2020年數(shù)字密碼鎖-數(shù)電課程設(shè)計(jì)

數(shù)字密碼鎖-數(shù)電課程設(shè)計(jì)

資料僅供參考

潁擊幺和冬隴

HUNANINSTITUTEOFENGINEERING

課程設(shè)計(jì)

課程名稱___________數(shù)字電子技術(shù)____________

課題名稱數(shù)字密碼鎖

專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化

班級(jí)____________________________________

學(xué)號(hào)____________________________________

姓名____________________________________

指導(dǎo)老師

資料僅供參考

12月23日

資料僅供參考

報(bào)告撰寫(xiě)要求（此頁(yè)不打?。?/p>

課程設(shè)計(jì)報(bào)告是體現(xiàn)課程設(shè)計(jì)成果的載體，具體要求如下：

1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告的基本格式

（1）說(shuō)明書(shū)統(tǒng)一使用word文檔打印，A4紙張，頁(yè)邊距設(shè)置為：上2cm,下2cm,左

2.54cm,右2cmo

（2）正文采用宋體小四，行間距20磅；1級(jí)標(biāo)題采用黑體小三，2級(jí)標(biāo)題采用黑體

四號(hào)，3級(jí)標(biāo)題采用黑體小四；1和2級(jí)標(biāo)題上下間距為0.5行。

（3）圖表需統(tǒng)一編號(hào)，圖標(biāo)標(biāo)題采用黑體五號(hào)；圖標(biāo)題在圖片下方，表格標(biāo)題在表

格上方。

（4）裝訂順序?yàn)椋悍饷?、任?wù)書(shū)、報(bào)告正文、評(píng)分表。

2、課程設(shè)計(jì)報(bào)告的撰寫(xiě)要求

（1）設(shè)計(jì)報(bào)告正文內(nèi)容為6-10頁(yè)為宜，主要內(nèi)容為自己的設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)步驟、關(guān)

鍵性步驟的記錄、重要結(jié)果的記錄以及自己本次課程設(shè)計(jì)的總結(jié)。報(bào)告撰寫(xiě)要求思路清晰、

結(jié)構(gòu)合理、層次清晰，報(bào)告簡(jiǎn)潔但又要能體現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程。

（2）報(bào)告中圖表要求清晰、規(guī)范，圖表的尺寸大小適當(dāng)。

（3）課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容（僅供參考）：

一、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)要求：本次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)要求，對(duì)照任務(wù)書(shū)中的任務(wù)要求。

二、設(shè)計(jì)方案：對(duì)任務(wù)進(jìn)行分析，提出任務(wù)的可行實(shí)現(xiàn)思路，包括系統(tǒng)框圖，各子模

塊之間的協(xié)同工作方式（800字）。

三、單元電路（子模塊，子程序）分析：繪制各子模塊電路圖，詳細(xì)分析其工

作原理，包括信號(hào)的流向，電路工作條件，數(shù)據(jù)處理，程序流程圖，有限狀態(tài)機(jī)工作原理,

預(yù)期結(jié)果，必要時(shí)有子模塊的仿真結(jié)果分析。報(bào)告中必須有6-8個(gè)主要子模塊分析，每個(gè)

子模塊分析不少于200字。不得拷貝元件說(shuō)明書(shū)。（字）

四、系統(tǒng)仿真/洌J試：對(duì)采用FPGA開(kāi)發(fā)板的同學(xué)，必須設(shè)計(jì)系統(tǒng)的測(cè)試方案，編寫(xiě)

測(cè)試程序，打印仿真波形，分析仿真結(jié)果（600字））

五、電路安裝調(diào)試：電路的安裝，調(diào)試步驟，調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題是什么？是如

何解決的？調(diào)試結(jié)果（包括運(yùn)行數(shù)據(jù)，圖片）（800字）

六、元件清單：所用元件列表，或所用FPGA資源

七、總結(jié)：整個(gè)課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，你覺(jué)得學(xué)習(xí)到了什么，課程設(shè)計(jì)過(guò)程中自己做的

不足的地方有哪些？對(duì)自己的學(xué)習(xí)有何啟示？希望課程設(shè)計(jì)過(guò)程或者指導(dǎo)老師如何改

進(jìn)？……（500字）

資料僅供參考

電氣信息學(xué)院

課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)

課題名稱_____________________________數(shù)字密碼鎖______________________________

姓名專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)

指導(dǎo)老師_____________________________________________________________________

課程設(shè)計(jì)時(shí)間__________12月14日-年12月23日______________________

一、任務(wù)及要求

課程設(shè)計(jì)任務(wù)可采用數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)臺(tái)，試驗(yàn)箱、單片機(jī)或FPGA開(kāi)發(fā)板（由指導(dǎo)老師

安排）完成。具體要求如下：

1.任務(wù)：

1）設(shè)定的密碼為四位，由“1~8”八個(gè)數(shù)字組成，當(dāng)輸入密碼正確時(shí)，發(fā)出開(kāi)鎖信號(hào)；

密碼錯(cuò)誤時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，報(bào)警時(shí)間為35秒；2）輸入密碼后30秒，若無(wú)開(kāi)鎖信號(hào)，

則電路進(jìn)入自鎖狀態(tài)，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)；3）用綠色發(fā)光二極管亮表示開(kāi)鎖，紅色發(fā)光二

極管亮（或揚(yáng)聲器發(fā)聲）表示報(bào)警。4）功能擴(kuò)展：電路具有消抖功能，或者功能擴(kuò)展自

選。

2.要求：

1）思路清晰，給出整體設(shè)計(jì)框圖；2）完成各單元電路設(shè)計(jì)，給出總電路圖、multisim

軟件仿真驗(yàn)證結(jié)果；3）安裝調(diào)試電路，得出測(cè)試結(jié)果；4）.用A4紙寫(xiě)出設(shè)計(jì)報(bào)告

二、進(jìn)度安排

第一周：

周一：布置任務(wù)，查找資料；

周二?周三：設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案，仿真；

周四?周日：領(lǐng)元器件，電路安裝，或程序調(diào)試；

第二周：

周一?周二：電路安裝，調(diào)試，運(yùn)行或程序調(diào)試，下載運(yùn)行；

周三：結(jié)果驗(yàn)收；

周四：收元器件，整理實(shí)驗(yàn)室，撰寫(xiě)報(bào)告，答辯；

周五：資料整理。

資料僅供參考

三、參考資料

1、《數(shù)字電子技術(shù)》第五版高等教育出版社

-------------------閻石主編

2、《電子技術(shù)與EDA技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)及仿真》

--------------孫勝麟、郭照南主編

資料僅供參考

目錄

一、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)要求........................................1

二、設(shè)計(jì)方案...............................................2

三、單元電路（子模塊）分析..................................2

3.1防抖開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)............................................2

3.2密碼的存儲(chǔ)與讀取電路.......................................3

3.3密碼的比較電路.5

3.435秒報(bào)警電路的設(shè)計(jì)............................................6

3.530秒自鎖電路.............--7

四、系統(tǒng)仿真/測(cè)試......................................8

五、電路安裝調(diào)試.....................................9

六、元件清單............................................10

七、總結(jié)...............................................11

資料僅供參考

資料僅供參考

一、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)要求：

1.任務(wù):

1）設(shè)定的密碼為四位，由“廣8”八個(gè)數(shù)字組成，當(dāng)輸入密碼正確時(shí)，發(fā)出開(kāi)鎖信號(hào);

密碼錯(cuò)誤時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，報(bào)警時(shí)間為35秒；2）輸入密碼后30秒，若無(wú)開(kāi)鎖信號(hào)，

則電路進(jìn)入自鎖狀態(tài)，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)；3）用綠色發(fā)光二極管亮表示開(kāi)鎖，紅色發(fā)光二

極管亮（或揚(yáng)聲器發(fā)聲）表示報(bào)警。4）功能擴(kuò)展：電路具有消抖功能，或者功能擴(kuò)展自

選。

2.要求：

1）思路清晰，給出整體設(shè)計(jì)框圖；2）完成各單元電路設(shè)計(jì)，給出總電路圖、multisim

軟件仿真驗(yàn)證結(jié)果；3）安裝調(diào)試電路，得出測(cè)試結(jié)果；4）.用A4紙寫(xiě)出設(shè)計(jì)報(bào)告

二、設(shè)計(jì)方案：

根據(jù)本次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)要求，結(jié)合所學(xué)知識(shí)及實(shí)驗(yàn)室實(shí)際可提供的芯片我們能夠?qū)?/p>

本次數(shù)字密碼鎖課題的整體電路細(xì)分為以下幾個(gè)模塊的電路，即密碼的存儲(chǔ)讀取電路，密

碼的比較電路，計(jì)時(shí)報(bào)警電路，計(jì)時(shí)自鎖電路以及撥鍵開(kāi)關(guān)的防抖電路。整個(gè)電路的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)如下：

30秒自鎖電路

開(kāi)鎖

撥

碼

開(kāi)

關(guān)

給地址

計(jì)數(shù)電路

計(jì)數(shù)電路

根據(jù)系統(tǒng)框圖，對(duì)密碼的存儲(chǔ)讀取電路我們能夠用分別用一片74LS148,

74LS160,RAM2114（仿真時(shí)由于軟件原因用HM6116代替）來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中74LS148芯片主

要起編碼作用，即在輸入端分別連接好8個(gè)撥碼開(kāi)關(guān)，根據(jù)撥碼開(kāi)關(guān)的開(kāi)斷情況（每次只

資料僅供參考

撥動(dòng)一個(gè)開(kāi)

資料僅供參考

關(guān)）使輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的二進(jìn)制編碼；74LS160主要起給定地址的作用，電路在第

一次存入密碼時(shí)，每一個(gè)密碼產(chǎn)生的相應(yīng)二進(jìn)制編碼在存入存儲(chǔ)器時(shí)都需要首先給定相應(yīng)

的地址才能存儲(chǔ)成功。RAM2n4則主要起存儲(chǔ)編碼和輸出編碼的作用，即實(shí)現(xiàn)“讀”和“寫(xiě)”

的功能，在第一次設(shè)置密碼時(shí)存入用戶設(shè)置的4位密碼的二進(jìn)制編碼，在用戶正式使用輸

入密碼時(shí)輸出之前存入的密碼編碼。

對(duì)密碼的比較電路，本次課程設(shè)計(jì)我們使用了74LS85四位數(shù)值比較器芯片。在芯片

的輸入端分別與編碼器和存儲(chǔ)器的編碼輸出端相連。

對(duì)計(jì)時(shí)報(bào)警電路和計(jì)時(shí)自鎖電路，本次課程設(shè)計(jì)均選擇使用兩片十進(jìn)制同步計(jì)時(shí)器

74LS160芯片，分別連接成一個(gè)30進(jìn)制和35進(jìn)制的計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。按照要求，應(yīng)在用戶

開(kāi)始輸入第一個(gè)密碼時(shí)開(kāi)始30秒的計(jì)時(shí)電路，若用戶未能在30秒內(nèi)輸入正確密碼，計(jì)時(shí)

器應(yīng)該輸入相應(yīng)信號(hào)使得編碼器EI端電平由低電平變?yōu)楦唠娖?，即關(guān)閉編碼器的編碼功

能實(shí)現(xiàn)自鎖。在用戶輸錯(cuò)密碼時(shí)，系統(tǒng)開(kāi)始維時(shí)35秒的報(bào)警計(jì)時(shí)并同時(shí)給報(bào)警信號(hào)，在

35秒后或者用戶輸入正確的密碼使系統(tǒng)發(fā)出開(kāi)鎖信號(hào)時(shí)報(bào)警計(jì)時(shí)方終止。

三、單元電路（子模塊）分析：

3.1防抖開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)

圖2撥碼開(kāi)關(guān)的消抖電路

在實(shí)際接連線路時(shí)，當(dāng)用戶撥動(dòng)撥碼開(kāi)關(guān)時(shí)，撥碼開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)不可避免的會(huì)產(chǎn)生一些機(jī)

械抖動(dòng)，從而使輸出端產(chǎn)生不規(guī)則的震顫脈沖輸出，因此，電路中必須要消除機(jī)械開(kāi)關(guān)的

資料僅供參考

抖動(dòng)，避免影響正常的功能實(shí)現(xiàn)。如圖所示，本次課程設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)使用RS鎖存器，來(lái)實(shí)現(xiàn)

消除機(jī)械開(kāi)關(guān)抖動(dòng)。RS鎖存器的功能表特性如下：

表1SR鎖存器的真值表

S9Q*

R，Q

1100

1111

3.2密0101碼的存儲(chǔ)與讀

取電路

0111

1000

1010

碼的存儲(chǔ)與讀取電路

如圖，密碼的存儲(chǔ)電路由編碼器芯片74LS148,8個(gè)撥碼開(kāi)關(guān)以及計(jì)數(shù)芯片74LS160

相連接組成。一方面，在用戶每次撥動(dòng)開(kāi)關(guān)時(shí)由編碼器產(chǎn)生相應(yīng)的編碼輸入到存儲(chǔ)器的數(shù)

資料僅供參考

據(jù)線(1/01-1/08)端口準(zhǔn)備存儲(chǔ)，另一方面在用戶撥動(dòng)開(kāi)關(guān)時(shí)編碼器的GS端會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)

的由高電平變?yōu)榈碗娖降拿}沖，將這一脈沖接入計(jì)數(shù)器74LS160的CLK端，每當(dāng)撥碼開(kāi)關(guān)

動(dòng)作一次時(shí)，計(jì)數(shù)器就會(huì)計(jì)數(shù)一次，與此同時(shí)產(chǎn)生的4個(gè)不同的地址輸入存儲(chǔ)器的地址端

口。密碼的存儲(chǔ)時(shí)，應(yīng)該要遵循先給地址，再存編碼數(shù)據(jù)的原則，這樣數(shù)據(jù)才能穩(wěn)定的被

存儲(chǔ)。

?A?出

B0123456742AlMGSEO4匚174LS148

HXXXXXXXXHHHMH5C?的功能表和

LHHHHl4L

LXXXXXXXLILLLH6匚引腳圖如

LXXXXXXLHILH

LH7C二下：

LXXXXXLHHLHL

tHr

LXXXXLHHHLHNLHEl匚

LXXXLHHHHHLLLHA2C6

LXXLHHHHHHHH??HAlr

LHAlL7

LXLHHHHHHHH1.

LLHHHHHHHHHHGNDC8

圖274LS148的功

能表和引腳圖

HM6116存儲(chǔ)器的功能表如下

表2HM6116的功能

c0W

方式I/O引腳

EEE

3.3密碼的比較電路

4七H小匕U.卜

圖3密碼的比較電路

密碼的比較電路由芯片74LS85來(lái)實(shí)現(xiàn)功能。芯片的輸入端口分別接從編碼器編碼輸

出端和存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)輸出端，以此來(lái)比較用戶輸入的密碼和先前用戶設(shè)置的密碼。由

74LS85的功能表可知，將選擇使輸入端的使能端A>B,A<B端接地，A=B端接高電平時(shí),

即能使得芯片輸出端口在比較兩組編碼為相同時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)脈沖對(duì)正確的編碼次數(shù)進(jìn)行計(jì)

數(shù)，當(dāng)輸入四次正確時(shí)，觸發(fā)開(kāi)鎖信號(hào)，綠燈亮；若比較為不同時(shí)紅燈亮，即觸發(fā)報(bào)警電

路開(kāi)始報(bào)警。

74LS85比較器的功能表如下：

資料僅供參考

TruthTable

ComparingCascading

Outputs

InputsInputs

A3,B3A2,B2A1tB1AO.BOA>BA<BA?BA>BA<BA=B

A3>B3XXXXXXHLL

A3<B3XXXXXXLHL

A3-B3A2>B2XXXXXHLL

A3-B3A2<B2XXXXXLHL

A3-B3A2-B2Al>BlXXXXHLL

A3-B3A2-B2Al<B1XXXXLHL

A3-B3A2-B2Al,B1A0>BOXXXHLL

A3-B3A2-B2A1-BlA0<BOXXXLHL

A3-B3A2-B2Al-B1AO-BOHLLHLL

A3-B3A2-B2Al-B1AO-BOLHLLHL

A3-B3A2-B2Al-BlAO-BOXXHLLH

A3工B3A2-B2Al-BlAO-BOHHLLLL

A3?B3A2-B2Al-BlAO-BOLLLHHL

￡1995MManriSemconductarCoipcrManTUF/9?S

圖474LS85的功能表

3.435秒報(bào)警電路的設(shè)計(jì)

圖5密碼鎖的35秒報(bào)警電路

當(dāng)由比較電路產(chǎn)生“不等”信號(hào)（即輸入的密碼與先前用戶設(shè)置的密碼不同）時(shí)，開(kāi)

始啟動(dòng)報(bào)警電路。當(dāng)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)時(shí)，經(jīng)過(guò)一個(gè)鎖存器將信號(hào)保存，與三態(tài)門(mén)的EN端鏈

接，信號(hào)源開(kāi)始不斷給脈沖，當(dāng)計(jì)數(shù)到35秒時(shí)，報(bào)警燈滅，三態(tài)門(mén)EN端呈高阻態(tài)，信號(hào)

源停止將脈沖輸入到計(jì)數(shù)器的CLK端，計(jì)數(shù)停止。另外，當(dāng)用戶在報(bào)警的35秒時(shí)間段內(nèi)

輸入了正確的密碼使產(chǎn)生了開(kāi)鎖信號(hào)時(shí)，報(bào)警也應(yīng)該停止，能夠用一個(gè)如圖所示的三態(tài)門(mén)

EN端前的與門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

其中74LS160的功能表如下：

資料僅供參考

圖674LS160的功能表和管腳圖

3.530秒自鎖電路

ooO

DCBA

持

保

持

保

計(jì)

數(shù)

圖7密碼鎖的30秒自鎖電路

根據(jù)要求，系統(tǒng)應(yīng)該在用戶輸入密碼（而不是設(shè)置密碼）時(shí)輸入第一個(gè)密碼起，就開(kāi)

始30秒的計(jì)時(shí)，若30秒內(nèi)系統(tǒng)沒(méi)有產(chǎn)生開(kāi)鎖信號(hào)則會(huì)產(chǎn)生自鎖，用戶無(wú)法再輸入密碼。

首先應(yīng)在儲(chǔ)存器的讀寫(xiě)開(kāi)關(guān)處設(shè)計(jì)邏輯關(guān)系，使得當(dāng)用戶正式輸入密碼（存儲(chǔ)器為“讀”

狀態(tài)）時(shí)，撥動(dòng)第一個(gè)撥碼開(kāi)關(guān)，編碼器GS輸出端產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，經(jīng)由一個(gè)鎖存器

保持這個(gè)信號(hào)，再將這個(gè)信連接到信號(hào)源前三態(tài)門(mén)的EN端，使得三態(tài)門(mén)處于導(dǎo)通狀態(tài)，

資料僅供參考

30秒計(jì)數(shù)開(kāi)始。若30秒內(nèi)，用戶輸入了正確密碼，系統(tǒng)產(chǎn)生開(kāi)鎖信號(hào)，30秒的計(jì)時(shí)停止;

30秒內(nèi)，若系統(tǒng)無(wú)開(kāi)鎖信號(hào)，30秒時(shí)將產(chǎn)生一個(gè)脈沖與編碼器74LS148的EI輸入端相連,

使得EI端由低電平變?yōu)楦唠娖剑幋a器無(wú)法再次編碼從而實(shí)現(xiàn)“自鎖”功能。

四、系統(tǒng)仿真/測(cè)試：

將上述各模塊電路連成整體后整體電路圖如下:

圖8整體電路圖

實(shí)際接線情況如下:

資料僅供參考

圖9實(shí)際接線圖

五、電路安裝調(diào)試：

本次課程設(shè)計(jì)中我們主要遇到了以下幾個(gè)問(wèn)題：

1）在實(shí)際調(diào)試的時(shí)候發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生地址的74LS160計(jì)時(shí)器工作不能穩(wěn)定工作，極容易

發(fā)生跳變，給出錯(cuò)誤的地址。

最后經(jīng)過(guò)詢問(wèn)指導(dǎo)老師才了解到，在實(shí)際連線測(cè)試電路的時(shí)候，數(shù)字電路試驗(yàn)箱上的

機(jī)械開(kāi)關(guān)在合斷時(shí)總不可避免的會(huì)產(chǎn)生機(jī)械抖動(dòng)從而使輸出端產(chǎn)生不規(guī)則的震顫脈沖輸

出，使得計(jì)數(shù)器在給地址時(shí)發(fā)生跳變或者給出錯(cuò)誤的地址，因此需要在撥碼開(kāi)關(guān)處用RS

鎖存器做一個(gè)防機(jī)械開(kāi)關(guān)抖動(dòng)的電路。按照老師的指導(dǎo)要求增加一個(gè)防抖電路后發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

得已解決。

2）進(jìn)行模塊測(cè)試的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)密碼總是不能正確的存儲(chǔ)和讀取，從而導(dǎo)致電路總是錯(cuò)

誤的產(chǎn)生開(kāi)鎖信號(hào)或者報(bào)警信號(hào)。

經(jīng)過(guò)查詢有關(guān)資料我們才了解到存儲(chǔ)器在存儲(chǔ)編碼內(nèi)容時(shí)，必須等上一個(gè)編碼穩(wěn)定存

儲(chǔ)之后才能再次給下一個(gè)新的地址存儲(chǔ)下一個(gè)編碼內(nèi)容，因此在設(shè)計(jì)存儲(chǔ)電路時(shí)不能使得

編碼數(shù)據(jù)和地址同時(shí)進(jìn)入到儲(chǔ)存器，而應(yīng)該在編碼數(shù)據(jù)輸入之前先預(yù)置一個(gè)地址，按照

此方法連接電路后發(fā)現(xiàn)密碼鎖存儲(chǔ)與讀取電路工作正常。

六、元件清單:

元器件數(shù)量

74LS1481

資料僅供參考

在加深對(duì)數(shù)字電路知識(shí)理解方面，這次課程設(shè)計(jì)使得我第一次將平常在課堂上所學(xué)的

理論知識(shí)完整的運(yùn)用到了工程實(shí)際，使得我能夠比平時(shí)的