 臺(tái)方. 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù). 中國(guó)水利水電出版社. 20013 胡漢才. 單片機(jī)原理及其接口技術(shù). 清華大學(xué)出版社.1996年4 趙新民. 智能儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ). 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社. 1999年5 潘新民王燕芳. 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù). 電子工業(yè)出版社. 2003年6 李鐘實(shí). 實(shí)用電子報(bào)警器精選百例. 北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社.

13、2002(4)7 陳愛(ài)第. protel99實(shí)用培訓(xùn)教程. 人民郵電出版社. 20008 童詩(shī)白. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ). 高等教育出版社. 1998(4)9 中國(guó)電子網(wǎng) 第一章 引 言隨著社會(huì)物質(zhì)財(cái)富的日益增長(zhǎng)，安全防盜已成為社會(huì)問(wèn)題。而鎖自古以來(lái)就是把守門(mén)戶(hù)的鐵將軍，人們對(duì)它要求甚高，既要安全可靠地防盜，又要使用方便，這也是制鎖者長(zhǎng)期以來(lái)研制的主題。目前國(guó)內(nèi)，大部分人使用的還是傳統(tǒng)的機(jī)械鎖。然而，眼下假冒偽劣的機(jī)械鎖泛濫成災(zāi)，互開(kāi)率非常之高。所謂互開(kāi)率，是各種鎖具的一個(gè)技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，也就是1把鑰匙能開(kāi)幾把鎖的比率。經(jīng)國(guó)家工商局、國(guó)家內(nèi)貿(mào)局、中國(guó)消協(xié)等部門(mén)對(duì)鎖具市場(chǎng)的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)個(gè)別產(chǎn)品的互開(kāi)率居

14、然超標(biāo)26倍。為何彈子鎖的“互開(kāi)率”會(huì)如此之高？據(jù)有關(guān)專(zhuān)家人士剖析，彈子鎖質(zhì)量好壞主要取決于彈子數(shù)量的多少以及彈子的大小，而彈子的多少和大小受一定條件的限制。此外，即使是一把質(zhì)量過(guò)關(guān)的機(jī)械鎖，通過(guò)急開(kāi)鎖，甚至可以在不損壞鎖的前提下將鎖打開(kāi)。機(jī)械鎖的這些弊端為一種新型的鎖-電子密碼鎖，提供了發(fā)展的空間。電子密碼鎖是一種通過(guò)密碼輸入來(lái)控制電路或是芯片工作，從而控制機(jī)械開(kāi)關(guān)的閉合，完成開(kāi)鎖、閉鎖任務(wù)的電子產(chǎn)品。它的種類(lèi)很多，有簡(jiǎn)易的電路產(chǎn)品，也有基于芯片的性?xún)r(jià)比較高的產(chǎn)品?，F(xiàn)在應(yīng)用較廣的電子密碼鎖是以芯片為核心，通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。近幾年來(lái)隨著人們生活水平的提高，人們的安全意識(shí)也在不斷的增高，各種技術(shù)

15、不斷的發(fā)展，以前普通的鎖具已經(jīng)不能滿(mǎn)足現(xiàn)在單位、家庭的需要，隨著小偷新的作案方式的出現(xiàn)，人們對(duì)鎖具系統(tǒng)的要求的越來(lái)越嚴(yán)格！現(xiàn)在的鎖具設(shè)備有很多種，但是現(xiàn)在比較流行的密碼鎖日益受到人們的重視，其優(yōu)點(diǎn)主要有一下幾點(diǎn)：1、不用鑰匙，不用電池，沒(méi)有廢棄污染物。2、全機(jī)械結(jié)構(gòu)，能承受相當(dāng)惡劣的外部環(huán)境，使用范圍廣。3、實(shí)際密碼量大保密性能高，試探開(kāi)鎖的概率幾乎為零。4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，結(jié)實(shí)可靠。5、密碼可變。 用戶(hù)可以經(jīng)常更改密碼，防止密碼被盜，同時(shí)也可以避免因人員的更替而使鎖的密級(jí)下降。6、誤碼輸入保護(hù)。當(dāng)輸入密碼多次錯(cuò)誤時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)。7、電子密碼鎖操作簡(jiǎn)單易行，一學(xué)即會(huì)。在科技日益發(fā)展的今天，人們

16、對(duì)鎖具的的概念已經(jīng)發(fā)生根本的變化。密碼鎖具的誕生為人們的財(cái)產(chǎn)安全提供了依靠，未來(lái)的發(fā)展前景應(yīng)該是很不錯(cuò)的，以前人們的親自防備，已經(jīng)漸漸由技防所取代，這種技具體體現(xiàn)在鎖具系統(tǒng)中。 現(xiàn)在的鎖具已經(jīng)發(fā)展到不僅能夠起到不被盜取的功能，同時(shí)還兼有防盜的功能。第2章 電子電路設(shè)計(jì)的基本方法2.1 綜合電子系統(tǒng)的分級(jí)電子電路設(shè)計(jì)與制件的選題，通常是綜合性強(qiáng)的電子系統(tǒng)，只是選擇這樣的系統(tǒng)，才能提升學(xué)生的水平和能力。為了說(shuō)明綜合電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法，通常將電子系統(tǒng)分成四級(jí):系統(tǒng)級(jí)、子系統(tǒng)級(jí)、單元級(jí)、元件級(jí)，如圖 所示。下一個(gè)系統(tǒng)可能掛若干個(gè)子系統(tǒng)，而每個(gè)子系統(tǒng)可能掛若干個(gè)單元，而且上級(jí)涵蓋下級(jí)，層次分明。以頻

17、率測(cè)量系統(tǒng)為例，整體上可視為系統(tǒng)級(jí)，該系統(tǒng)可分為“信號(hào)通道”和“邏輯控制”兩個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)又包含了幾個(gè)單元。單元通常是下一個(gè)獨(dú)立的電路，每個(gè)單元顯然由電子元器件組成這就是最底層元件級(jí)。2.2 “自頂向下”的設(shè)計(jì)方法“自頂向下”（top-down）的設(shè)計(jì)方法是從系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)入手，在頂層進(jìn)行功能方框圖的劃分和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行單元級(jí)設(shè)計(jì)，進(jìn)行具體軟硬件設(shè)計(jì)與仿真，最后落實(shí)到選擇什么器件和芯片?！白皂斚蛳隆钡膬?yōu)點(diǎn)是能站得高、看得遠(yuǎn)，把握系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主線(xiàn)，思路很清晰。使用“自頂向下”設(shè)計(jì)方法時(shí)應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：（1）在進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)時(shí)，要抓住主要矛盾，不必過(guò)多地考慮底層選擇什么電路、選擇什么器件，要“

18、抓大放小”，穩(wěn)步推進(jìn)，這時(shí)獲得的設(shè)計(jì)結(jié)果往往是系統(tǒng)的方框圖或稱(chēng)為方案。系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)很重要，但所需時(shí)間比較少，特別是競(jìng)賽題目，應(yīng)能很快確定方案，不可在確定方案時(shí)猶豫不決，拿不定主意，延誤時(shí)間。（2）上一級(jí)設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)下一級(jí)設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)，保證上一級(jí)設(shè)計(jì)的正確和完美，稱(chēng)為“高層主導(dǎo)”原則和“問(wèn)題不放下”原則。在設(shè)計(jì)某一級(jí)時(shí)遇到問(wèn)題，必須將其解決才能進(jìn)行下一級(jí)或更上一級(jí)的設(shè)計(jì)來(lái)減輕下一級(jí)的設(shè)計(jì)困難。“自頂向下”設(shè)計(jì)法適合于各級(jí)層次比較分明的大型系統(tǒng)，下一個(gè)系統(tǒng)包括數(shù)個(gè)子系統(tǒng)，而每個(gè)子系統(tǒng)又包括數(shù)個(gè)單元，采用“自頂向下”法較為合理。2.3 “自底而上”的設(shè)計(jì)方法有時(shí)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)不太復(fù)雜，層次不太分明，可采用“自底

19、而上”法。該方法適合于手頭已有現(xiàn)成的設(shè)計(jì)單元電路或模塊，可直接采用其電路。根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求和功能，用若干個(gè)單元電路搭建子系統(tǒng)，直到實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全部技術(shù)指標(biāo)和要求為止，如同搭積木那樣。2.4.電子電路設(shè)計(jì)的基本原則電子電路設(shè)計(jì)最基本的原則是應(yīng)該使用最經(jīng)濟(jì)的資源實(shí)現(xiàn)最好的電路。在這一基本原則下，正確處理以下關(guān)系：1.盡量提高性?xún)r(jià)比合理權(quán)衡成本、體積、功率等指標(biāo)。例如，對(duì)電池供電的便攜式儀器儀表電路，設(shè)計(jì)時(shí)要重點(diǎn)考慮功率和體例如，對(duì)電池供電的便攜式儀器儀表電路，設(shè)計(jì)時(shí)要重點(diǎn)考慮功率和體積。而對(duì)由市電供電的實(shí)驗(yàn)室，功耗將不是主要的考慮因素。一個(gè)電子電路，可能有多種設(shè)計(jì)方案，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量提高提高性?xún)r(jià)比。

20、例如設(shè)計(jì)一個(gè)電子計(jì)數(shù)器，用pld器件7128和單片機(jī)都能實(shí)現(xiàn)，但采用7128就顯得浪費(fèi)，因?yàn)?128約80元一片，而51單片機(jī)約8元一片。也就是說(shuō)，7128可以設(shè)計(jì)較大的數(shù)字系統(tǒng)，用它來(lái)設(shè)計(jì)電子計(jì)數(shù)器是大材小用。再者，在一般的放大電路中，能用普通運(yùn)放就不必采用高精度運(yùn)放；能用8位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)功能，就不必采用16位單片機(jī)。2.設(shè)計(jì)中的“軟件”與“硬件”的考慮設(shè)計(jì)中，能用軟件編程實(shí)現(xiàn)的功能，就不要用硬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，這實(shí)質(zhì)上也是在追求性?xún)r(jià)比。3.采用電路的考慮電路設(shè)計(jì)的工作主要是選擇或設(shè)計(jì)單元電路的結(jié)構(gòu)形式，所設(shè)計(jì)的電路能用軟件實(shí)現(xiàn)的就不用硬件，在非用硬件不可的情況下，也應(yīng)在滿(mǎn)足性能指標(biāo)要求的前提下，力

21、求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，合理使用，技術(shù)先進(jìn)，切忌電路復(fù)雜。4.采用器件的考慮電子電路設(shè)計(jì)中設(shè)及到許多器件，在選擇器件時(shí)主要考慮規(guī)格、型號(hào)、報(bào)價(jià)、性能甚至廠商，以下幾個(gè)問(wèn)題值得注意： 電子器件的更新?lián)Q代非?？?，新器件不斷進(jìn)入電子市場(chǎng)，而且新器件為了搶占市場(chǎng)，往往價(jià)位定得比較低。在電子電路中，鼓勵(lì)彩新技術(shù)、新工藝、新器件，電子電路彩較多的新器件，說(shuō)明該電子電路有創(chuàng)新。 應(yīng)選擇當(dāng)前流行的“大路貨”。有些“大路貨”器件，如51單片機(jī)、555時(shí)基塊、三端穩(wěn)壓器等占據(jù)市場(chǎng)經(jīng)久不衰，價(jià)格低廉，很容易買(mǎi)到。切忌過(guò)分追求使用高檔、貴重器件。 應(yīng)盡量選用現(xiàn)成的模塊或組件。模塊或組件實(shí)際上是半成品或成品，是器件開(kāi)發(fā)商推出的實(shí)現(xiàn)

22、某一功能的電路，內(nèi)部已組裝完成，對(duì)外只有幾個(gè)，如電源、接地、輸出、輸入，這些電路模塊價(jià)位低廉，使用方便，很受歡迎。5.盡量采用標(biāo)準(zhǔn)接口采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接口易于實(shí)現(xiàn)各種儀器設(shè)備的控制、數(shù)據(jù)傳輸和通信，便于功能擴(kuò)展，易于組成功能更強(qiáng)的電路系統(tǒng)。設(shè)計(jì)中應(yīng)注意采用模塊化結(jié)構(gòu)、總線(xiàn)結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)化的接口。第3章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3.1密碼鎖控制電路的設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)本課題構(gòu)思了兩種方案。方案一：是用以at89c52為核心的單片機(jī)控制方案。按系統(tǒng)功能劃分，可分為發(fā)射與接收兩大部件，發(fā)射部分由單片機(jī)at89c52、lcd液晶顯示、鍵盤(pán)、放大電路、工作指示電路、紅外發(fā)射管等組成。接收部分由單片機(jī)at89c52、紅外接收電路、

23、工作指示電路、音樂(lè)發(fā)聲電路、電子鎖控制電路等組成。系統(tǒng)除了能夠完成開(kāi)鎖，超時(shí)報(bào)警，鍵盤(pán)鎖定，重設(shè)密碼等基本的密碼鎖功能。方案二：另一種是用以74ls112雙jk觸發(fā)器構(gòu)成的數(shù)字邏輯電路控制方案。該方案充分利用到了我們所學(xué)習(xí)到的課程模擬電子技術(shù)、數(shù)字電路技術(shù)、電子線(xiàn)路eda技術(shù)等。按系統(tǒng)功能可分為鍵盤(pán)輸入、密碼修改、密碼檢測(cè)、開(kāi)鎖及執(zhí)行電路、報(bào)警電路、報(bào)警次數(shù)檢測(cè)及鎖定電路、備用電源電路、停電檢測(cè)及電子開(kāi)關(guān)切換電路、蓄電池自動(dòng)充電電路組成?？紤]到單片機(jī)方案原理復(fù)雜，而且調(diào)試較為繁瑣，所以本文采用后一種方案。3.1.1總體設(shè)計(jì)圖31 原理框圖圖32 電路原理圖（總體）3.2 元器件基本知識(shí)3.2.

24、1 555定時(shí)集成芯片555定時(shí)器是一種中規(guī)模集成電路，外形為雙列直插8腳結(jié)構(gòu)，體積很小，使用起來(lái)方便。只要在外部配上幾個(gè)適當(dāng)?shù)淖枞菰?，就可以?gòu)成史密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及自激多諧振蕩器等脈沖信號(hào)產(chǎn)生與變換電路。它在波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制、定時(shí)電路、家用電器、電子玩具、電子樂(lè)器等方面有廣泛的應(yīng)用。555定時(shí)器電路是一塊介于模與數(shù)字電路的一種混合電路，由于這種特殊的地位，故555定時(shí)電路在報(bào)警電路、控制電路得到了廣泛的應(yīng)用。下圖為555的內(nèi)部電路，從圖上可以看出，其僅有兩個(gè)比較器、一個(gè)觸發(fā)器、一個(gè)倒相器、放電管和幾個(gè)電阻構(gòu)成，由于比較器電路是一個(gè)模擬器，而觸發(fā)器電路為數(shù)字電路，故其為混

25、合器件。圖33 555的內(nèi)部電路555為一8腳封裝的器件，其各引腳的名稱(chēng)和作用如下：1腳gnd,接地腳2腳tl,低電平觸發(fā)端3腳q,電路的輸出端4腳/rd,復(fù)位端，低電平有效5腳v_c,電壓控制端6腳th,閾值輸入端7腳dis，放電端8腳vcc,電源電壓端，其電壓范圍為：318v集成555定時(shí)器有雙極性型和cmos型兩種產(chǎn)品。一般雙極性型產(chǎn)品型號(hào)的最后三位數(shù)都是555，cmos型產(chǎn)品型號(hào)的最后四位數(shù)都是7555.它們的邏輯功能和外部引線(xiàn)排列完全相同。器件電源電壓推薦為4512v，最大輸出電流200ma以?xún)?nèi)，并能與ttl、cmos邏輯電平相兼容。555定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖及邏輯符號(hào)和管腳排列分別

26、如表31和表32所示。參數(shù)名稱(chēng)符號(hào)單位參數(shù)電源電壓vccv516電源電流iccma10閾值電壓vthvvcc觸發(fā)電壓vtrvvcc輸出低電平volv1輸出高電平vohv13.3最大輸出電流iomaxma200最高振蕩頻率fmaxkhz300時(shí)間誤差tns5 vth即vi1 ,vtr即vi2 。表31 (a)雙極性型5g555的主要性能參數(shù) 參數(shù)名稱(chēng)符號(hào)單位參數(shù)電源電壓vccv318電源電流icca60閾值電壓vthvvdd觸發(fā)電壓vtrvvdd輸出低電平vv0.1輸出高電平vv14.8最大輸出電流iomaxma200最高振蕩頻率fmaxkhz500時(shí)間誤差tns表31 (b) cmos型755

27、5的主要性能參數(shù)圖3-4 555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3-5 555定時(shí)器邏輯符號(hào)和引腳 引腳功能：vi1（th）：高電平觸發(fā)端，簡(jiǎn)稱(chēng)高觸發(fā)端，又稱(chēng)閾值端，標(biāo)志為th。vi2（）：低電平觸發(fā)端，簡(jiǎn)稱(chēng)低觸發(fā)端，標(biāo)志為。vco：控制電壓端。vo：輸出端。dis：放電端。：復(fù)位端。555定時(shí)器內(nèi)含一個(gè)由三個(gè)阻值相同的電阻r組成的分壓網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生vcc和vcc兩個(gè)基準(zhǔn)電壓；兩個(gè)電壓比較器c1、c2；一個(gè)由與非門(mén)g1、g2組成的基本rs觸發(fā)器（低電平觸發(fā)）；放電三極管t和輸出反相緩沖器g3。是復(fù)位端，低電平有效。復(fù)位后, 基本rs觸發(fā)器的端為1（高電平），經(jīng)反相緩沖器后，輸出為0（低電平）。分析圖1.1的電路：

28、在555定時(shí)器的vcc端和地之間加上電壓，并讓vco懸空，則比較器c1的同相輸入端接參考電壓vcc，比較器c2反相輸入端接參考電壓vcc ，為了學(xué)習(xí)方便，我們規(guī)定：當(dāng)th端的電壓vcc時(shí)，寫(xiě)為vth=1，當(dāng)th端的電壓vcc時(shí)，寫(xiě)為vtr=1，當(dāng)端的電壓vcc時(shí)，寫(xiě)為vtr=0。低觸發(fā)：當(dāng)輸入電壓vi2vcc 且vi1vcc 且vi1vcc，則vth=1，比較器c1輸出為低電平，無(wú)論c2輸出何種電平，基本rs觸發(fā)器因=0，使1，經(jīng)輸出反相緩沖器后，vo0；t導(dǎo)通。這時(shí)稱(chēng)555定時(shí)器“高觸發(fā)”。555定時(shí)器的“低觸發(fā)”、“高觸發(fā)”和“保持”三種基本狀態(tài)和進(jìn)入狀態(tài)的條件（即vth、vtr的“0”、

29、“1”）必須牢牢掌握。 vco為控制電壓端，在vco端加入電壓，可改變兩比較器c1、c2的參考電壓。正常工作時(shí)，要在vco和地之間接001f（電容量標(biāo)記為103）電容。放電管tl的輸出端dis為集電極開(kāi)路輸出。555定時(shí)器的控制功能說(shuō)明見(jiàn)表32。輸 入輸 出thvodisvccvccvcclhhhlh不變l導(dǎo)通截止不變導(dǎo)通表3-2 555定時(shí)器控制功能表根據(jù)555定時(shí)器的控制功能，可以制成各種不同的脈沖信號(hào)產(chǎn)生與處理電路電路，例如,史密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、自激多諧振蕩器等。3.2.3 jk觸發(fā)器觸發(fā)器（flip flop，簡(jiǎn)寫(xiě)為ff）是具有記憶功能的單元電路，由門(mén)電路構(gòu)成，專(zhuān)門(mén)用來(lái)接收存儲(chǔ)

30、輸出0、1代碼。 它有雙穩(wěn)態(tài)、 單穩(wěn)態(tài)和無(wú)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（多諧振蕩器）等幾種。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器, 即其輸出有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)0、1。只有輸入觸發(fā)信號(hào)有效時(shí)， 輸出狀態(tài)才有可能轉(zhuǎn)換；否則，輸出將保持不變。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器按功能分為rs、 jk、d、t和t型觸發(fā)器；按結(jié)構(gòu)分為基本、 同步、主從、維持阻塞和邊沿型觸發(fā)器；按觸發(fā)工作方式分為上升沿、下降沿觸發(fā)器和高電平、低電平觸發(fā)器。在本設(shè)計(jì)中所采用的是jk觸發(fā)器。1.jk 觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)表 j k0 00 0 11 1 0 11 1 02.特征方程根據(jù)牲表可畫(huà)的卡諾圖，3.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖根據(jù)驅(qū)動(dòng)表可畫(huà)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。 集成jk觸發(fā)器集成jk觸發(fā)器的產(chǎn)品較多，以下介紹的是本設(shè)

31、計(jì)中使用的74ls112為雙下降沿jk觸發(fā)器，其管腳排列圖及符號(hào)圖如圖36所示。 圖3674ls112管腳排列圖（a） 管腳排列 （b） 邏輯符號(hào) 同步j(luò)k觸發(fā)器的電路組成如圖36所示。 圖36 同步j(luò)k觸發(fā)器（a） 邏輯電路; （b） 邏輯符號(hào)2. 功能分析 按圖4.8(a)的邏輯電路，同步j(luò)k觸發(fā)器的功能分析如下：（1）當(dāng)cp=0時(shí)，r=s=1， 觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變。（2）當(dāng)cp=1時(shí)，將 ， 代入， 可得 。在同步觸發(fā)器功能表基礎(chǔ)上, 得到j(luò)k觸發(fā)器的功能表如表33所示，狀態(tài)圖如圖37所示。 圖 37 狀態(tài)圖表33 狀態(tài)cpj kqn+1功能10 0qn保持10 10置011 01置1

32、11 1不存在翻轉(zhuǎn)（計(jì)數(shù)） 從表33中可知: (1) 當(dāng)j=0，k=1時(shí)， ， 置“0”。 (2) 當(dāng)j=1，k=0時(shí), ， 置“1”。 (3) 當(dāng)j=0，k=0時(shí)， ， 保持不變。 (4) 當(dāng)j=1，k=1時(shí)， ， 翻轉(zhuǎn)或稱(chēng)計(jì)數(shù)。所謂計(jì)數(shù)就是觸發(fā)器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)的次數(shù)與cp脈沖輸入的個(gè)數(shù)相等，以翻轉(zhuǎn)的次數(shù)記錄cp的個(gè)數(shù)。波形圖如圖38所示。 圖38 j=k=1波形圖 3.2.4電壓比較器電壓比較器是集成運(yùn)放非線(xiàn)性應(yīng)用電路，它將一個(gè)模擬量電壓信號(hào)和一個(gè)參考固定電壓相比較，在二者幅度相等的附近，輸出電壓將產(chǎn)生躍變，相應(yīng)輸出高電平或低電平?？梢钥醋魇欠糯蟊稊?shù)接近“無(wú)窮大”的運(yùn)算放大器。電壓比較器的功能：

33、比較兩個(gè)電壓的大小(用輸出電壓的高或低電平，表示兩個(gè)輸入電壓的大小關(guān)系)： 當(dāng)”輸入端電壓高于”輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為高電平； 當(dāng)”輸入端電壓低于”輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為低電平；集成電壓比較器簡(jiǎn)介：作用：它可用作模擬電路和數(shù)字電路的接口，還可以用作波形產(chǎn)生和變換電路等。利用簡(jiǎn)單電壓比較器可將正弦波變?yōu)橥l率的方波或矩形波。應(yīng)用：作為模擬電路和數(shù)字電路的接口電路。特點(diǎn)：比集成運(yùn)放的開(kāi)環(huán)增益低，失調(diào)電壓大，共模抑制比??；但其響應(yīng)速度快，傳輸延遲時(shí)間短，而且不需外加限幅電路就可直接驅(qū)動(dòng)ttl、cmos和ecl等集成數(shù)字電路；有些芯片帶負(fù)載能力很強(qiáng)，還可直接驅(qū)動(dòng)繼電器和指示燈。3.2.5計(jì)數(shù)器

34、計(jì)數(shù)器電路是一種隨時(shí)鐘輸入cp的變化，其輸出按一定的順序變化的時(shí)序電路。 下面以74ls161為例來(lái)看一下二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的功能，下圖為74ls161的功能表34：表34 74ls161功能表 cp /cr /ld ctt ctp功 能 d 0 d d d 異步清零 1 0 d d 同步置數(shù)d 1 1 0 1 保 持d 1 1 1 0 保持但co=0 1 1 1 1 正常計(jì)數(shù)上面的功能表簡(jiǎn)單地描述了計(jì)數(shù)器的功能，但具體的功能通常由時(shí)序圖來(lái)表示，下圖為74ls161的功能時(shí)序圖39： 清除 置數(shù) 計(jì)數(shù) 保持圖39 74ls161的功能時(shí)序圖3.3設(shè)計(jì)原理分析電路由兩大部分組成：密碼鎖電路和備用電源(

35、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(hù)免遭麻煩。密碼鎖電路包含：鍵盤(pán)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(pán)輸入次數(shù)鎖定電路。3.3.1、鍵盤(pán)輸入、密碼修改、密碼檢測(cè)、開(kāi)鎖及執(zhí)行電路 其電路如下圖圖3-11所示：開(kāi)關(guān)k1k9是用戶(hù)的輸入密碼的鍵盤(pán)，用戶(hù)可以通過(guò)開(kāi)關(guān)輸入密碼，開(kāi)關(guān)兩端的電容是為了提高開(kāi)關(guān)速度，電路先自動(dòng)將ic1ic4清零，由報(bào)警電路送來(lái)的清零信號(hào)經(jīng)c25送到t11基極，使t11導(dǎo)通，其集電極輸出低電平，送往ic1ic4，實(shí)現(xiàn)清零。 密碼修改電路由雙刀雙擲開(kāi)關(guān)s1s4組成（如圖3-10所示）, 它是利用開(kāi)關(guān)切換的原理實(shí)現(xiàn)密碼的

36、修改。例如要設(shè)定密碼為1458，可以撥動(dòng)開(kāi)關(guān)s1向左，s2向右，s3向左，s4向右，即可實(shí)現(xiàn)密碼的修改，由于輸入的密碼要經(jīng)過(guò)s1s4的選擇，也就實(shí)現(xiàn)了密碼的校驗(yàn)。本電路有16組的密碼可供修改。 圖3-10 密碼修改電路由兩塊74ls112（雙jk觸發(fā)器，包含ic1ic4）組成密碼檢測(cè)電路。由于ic1處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，當(dāng)用戶(hù)按下第一個(gè)正確的密碼后，clk端出現(xiàn)了一個(gè)負(fù)的下降沿，ic1計(jì)數(shù)，q端輸出為高電平，用戶(hù)依次按下有效的密碼，ic2ic3也依次輸出高電平，送入與門(mén)ic5，使其輸出開(kāi)鎖的高電平信號(hào)送往ic13的2腳，執(zhí)行電路動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)開(kāi)鎖。執(zhí)行電路是由一塊555單穩(wěn)態(tài)電路（ic13），以及由t10

37、、t11組成的達(dá)林頓管構(gòu)成。若ic13的2腳輸入一高電平，則3腳輸出高電平，使t10導(dǎo)通，t11導(dǎo)通，電磁閥開(kāi)啟，實(shí)現(xiàn)開(kāi)門(mén)，同時(shí)t10集電極上接的d5（綠色發(fā)光二極管）發(fā)亮，表示開(kāi)門(mén)，20秒后，555電路狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，電磁閥停止工作，以節(jié)電。其中電磁閥并聯(lián)的電容c24使為了提高電磁閥的力矩。圖3-11 鍵盤(pán)輸入、密碼修改、密碼檢測(cè)、開(kāi)鎖、執(zhí)行電路3.3.2 報(bào)警電路報(bào)警電路實(shí)現(xiàn)的功能是：當(dāng)輸入密碼的時(shí)間超過(guò)30秒（一般情況下用戶(hù)輸入不會(huì)超過(guò)），電路報(bào)警30秒，防止他人惡意開(kāi)鎖。電路包含兩大部分，40秒延時(shí)和30秒報(bào)警電路。其工作原理是當(dāng)用戶(hù)開(kāi)始輸入密碼時(shí)，電路開(kāi)始40秒計(jì)時(shí)，超出40秒，電路開(kāi)始3

38、0秒的報(bào)警。圖如下圖312所示。 圖312 報(bào) 警有人走近門(mén)時(shí)，觸摸了tp端(tp端固定在鍵盤(pán)上，其靈敏度非常高，保證電路可靠的觸發(fā))，由于人體自身帶的電，使ic10的2腳出現(xiàn)低電平，使ic10的狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，其3腳輸出高電平，t5導(dǎo)通(可以通過(guò)r12控制t1的基極電流)，其集電極接的黃色發(fā)光二極管d3發(fā)光，表示現(xiàn)在電子鎖處于待命狀態(tài),t6截止，c4開(kāi)始通過(guò)r14充電(充電時(shí)間是40秒,此時(shí)為用戶(hù)輸入密碼的時(shí)間，即用戶(hù)輸入密碼的時(shí)間不能超過(guò)40秒，否則電路就開(kāi)始報(bào)警, 由于用戶(hù)經(jīng)常輸入密碼，而且知道密碼，一般輸入密碼的時(shí)間不會(huì)超過(guò)40秒)，ic2開(kāi)始進(jìn)入延時(shí)40秒的狀態(tài)。 開(kāi)始報(bào)警:當(dāng)用戶(hù)輸入

39、的密碼不正確或輸入密碼的時(shí)間超過(guò)40秒，ic11的2腳電位隨著c4的充電而下降,當(dāng)電位下降到1/3vcc時(shí)(即40秒延時(shí)結(jié)束時(shí)候),3腳變成高電位(延時(shí)時(shí)是低電平),通過(guò)r15使(r15的作用是為了限制t7的導(dǎo)通電流防止電流過(guò)大燒毀三極管)t7導(dǎo)通,其集電極上面接的紅色發(fā)光二極管d4發(fā)亮,表示當(dāng)前處于報(bào)警狀態(tài),t8也隨之而導(dǎo)通,使蜂鳴器發(fā)聲,令賊人生怯,實(shí)現(xiàn)報(bào)警.停止報(bào)警:當(dāng)達(dá)到了30秒的報(bào)警時(shí)間，ic10的6,7腳接的電容c5放電結(jié)束,ic10的3腳變成低電平,t5截止,t6導(dǎo)通,強(qiáng)制使強(qiáng)制電路處于穩(wěn)態(tài)，ic11的3腳輸出低電平,使t7,t8截止,蜂鳴器停止報(bào)警；或者用戶(hù)輸入的密碼正確，則有

40、開(kāi)鎖電路中的t10集電極輸出清除報(bào)警信號(hào)，送至t12（pnp），t12導(dǎo)通，強(qiáng)制使t7基極至低電位，解除報(bào)警信號(hào)。3.3.3 報(bào)警次數(shù)檢測(cè)及鎖定電路若用戶(hù)操作連續(xù)失誤超過(guò)3次，電路將鎖定5分鐘。其工作原理如下：當(dāng)電路報(bào)警的次數(shù)超過(guò)3次，由ic9（74161）構(gòu)成的3位計(jì)數(shù)器將產(chǎn)生進(jìn)位，通過(guò)ic7，輸出清零信號(hào)送往74ls161的清零端，以實(shí)現(xiàn)重新計(jì)數(shù)。經(jīng)過(guò)ic8（與門(mén)），送到ic12（555）的2腳，使3腳產(chǎn)生5分鐘的高電平鎖定脈沖（其脈沖可由公式t=1.1rc計(jì)算得出），經(jīng)t9倒相，送ic6輸入端，使ic6輸出低電平，使ic13不能開(kāi)鎖，到鎖定的目的。電路圖如下圖3-13所示：圖3-13 報(bào)警次數(shù)檢測(cè)及鎖定電路3.3.4 備用電源電路為了防止停電情況的發(fā)生，本電路后備了ups電源，它包括市電供電電路，停電檢測(cè)電路，電子開(kāi)關(guān)切換電路，蓄電池充電電路和蓄電池組成。其電路圖如下圖3-14所示：220v市電通過(guò)變壓器b降壓成12v的交流電,再經(jīng)過(guò)整流橋整流