課程設計--密碼鎖

1、<p>　　課 程 設 計 說 明 書</p><p>　　題目： 密碼鎖 </p><p>　　學院（系）： 電氣工程學院 </p><p>　　年級專業(yè)：11級電力系統(tǒng)及其自動化</p><p>　　學 號： </p>

2、;<p>　　學生姓名： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　教師職稱： </p><p>　　課程設計（論文）任務書</p><p>　　院（系）：電氣工程學院

3、 基層教學單位：電子實驗中心 </p><p>　　說明：此表一式四份，學生、指導教師、基層教學單位、系部各一份。</p><p><b>　　年 月 日 </b></p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 摘要4</b>

4、;</p><p>　　第二章 設計原理5</p><p>　　2.1 EDA簡介5 </p><p>　　2.2 總體設計思路5</p><p>　　第三章 模塊設計及波形仿真6</p><p>　　3.1鎖存器模塊6</p><p>　　3.1.1鎖存器模塊電路圖6</p&

5、gt;<p>　　3.1.2鎖存器模塊波形圖7</p><p>　　3.2設置密碼/開鎖模塊7</p><p>　　3.2.1設置密碼/開鎖模塊電路圖8</p><p>　　3.2.2設置密碼/開鎖模塊波形圖9</p><p>　　3.3蜂鳴器模塊9</p><p>　　3.3.1蜂鳴器簡介9

6、</p><p>　　3.3.2蜂鳴器模塊電路圖10</p><p>　　3.3.23.3.3蜂鳴器模塊波形圖10</p><p>　　第四章 總電路圖及波形仿真11</p><p>　　4.1總電路圖分析11</p><p>　　4.2總電路圖仿真12</p><p>　　第五章 真

7、值表13</p><p>　　5.1十進制計數(shù)器74160真值表13</p><p>　　5.2數(shù)據(jù)比較器7485真值表13</p><p>　　5.3總電路部分真值表14</p><p>　　第六章 管腳鎖定及硬件連接15</p><p>　　第七章 心得體會16 </p><p>

8、;<b>　　參考文獻17</b></p><p>　　附：燕山大學課程設計評審意見表</p><p><b>　　第一章 摘要</b></p><p>　　隨著科學技術的發(fā)展，我們的生活越來越好。而數(shù)字電路產品以其獨特的優(yōu)越性走進我們的生活，為我們的生活帶來方便。，包括計算機、電子表、智能儀器表及其它很多領域中，它給我

9、們帶來的不僅是工作上的方便，而且也給我們的生活娛樂添滋加彩。隨著科學技術的發(fā)展，我們的生活越來越好。而數(shù)字電路產品以其獨特的優(yōu)越性走進我們的生活，為我們的生活帶來方便。</p><p>　　數(shù)字電路主要是基于兩個信號（我們可以簡單的說是有電壓和無電壓），用數(shù)字信號完成對數(shù)字量進行算術運算和邏輯運算的電路我們稱之為數(shù)字電路，它具有邏輯運算和邏輯處理等功能，數(shù)字電路可分為組合邏輯電路和時序邏輯電路。 </p&g

10、t;<p>　　在這次EDA課程設計中，我的題目是密碼鎖。報告從電路原理著手，首先介紹一下我的設計思路，其次詳細介紹其各個模塊以及工作原理，然后是用MAX+PLUSII設計的電路模塊，仿真結果及真值表。最后是此次設計的心得體會和參考書。</p><p><b>　　第二章 設計原理</b></p><p>　　2.1 EDA簡介</p>

11、<p>　　EDA（Electronics Design Automation）技術是隨著集成電路和計算機技術的飛速發(fā)展應運而生的一種高級、快速、有效的電子設計自動化工具。它是為解決自動控制系統(tǒng)設計而提出的，從70年代經歷了計算機輔助設計（CAD），計算機輔助工程（CAE），電子系統(tǒng)設計自動化（ESDA）3個階段。前兩個階段的EDA產品都只是個別或部分的解決了電子產品設計中的工程問題；第三代EDA工具根據(jù)工程設計中的瓶頸和矛盾

12、對設計數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)了統(tǒng)一管理，并提出了并行設計環(huán)境概念，提供了獨立于工藝和廠家的系統(tǒng)級的設計工具。EDA關鍵技術之一就是采用硬件描述語言對硬件電路進行描述，且具有系統(tǒng)級仿真和綜合能力。</p><p><b>　　2.2總體設計思路</b></p><p>　　本設計名稱為密碼鎖，設計分為三部分:設置密碼模塊、開鎖模塊、蜂鳴器模塊。通過這三個部分來實現(xiàn)密碼鎖的功能。&l

13、t;/p><p>　　設計所要實現(xiàn)的功能為：</p><p>　　1、手動用12個撥碼開關設置三位密碼（0-9）。</p><p>　　2、輸入密碼開鎖，當密碼輸入正確時，指示燈亮，表示開鎖成功。</p><p>　　3、當密碼輸入錯誤時，蜂鳴器響三秒，表示開鎖失敗。</p><p><b>　　設計的主要思路為

14、：</b></p><p>　　本設計中首先用撥碼開關設計密碼，此時的密碼通過數(shù)碼管顯示，用總開關EN切換設置密碼和開鎖。當打開總開關EN時，進入設置密碼狀態(tài)；設置好密碼后關閉EN，進入開鎖狀態(tài)，此時指示燈處于熄滅狀態(tài)。再輸入三位數(shù)字進行開瑣，輸入完畢后打開撥碼開關ENTER，此時如果輸入的密碼正確則指示燈亮，表示開瑣成功；否則蜂鳴器發(fā)出響聲，并持續(xù)5秒鐘，表示開鎖失敗。之后關閉開關ENTER，重新輸

15、入密碼后并打開開關ENTER可再次驗證。</p><p>　　第三章 模塊設計及波形仿真</p><p><b>　　3.1鎖存器模塊</b></p><p>　　在密碼鎖設計中，我采用十二個D觸發(fā)器來實現(xiàn)對設計的密碼的鎖存，當使能端EN為高電平時輸入設計的密碼，設計好后將使能端EN置為低電平，此時密碼被保存在觸發(fā)器中用來跟再次輸入的密碼比較。

16、</p><p>　　3.1.1鎖存器模塊電路圖</p><p>　　在電路中我將四個觸發(fā)器封裝成一個整體，實現(xiàn)對一位密碼（四位二進制數(shù)）的鎖存，其電路及封裝圖如下：</p><p>　　圖3-1 鎖存器模塊電路圖</p><p>　　圖3-2 鎖存器模塊封裝圖</p><p>　　3.1.2鎖存器模塊波形圖</

17、p><p>　　當EN端為高電平輸入數(shù)據(jù)，低電平時鎖存。如圖可得到數(shù)據(jù)的鎖存。</p><p>　　圖3-3 鎖存器波形仿真圖</p><p>　　3.2 設置密碼/開鎖模塊</p><p>　　對于設計密碼開鎖模塊，我首先用一個總開關EN來控制輸密碼和開鎖，當總開關為高電平時，使鎖存器的使能端為高電平，開始設計密碼，且設計的密碼用數(shù)碼管顯示。設

18、計完成后將總開關為低電平，即設計好初始密碼。然后再用撥碼開關輸入密碼，將輸入的密碼與鎖存器中儲存的密碼比較，同時在數(shù)碼管上顯示。若比較的結果為相同，則比較器的AEBO端輸出高電平，否則該端輸出低電平。</p><p>　　3.2.1設置密碼/開鎖模塊電路圖</p><p>　　圖3-4設置密碼/開鎖模塊電路圖</p><p>　　為簡化電路，我將上述模塊電路封裝如下

19、：</p><p>　　圖3-5設置密碼/開鎖模塊封裝圖</p><p>　　3.2.2設置密碼/開鎖模塊波形圖</p><p>　　圖3-6設置密碼/開鎖模塊波形圖</p><p>　　由以上波形圖可知，當EN端為1時，輸入的三位密碼A,B,C分別為2,3,4，當EN端為0時，開始開鎖，當輸入密碼錯誤時，如0，0，0或2,4,4，比較器的輸

20、出OUT為0，表示輸入的密碼與初始設定密碼不同。僅當輸入密碼為2,3,4時，比較器的輸出OUT為1，表示輸入密碼與初始密碼相同，即開鎖成功；同時三位數(shù)碼管L0，L1，L2一直跟蹤顯示輸入的密碼。</p><p><b>　　3.3蜂鳴器模塊</b></p><p>　　3.3.1 蜂鳴器簡介</p><p>　　蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響

21、器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、電話機、定時器等電子產品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型 。</p><p>　　本設計所使用的蜂鳴器模塊包含1個蜂鳴器BUZZER和一個跳線器JBUZZER。當使用蜂鳴器時，此跳線器短接。同時獨立擴展下載板CPLD/FPZA的JP2_CF的SPEAKER接高電平時，蜂鳴器工作。</p>

22、;<p>　　3.3.2 蜂鳴器模塊電路圖</p><p>　　圖3-8蜂鳴器模塊電路圖</p><p>　　3.3.3 蜂鳴器模塊波形圖</p><p>　　圖3-8蜂鳴器模塊波形圖</p><p>　　由上圖可知，當使能端EN為高電平時或由設置密碼/開鎖模塊輸入的IN端為高電平時，蜂鳴器不工作；僅當使能端EN置為0（開始比較

23、密碼狀態(tài)），且IN端輸入為低電平時，蜂鳴器工作，響五秒鐘后自動停止。</p><p>　　第四章 總電路圖及波形仿真</p><p>　　4.1 總電路圖分析</p><p>　　圖4-1密碼鎖總電路圖</p><p>　　以上是我設計的密碼鎖的總電路圖，我將鎖存、加鎖、開鎖、蜂鳴器等復雜的電路封裝成一個模塊，使電路簡單易讀，并分別對模塊進行

24、獨立測試，提高了電路設計的質量。當發(fā)現(xiàn)問題或需要用于其它設計中時，我僅需對模塊部分進行修改，不僅省時省力，還避免了重復設計可能引入的差錯。</p><p>　　此外，我還增設了一個確認鍵“ENTER”。在開鎖狀態(tài)下，當密碼輸入完畢后，打開ENTER開關，使該端口輸出高電平，此時指示燈或蜂鳴器才能正常工作。該開關的引入使題目的要求更易觀察和驗證，同時使設計更加人性化。</p><p>　　4

25、.2 總電路圖仿真</p><p>　　圖4-2密碼鎖總波形圖</p><p>　　由以上波形圖可知，當EN端為1時，輸入的三位密碼NUM0，NUM1，NUM2分別為5,5,5，此時指示燈LIGHT和蜂鳴器BEEP均為不工作；當EN端為0時，進入開鎖狀態(tài)，當輸入的密碼為3,4,2并打開確認鍵ENTER后，指示燈不亮，蜂鳴器發(fā)聲，并響在5秒后停止，表示密碼錯誤；此時拉下ENTER鍵并重新輸入

26、密碼5,5,5，再次打開ENTER鍵后指示燈發(fā)亮，蜂鳴器不工作，表示開鎖成功，即輸入的密碼正確。與此同時，三位數(shù)碼管L0，L1，L2一直跟蹤實時顯示輸入的密碼。</p><p><b>　　第五章 真值表</b></p><p>　　5.1 十進制計數(shù)器74160真值表 </p><p>　　表5-1 十進制計數(shù)器74160真值表</p

27、><p>　　數(shù)據(jù)比較器7485真值表</p><p>　　由真值表可知，當兩個輸入量A＜B時，ALBO端輸出高電平，AEBO和AGBO端輸出低電平；當兩個輸入量A＞B時，AGBO端輸出高電平，AEBO和ALBO端輸出低電平；僅當兩個數(shù)值相等A=B時，AEBO端才能輸出為高電平。因此我們可以利用AEBO端判斷兩個輸入量是否相等，即輸入的密碼正確時AEBO端輸出高電平，否則輸出低電平為。<

28、/p><p><b>　　總電路部分真值表</b></p><p>　　表5-3總電路部分真值表</p><p>　　此上表可知，當ENTER鍵打開，且輸入的密碼與設定密碼相同時，指示燈亮，密碼不同時，蜂鳴器響；當ENTER鍵關閉時，無論輸入的密碼與設定密碼是否相同，蜂鳴器與指示燈均布工作。</p><p>　　第六章 管腳

29、鎖定及硬件連接</p><p>　　試驗箱上一共有7根線，將PIN68、PIN69、PIN70、PIN71、PIN73、PIN74分別與外接的六個撥碼開關相連。PIN173與1HZ脈沖相連。</p><p>　　在經過前面幾個階段的設計與驗證后，密碼管的各個模塊已經設計完畢，根據(jù)總體設計時的方案框圖，將各個子電路組合起來，并且為各個輸入和輸出選擇合適的管腳(如上所示)。將1Hz的時鐘信號加

30、到計時器clk信號上，開關EN控制使能端，開關ENTER為確認鍵用于確認密碼是否輸入完畢。</p><p>　　經測試，電路可完美正常工作，可以設置密碼、開鎖，相關指示模塊亦能正常指示密碼輸入是否正確，實現(xiàn)了任務書所要求的全部工作；同時，新加入的ENTER鍵能完美決定輸入密碼過程的完成與否，即：僅當確認件ENTER按下后，才判斷輸入的密碼是否正確并作出相關指示。</p><p><b

31、>　　第七章 心得體會</b></p><p>　　在緊張與忙碌中，一周的EDA課程設計就要結束了，通過這次設計，使我對EDA產生了濃厚的興趣。特別是當每一個子模塊編寫調試成功時，心里特別的開心。這次課設給了我一次自己編寫電路自己上箱實驗的機會使我可以把理論知識應用于實踐。在編寫蜂鳴器模塊時，我遇到了很大的困難，一直被定時問題所困擾，解決了這個問題時，我特別的高興。通過這次設計，是我充分意識到

32、自己在數(shù)字電子技術上的不足，對以前學習的知識有了深層次的理解。</p><p>　　在本次EDA課程設計的五天日子里，可以說是苦多于甜，但是我學到很多很多的東西，不僅可以鞏固之前在課堂上所學到的知識，還鍛煉了我的動手實踐能力，這些是我們在課堂上學不到的。</p><p>　　總的來說，這次設計的密碼鎖比較成功，在設計中遇到了一些問題，但通過查閱資料和老師的幫助，最終都得到了解決，不但完成了

33、題目要求的全部功能，還通過自己的思考新加了一個“確認”功能，因此很有成就感，終于覺得平時所學的知識有了實用的價值，達到了理論與實際相結合的目的。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1】常丹華. 數(shù)字電子技術基礎. 電子工業(yè)出版社，2011年</p><p>　　2】張強. EDA課程設計指導書，2013年<