電子密碼鎖課程設(shè)計(jì)--基于數(shù)字電路的電子密碼鎖

1、<p>　　《微機(jī)原理與接口技術(shù)》</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 基于數(shù)字電路的電子密碼鎖 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè)： 自動(dòng)化 </p><p>　　2015年6月15日</p&

2、gt;<p>　　物理與電子工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</p><p>　　專(zhuān)業(yè)： 自動(dòng)化 班級(jí)： 14級(jí)接本1班 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　采用邏輯門(mén)電路設(shè)計(jì)電子密碼鎖，闡述了其工作原理，給出了具體的電路原理圖。

3、 該密碼鎖具有密碼預(yù)置功能，保密性強(qiáng)，誤碼報(bào)警，并且報(bào)警時(shí)間可以設(shè)定，同時(shí)用數(shù)碼管顯示出報(bào)警時(shí)間。密碼正確時(shí)驅(qū)動(dòng)繼電器控制開(kāi)鎖指示燈，誤碼時(shí)報(bào)警信號(hào)由蜂鳴器發(fā)出，聲音為間歇式鳴笛。采用自行設(shè)計(jì)的5V穩(wěn)壓電源供電，具有耗電省等特點(diǎn)。使用時(shí)用戶(hù)必須按下確認(rèn)按鈕后方可知用戶(hù)輸入的密碼是否與預(yù)置密碼一致，當(dāng)密碼正確時(shí)密碼鎖可以被打開(kāi)，點(diǎn)亮綠色二極管亮代表密碼正確，鎖可以打開(kāi)。密碼不正確時(shí)按下確認(rèn)按鈕，紅色二極管被點(diǎn)亮，同時(shí)蜂鳴器鳴笛十秒，數(shù)碼管

4、顯示十秒倒計(jì)時(shí)；倒計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，數(shù)碼管顯示00，對(duì)其產(chǎn)生的編碼信號(hào)經(jīng)門(mén)電路處理后轉(zhuǎn)化為低電平信號(hào)，傳給秒脈沖電路控制端，使其停止工作，從而脈沖驅(qū)動(dòng)的蜂鳴器也停止報(bào)警。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 電子密碼鎖；數(shù)字電路； 預(yù)置密碼；誤碼報(bào)警</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 課程設(shè)計(jì)的定義和目的1</p&

5、gt;<p>　　1.1背景及其發(fā)展前景1</p><p>　　1.2研究目的和意義2</p><p><b>　　1.3技術(shù)要求2</b></p><p>　　1.3.1基本要求2</p><p>　　1.3.2發(fā)揮部分要求2</p><p>　　1.4基本設(shè)計(jì)原理2&

6、lt;/p><p>　　2 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)述3</p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)思路3</b></p><p>　　2.2設(shè)計(jì)原理框圖3</p><p>　　2.3　設(shè)計(jì)原理分析4</p><p><b>　　3 詳細(xì)設(shè)計(jì)5</b></p><p&

7、gt;　　3.1密碼鎖單元電路設(shè)計(jì)5</p><p>　　3.1.1密碼識(shí)別電路5</p><p>　　3.1.2秒脈沖產(chǎn)生電路6</p><p>　　3.1.3倒計(jì)時(shí)電路7</p><p>　　3.1.4驅(qū)動(dòng)蜂鳴器電路8</p><p>　　3.1.5驅(qū)動(dòng)繼電器電路9</p><p&g

8、t;　　3.2密碼鎖總體電路設(shè)計(jì)10</p><p>　　4 設(shè)計(jì)結(jié)果及分析11</p><p>　　4.1總體性能指標(biāo)與完善措施分析11</p><p>　　4.1.1性能指標(biāo)11</p><p>　　4.1.2不足之處11</p><p>　　4.1.3性能改進(jìn)方案11</p><p

9、><b>　　總結(jié)12</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)13</b></p><p>　　1 課程設(shè)計(jì)的定義和目的</p><p>　　1.1背景及其發(fā)展前景</p><p>　　隨著人們生活水平的提高和安全意識(shí)的加強(qiáng)，對(duì)安全的要求也就越來(lái)越高。鎖自古以來(lái)就是把守護(hù)門(mén)的鐵將軍，

10、人們對(duì)它要求甚高，既要安全可靠的防盜，又要使用方便，這也是制鎖者長(zhǎng)期以來(lái)研制的主題。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，各類(lèi)電子產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，電子密碼鎖就是其中之一。據(jù)有關(guān)資料介紹，電子密碼鎖的研究從20世紀(jì)30年代就開(kāi)始了，在一些特殊場(chǎng)所早就有所應(yīng)用。這種鎖是通過(guò)鍵盤(pán)輸入一組密碼完成開(kāi)鎖過(guò)程。研究這種鎖的初衷，就是為提高鎖的安全性。由于電子鎖的密鑰量（密碼量）極大，可以與機(jī)械鎖配合使用，并且可以避免因鑰匙被仿制而留下安全隱患。電子鎖只需記住一組密碼，

11、無(wú)需攜帶金屬鑰匙，免除了人們攜帶金屬鑰匙的煩惱，而被越來(lái)越多的人所欣賞。電子鎖的種類(lèi)繁多，例如數(shù)碼鎖，指紋鎖，磁卡鎖，IC卡鎖，生物鎖等。但較實(shí)用的還是按鍵式電子密碼鎖。</p><p>　　20世紀(jì)80年代后，隨著電子鎖專(zhuān)用集成電路的出現(xiàn)，電子鎖的體積縮小，可靠性提高，成本較高，是適合使用在安全性要求較高的場(chǎng)合，且需要有電源提供能量，使用還局限在一定范圍，難以普及，所以對(duì)它的研究一直沒(méi)有明顯進(jìn)展。</p&

12、gt;<p>　　目前，在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，電子密碼鎖技術(shù)相對(duì)先進(jìn)，種類(lèi)齊全，電子密碼鎖已被廣泛應(yīng)用于智能門(mén)禁系統(tǒng)中，通過(guò)多種更加安全，更加可靠的技術(shù)實(shí)現(xiàn)大門(mén)的管理。在我國(guó)電子鎖整體水平尚處于國(guó)際上70年代左右，電子密碼鎖的成本還很高，市場(chǎng)上仍以按鍵電子鎖為主，按鍵式和卡片鑰匙式電子鎖已引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)水平，現(xiàn)國(guó)內(nèi)有幾個(gè)廠生產(chǎn)供應(yīng)市場(chǎng)。但國(guó)內(nèi)自行研制開(kāi)發(fā)的電子鎖，其市場(chǎng)結(jié)構(gòu)尚未形成，應(yīng)用還不廣泛。國(guó)內(nèi)的不少企業(yè)也引進(jìn)了世界上先進(jìn)的

13、技術(shù)，發(fā)展前景非常可觀。希望通過(guò)不斷的努力，使電子密碼鎖在我國(guó)也能得到廣泛應(yīng)用[1]。</p><p>　　目前使用的電子密碼鎖大部分是基于單片機(jī)技術(shù)，以單片機(jī)為主要器件，其編碼器與解碼器的生成為軟件方式[2]。在實(shí)際應(yīng)用中，由于程序容易跑飛，系統(tǒng)的可靠性能較差?；诂F(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列器件的電子密碼鎖，用門(mén)電路構(gòu)造系統(tǒng)，所有算法完全由硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，使得系統(tǒng)的工作可靠性大為提高。由于門(mén)電路也具有現(xiàn)場(chǎng)可編程功能，

14、當(dāng)設(shè)計(jì)需要更改時(shí)，只需更改門(mén)電路中的控制和接口電路，無(wú)需更改外部電路的設(shè)計(jì)，大大提高了設(shè)計(jì)的效率</p><p>　　1.2研究目的和意義</p><p>　　隨著人們生活水平的提高，對(duì)家庭防盜技術(shù)的要求也是越來(lái)越高，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)的歡迎?，F(xiàn)在市場(chǎng)上主要是基于單片機(jī)技術(shù)的電子密碼鎖，但可靠性較

15、差。通常簡(jiǎn)單的數(shù)字電路就可實(shí)現(xiàn)密碼不限次數(shù)重寫(xiě)，也就是說(shuō)現(xiàn)在的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)一樣靈活、方便。相對(duì)于基于單片機(jī)技術(shù)的電子密碼鎖，用簡(jiǎn)單門(mén)電路來(lái)來(lái)構(gòu)成系統(tǒng)，可靠性提高，并且價(jià)格便宜。</p><p>　　通過(guò)本次設(shè)計(jì)掌握數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，熟悉電子密碼鎖設(shè)計(jì)相關(guān)硬件的使用，了解電子密碼鎖的系統(tǒng)構(gòu)成，利用數(shù)字門(mén)電路實(shí)現(xiàn)電子密碼鎖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，可以加深自己對(duì)所學(xué)專(zhuān)業(yè)的認(rèn)識(shí)，關(guān)聯(lián)知識(shí)，增強(qiáng)自己的動(dòng)手能力，積累實(shí)踐經(jīng)

16、驗(yàn)，為以后的工作打好基礎(chǔ)。</p><p><b>　　1.3技術(shù)要求</b></p><p><b>　　1.3.1基本要求</b></p><p>　　1.當(dāng)輸入代碼正確時(shí)綠燈亮表示開(kāi)鎖狀態(tài)；</p><p>　　2.當(dāng)輸入代碼錯(cuò)誤時(shí)紅燈亮表示報(bào)警狀態(tài)，報(bào)警聲音持續(xù)10秒。</p>

17、<p>　　1.3.2發(fā)揮部分要求</p><p><b>　　1.密碼修改方便；</b></p><p>　　2.開(kāi)鎖信號(hào)可以推動(dòng)機(jī)械執(zhí)行構(gòu)件（例如：利用繼電器使電磁鐵吸合拉動(dòng)物件）產(chǎn)生動(dòng)作； </p><p><b>　　1.4基本設(shè)計(jì)原理</b></p><p>　　密碼鎖電路包含

18、 :撥碼設(shè)密、撥碼輸入 、密碼檢測(cè) 、脈沖電路 、開(kāi)鎖示意電路 、報(bào)警電路以及倒計(jì)時(shí)顯示電路 。特別說(shuō)明的是 ,倒計(jì)時(shí)顯示電路在密碼鎖的應(yīng)用當(dāng)中看似不合理 ,但在該設(shè)計(jì)電路中 ,主要是方便實(shí)現(xiàn)對(duì)電路報(bào)警時(shí)間的控制 ,實(shí)際應(yīng)用中可以將顯示部分去掉或是采用適當(dāng)電路隱藏 。本電路用一個(gè) 4位撥碼式按鍵輸入開(kāi)關(guān) ,一個(gè)4位撥碼式按鍵密碼預(yù)設(shè)開(kāi)關(guān)。用戶(hù)必須按下按下事確認(rèn)按鈕后方可知用戶(hù)輸入的密碼是否與預(yù)置密碼一致。將輸入信號(hào)與預(yù)設(shè)密碼信號(hào)經(jīng)過(guò)一定

19、的門(mén)電路轉(zhuǎn)化為高低電平后信號(hào)輸出。一致時(shí)輸出低電平 ,做為開(kāi)鎖信號(hào)；不一致時(shí)輸出高電平，做為報(bào)警信號(hào)。利用芯片555多諧震蕩器產(chǎn)生1Hz的周期秒脈沖，做為倒計(jì)時(shí)和蜂鳴器報(bào)警信號(hào)。</p><p>　　總體電路是在單元電路的基礎(chǔ)上整合得到的，主要邏輯關(guān)系如下：</p><p>　　密碼識(shí)別電路信號(hào)與倒計(jì)時(shí)電路顯示00時(shí)的編碼信號(hào)經(jīng)過(guò)邏輯整合后做為控制555是否工作的信號(hào)。555的工作與否又反

20、作用于倒計(jì)時(shí)電路，做為倒計(jì)時(shí)電路的脈沖輸入源，同時(shí)555秒脈沖信號(hào)也是蜂鳴器的工作信號(hào)。</p><p><b>　　2 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)述</b></p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　打開(kāi)一把電子密碼鎖的關(guān)鍵在于正確的輸入密碼 ,本設(shè)計(jì)提供了一個(gè) 4位撥碼式按鍵輸入開(kāi)關(guān) ,一個(gè)4位撥碼式按鍵

21、密碼預(yù)設(shè)開(kāi)關(guān)。用戶(hù)必須按下按下事確認(rèn)按鈕后方可知用戶(hù)輸入的密碼是否與預(yù)置密碼一致,一致時(shí)密碼鎖可打開(kāi) ,本設(shè)計(jì)由綠色二極管亮代表密碼正確 ,鎖可以打開(kāi)。密碼不正確時(shí)，紅色二極管亮同時(shí)蜂鳴器響十秒，顯示十秒倒計(jì)時(shí)。</p><p><b>　　2.2設(shè)計(jì)原理框圖</b></p><p>　　設(shè)計(jì)原理方框圖如圖2-1所示 。</p><p>　　圖

22、 2-1　設(shè)計(jì)原理方框圖</p><p>　　2.3　設(shè)計(jì)原理分析</p><p>　　密碼鎖電路包含 :撥碼設(shè)密、撥碼輸入 、密碼檢測(cè) 、脈沖電路 、開(kāi)鎖示意電路 、報(bào)警電路以及倒計(jì)時(shí)顯示電路 。特別說(shuō)明的是 ,倒計(jì)時(shí)顯示電路在密碼鎖的應(yīng)用當(dāng)中看似不合理 ,但在該設(shè)計(jì)電路中 ,主要是方便實(shí)現(xiàn)對(duì)電路報(bào)警時(shí)間的控制 ,實(shí)際應(yīng)用中可以將顯示部分去掉或是采用適當(dāng)電路隱藏 。</p>

23、<p><b>　　2.4 模擬仿真</b></p><p>　　圖2-2 仿真電路圖</p><p>　　經(jīng)過(guò)軟件仿真，效果很好?；疽蠛桶l(fā)揮部分的功能全部實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　3 詳細(xì)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1密碼鎖單元電路設(shè)計(jì)</p>&

24、lt;p>　　3.1.1密碼識(shí)別電路</p><p>　　本電路用一個(gè) 4位撥碼式按鍵輸入開(kāi)關(guān) ,一個(gè)4位撥碼式按鍵密碼預(yù)設(shè)開(kāi)關(guān)。用戶(hù)必須按下按下事確認(rèn)按鈕后方可知用戶(hù)輸入的密碼是否與預(yù)置密碼一致。將輸入信號(hào)與預(yù)設(shè)密碼信號(hào)經(jīng)過(guò)一定的門(mén)電路轉(zhuǎn)化為高低電平后信號(hào)輸出。一致時(shí)輸出低電平 ,做為開(kāi)鎖信號(hào)；不一致時(shí)輸出高電平，做為報(bào)警信號(hào)。</p><p>　　圖3-1-1 密碼識(shí)別電路<

25、;/p><p>　　3.1.2秒脈沖產(chǎn)生電路</p><p>　　利用芯片555[3]多諧震蕩器產(chǎn)生1Hz的周期秒脈沖，做為倒計(jì)時(shí)和蜂鳴器報(bào)警信號(hào)。周期計(jì)算公式：</p><p>　　圖3-2 秒脈沖產(chǎn)生電路</p><p>　　3.1.3倒計(jì)時(shí)電路</p><p>　　74LS192為可預(yù)置的十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器。Q0

26、～Q3 輸出端 ,本電路只用到它的4引腳，實(shí)現(xiàn)減計(jì)數(shù)動(dòng)能。用譯碼器74LS48、數(shù)碼管顯示動(dòng)態(tài)顯示Q0～Q3 輸出的動(dòng)態(tài)信號(hào)。</p><p>　　圖3-1-3 倒計(jì)時(shí)電路</p><p>　　3.1.4驅(qū)動(dòng)蜂鳴器電路</p><p>　　用NPN型三極管9013對(duì)555脈沖信號(hào)放大，從而驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。</p><p>　　圖3-1-4 驅(qū)

27、動(dòng)蜂鳴器電路</p><p>　　3.1.5驅(qū)動(dòng)繼電器電路</p><p>　　用NPN型三極管9013對(duì)門(mén)電路信號(hào)放大，從而驅(qū)動(dòng)繼電器工作。</p><p>　　圖3-1-5驅(qū)動(dòng)繼電器電路</p><p>　　3.2密碼鎖總體電路設(shè)計(jì)</p><p>　　總體電路是在單元電路的基礎(chǔ)上整合得到的，主要邏輯關(guān)系如下：&l

28、t;/p><p>　　密碼識(shí)別電路信號(hào)與倒計(jì)時(shí)電路顯示00時(shí)的編碼信號(hào)經(jīng)過(guò)邏輯整合后做為控制555是否工作的信號(hào)。555的工作與否又反作用于倒計(jì)時(shí)電路，做為倒計(jì)時(shí)電路的脈沖輸入源，同時(shí)555秒脈沖信號(hào)也是蜂鳴器的工作信號(hào)。</p><p>　　圖3-2總體設(shè)計(jì)電路圖</p><p><b>　　4 設(shè)計(jì)結(jié)果及分析</b></p>&l

29、t;p>　　4.1總體性能指標(biāo)與完善措施分析</p><p><b>　　4.1.1性能指標(biāo)</b></p><p>　　實(shí)現(xiàn)了所有基本功能和一些自由發(fā)揮功能，密碼為4位二進(jìn)制數(shù)。</p><p><b>　　4.1.2不足之處</b></p><p><b>　　1．密碼位數(shù)較少&

30、lt;/b></p><p>　　2．倒計(jì)時(shí)部分實(shí)際應(yīng)用中并不需要</p><p><b>　　3．沒(méi)有設(shè)置滅零</b></p><p>　　4.1.3性能改進(jìn)方案</p><p>　　1．可以將撥碼開(kāi)關(guān)增加到8位</p><p>　　2．設(shè)置滅零信號(hào)，較少耗能</p><

31、;p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　電子密碼鎖的設(shè)計(jì)是基于數(shù)字電路、模擬電路課程的設(shè)計(jì)，提高自己對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行設(shè)計(jì)、制作的綜合能力；為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)和在今后工作崗位上獨(dú)立開(kāi)展科學(xué)研究打下良好基礎(chǔ)。</p><p>　　身為自動(dòng)化的學(xué)生，設(shè)計(jì)是將來(lái)我們必須的技能，是生存立業(yè)的根本，而此次的課程設(shè)計(jì)恰恰給我們提供了一個(gè)充分應(yīng)用自己所學(xué)知識(shí)的平臺(tái)，讓我

32、們學(xué)到的書(shū)本上的知識(shí)不在局限于大腦而和實(shí)踐相結(jié)合。</p><p>　　設(shè)計(jì)和制作完成后寫(xiě)出總結(jié)還是必要的。我想我在設(shè)計(jì)和制作過(guò)程中一定會(huì)遇到不少的麻煩，它正是我們進(jìn)行設(shè)計(jì)的一個(gè)主要原因。把它寫(xiě)下來(lái)，可以提高我們解決問(wèn)題的能力。做好本次試驗(yàn)的前提就是對(duì)于書(shū)本知識(shí)掌握熟練，這樣才能對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題做出一定的分析和解決。</p><p>　　此次課程設(shè)計(jì)離不開(kāi)*老師的耐心指導(dǎo)，辛勤指教，陳老師在百

33、忙之中抽出時(shí)間來(lái)對(duì)我們進(jìn)行指導(dǎo)，很感謝陳老師！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]．閻石 數(shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ)[M].高等教育出版社,2005</p><p>　　[2]．許琦.基于FPGA的電子密碼鎖的設(shè)計(jì)[J].科技信息,2006</p><p>　　[3]．李連華.基于FPGA的電