1、 電氣信息學院課 程 設 計 說 明 書題 目： 電子密碼鎖專 業： 信息工程（國防）年 級： 2009級學 生： 李富強學 號： 362009080609132指導教師： 龍駒完成日期： 2011 年 6 月 26 日 西華大學課程設計說明書電子密碼鎖摘 要：本設計是針對傳統機械鎖的各種缺點和現代重要安全性的保障而設計的數字電子密碼鎖。本設計的電子密碼鎖采用四位密碼解鎖。該電子密碼鎖通過555定時報警，通過報警即可判斷密碼正確與否。數字密碼輸入后采用編碼電路和鎖存器電路來實現保存密碼，以便進行密碼比較。密碼未在規定時間內輸入正確，則進行自鎖和復位。密碼輸入正確后開鎖信號由led指示。文中列舉

2、了兩種不同的方案，并進行了比較以及改進，對關鍵器件也進行了功能介紹和測試。關鍵詞：電子密碼鎖、鎖存器電路、編碼電路、555定時報警電路、密碼比較電路、自鎖電路、指示電路 abstract: the design for the traditional mechanical locks important shortcomings and modern security protection and design of digital electronic locks. the design of electronic locks use four-digit password to unloc

3、k. the electronic lock 555 timed by the alarm, the alarm can be determined by the password is correct or not. password to be used after digital coding circuit and latch circuit to achieve to save passwords for password comparison. password is not entered correctly within the specified time, the self

4、-locking and reset. after entering the correct password lock signal from the led. the article cited two different scenarios, and compared and the improvement of key functional components have also been introduced and tested.keywords: electronic locks, latch circuits, coding circuit, 555 timer alarm

5、circuit, password comparison circuit, self-locking circuit, indicating the circuit目錄1.前言12.總體方案設計22.1 方案比較22.2 方案論證32.3 方案選擇33.單元模塊設計43.1各單元模塊功能介紹及電路設計43.2 電路元件選擇和參數計算123.3特殊器件的介紹133.4各單元模塊的聯接144.軟件簡介165.系統調試175.1 仿真電路總圖175.2 系統仿真參數設置175.3 功能調試176.系統功能、指標參數246.1系統能實現的功能246.2系統指標參數測試246.3 系統功能及指標參數分析

6、247.結論258.總結和體會269.謝辭2710參考文獻28附錄：系統仿真總圖29第 28 頁1.前言進入21世紀，隨著人們生活水平的提高，怎樣實現各種防盜問題也變得尤其突出，傳統的機械鎖由于其結構的簡單，被盜的事件屢見不鮮。在日常的生活中，住宅與部門的安全防范、單位的保密文檔和簡易的保險箱，都采用加密的方式來實現。數字密碼鎖具有低成本、低功耗、安全性高、易操作等優點1.1目的：本設計的目的是要設計一個具有報警功能的電子密碼鎖，準確地比較密碼的正確來開鎖。防止非法開鎖。1.2意義:本設計的意義在于通過數字電子密碼鎖解決傳統機械鎖的不安全性等問題，有效地防止盜竊等事件的發生，并且對盜竊事件有提

7、醒報警的功能。1.3技術要求：本設計的要求是設計一個通過輸入正確密碼來開鎖，對于錯誤密碼有報警提示，密碼在規定時間內未完成有自鎖復位，且不能再繼續輸入密碼。從而防止非法開鎖。1.4要解決的問題：在許多電子密碼鎖的設計中都能夠正確地比較密碼然后開鎖，而沒有對錯誤密碼的報警指示，不能有效地預防非法開鎖盜竊。所以本設計要解決的問題是判斷密碼正確與否，而且對錯誤開鎖方式的制止。1.5方法和手段：本次課程設計采用了4532對密碼進行編碼，74ls194對輸入的密碼進行片選輸入，4508對密碼進行鎖存，555構成的單穩態定時和555構成的多諧振蕩器來設置報警聲的頻率，從而報警。1.6成果：本次設計適合大部

8、分城市居民區的單元層的防盜門，電路簡單，成本低廉，易于大范圍推廣使用。 在下面章節中將簡單介紹電子密碼鎖各部分模塊的工作原理和調試。2. 總體方案設計通過查閱大量相關技術資料，并結合自己的實際知識，我主要提出了兩種技術方案來實現系統功能。下面我將對這兩種方案的組成框圖和實現原理分進行說明。 2.1 方案比較2.1.1 方案一 自鎖報警電路5s定時電路20s定時電路輸入按鈕開關輸入鎖存電路鎖裝置開鎖控制電路密碼存儲電路 圖2.1 方案一的原理框圖方案一原理為：在密碼存儲電路時先焊接固定的密碼電路，使其不能更改，在輸入按鈕開關處輸入密碼，當第一個密碼按下時觸發5s定時，5s定時完自鎖住按鈕開關使其

9、不能再輸入密碼，密碼輸入到輸入鎖存電路中和已存儲的密碼進行密碼比較若密碼正確則開鎖，若密碼不正確觸發20s定時報警。2.1.2 方案二20s定時電路5s定時電路輸入按鈕開關報警電路 自鎖復位輸入鎖存電路鎖裝置開鎖控制電路密碼存儲電路設置按鈕開關確認 圖2.2 方案二的原理框圖方案二原理為：首先設置密碼，通過鎖存器將密碼鎖存。然后輸入密碼，當第一位密碼輸入時5s定時開始，5s定時結束后自鎖鍵盤，使其再不能輸入密碼。輸入的密碼通過密碼鎖存電路鎖存起來，將輸入密碼與設置的密碼進行比較，再按確認鍵，若密碼正確則開鎖，若密碼不正確則觸發20s定時報警。當密碼不正確時按復位鍵則可以再次輸入密碼。2.2 方

10、案論證經論證兩種方案均可行，且大體相同。方案一中電子密碼鎖的基本功能能夠實現功耗較低，但密碼不能修改，密碼為預先設置的初始密碼。另，當輸入四次密碼輸入完后，立刻自動開鎖，從安全性來說較低。方案二中設有復位，對于錯誤密碼有修正功能，對于調試過程中能夠及時停止報警，但是功耗相對于一要大。方案二中有原始密碼修改功能。此方案中確認鍵防止按鍵次數不對也開鎖。2.3 方案選擇基于功能的全面和安全性能的考慮選擇了方案二。密碼修改功能在日常中很重要。如懷疑密碼被盜，可以修改密碼保障安全。且，當密碼輸入錯誤時可以按復位來再次開鎖。3. 單元模塊設計該密碼鎖主要由密碼設置模塊、鍵盤模塊、密碼輸入鎖存模塊、密碼比較

11、模塊、定時模塊以及開鎖和自鎖模塊模塊構成。下面分模塊介紹。3.1各單元模塊功能介紹及電路設計3.1.1 密碼設置模塊設計1.該模塊主要實現密碼的設置以及所存的功能。2.該模塊的原理及其實現方式。本設計要求密碼為4位十進制代碼。為實現密碼的設置采用了74hc160十進制的計數器和按鈕按下給計數器一個脈沖，從而達到密碼設置的功能，考慮到密碼鎖空間有限，因此沒有用十個按鍵設置鍵盤。密碼設置后通過cd4511和7段數碼顯示器來實現譯碼顯示已設置的密碼。但在實際使用中這是不可見的。3.結構框圖按鈕觸發脈沖計數存儲譯碼顯示 圖3.1 密碼設置模塊框圖4.protues仿真電路圖及原理按鈕按下給一個脈沖，該

12、脈沖提供74hc160的時鐘信號，從而74hc160計數一次并通過74hc4511和7段數碼顯示器顯示出設置的數字。74hc160有很多功能，在此模塊中只選用了它的十進制加計數的功能。密碼設置原理電路如圖3.1所示。 圖3.2 密碼設置和顯示電路密碼設置總電路圖如圖3.2所示。 圖3.3 密碼設置總電路3.1.2 矩陣鍵盤模塊設計1.該模塊主要實現給相應功能端一個上升和下降脈沖沿2.該模塊實現方式和原理按鈕按下之前輸出端為低，按下之后為高電平，按鈕升起來為低電平。3.protues仿真原理圖按鈕之后，r之前為輸出端 圖3.4按鍵電路 圖3.5 按鍵區總電路由于設計要求，鍵盤模塊內設置了確認按鈕

13、以及復位按鈕。3.1.3密碼輸入鎖存模塊1.該模塊實現的功能是密碼輸入及鎖存。2.該模塊由兩部分構成，一部分為密碼輸入編碼，一部分為密碼輸入鎖存顯示3.結構框圖輸入密碼編碼鎖存顯示 圖3.6 密碼輸入模塊框圖4.protues仿真原理及電路圖密碼輸入編碼由兩片4532構成的16線-4線優先編碼器所構成。由于實際使用的只有10個輸入端，則高六位接地。如下圖所示。gs端仍為整個編碼器的編碼指示信號。如圖3.5所示。 圖3.7 16線-4線優先編碼器電路由于鍵盤為一組，而要輸入四位密碼，則需要片選，本設計中用到了74hc194構成的右移的移位寄存器，從而控制了四個鎖存器和譯碼顯示器的工作（如下圖）圖

14、中2分別控制4個4508的stb端和4511的le端。 圖3.8 74hc194構成的片選電路 圖3.9 整個密碼輸入鎖存電路3.1.4密碼比較模塊設計1.該模塊主要實現的功能是比較密碼正確與否2.該模塊主要四位數值比較器74ls85、一片2輸入與門和一片4輸入與門來實現。3.結構框圖結果與輸入次數相與密碼比較 圖3.10 密碼比較模塊框圖4.protues仿真電路，及其原理該模塊原理是a0，a1,a1，a3,為輸入密碼的四位二進制代碼的輸入端，b0,b1,b2,b3為存儲密碼的輸入端。通過74ls85比較，若比較出正確，則a=b端輸出高電平，通過4片比較器比較后對結果進行與，再

15、通過四輸入與門確定四位密碼正確與否，二輸入與門輸入端分別接密碼輸入次數（輸入四次后05為高電平）和比較結果 圖3.11 密碼比較電路3.1.5 定時報警模塊1.該模塊主要實現定時報警，具體有以下幾個功能：（1）5s內密碼輸入不正確則觸發20s報警指示（2）5s內密碼未輸入完成則觸發20s報警指示并且自鎖復位。（3）5s內密碼輸入正確則不報警。2.該模塊主要由555定時器構成的多諧振蕩器和單穩態觸發器來實現，其間為實現上面4個功能，用到了d觸發器，多個反相器和與門和與非門。報警多謝震蕩器20s定時5s定時3.結構框圖 圖3.12定時報警模塊框圖4.protues仿真電路及原理首先，解決5s內密碼

16、未輸入完成自鎖復位和報警，為解決該問題，畫出時序圖如下： 圖3.13 時序圖其中d觸發器d端接密碼密碼比較結果輸出端06取反后的結果。cp端接5s定時單穩態輸出3端取反,5s結束后cp得到有效脈沖。q端為輸出信號到20s定時4端。如下圖所示： 圖3.14 555定時報警電路（一）其次，解決5s內密碼輸入錯誤20s報警和輸入正確不報警。解決方案和上面一樣。僅將d觸發器的cp脈沖改接在確認按鈕后。具體555報警電路如圖3.15和圖3.16所示。 圖3.15 555定時報警電路（二） 圖3.16 555定時報警電路3.1.6開鎖自鎖模塊設計1.該模塊功能是密碼正確時安確認按鈕時開鎖，開鎖信號由led

17、燈指示。5s后自鎖電路。2.該模塊由d觸發器和邏輯開關來實現。3.結構框圖：led指示確認自鎖鍵盤5s定時 圖3.17自鎖開鎖模塊框圖4.protues仿真電路及原理。該模塊原理為確認按鈕給d觸發器一個有效脈沖，密碼正確后led燈亮，否則不亮。5s定時結束通過反相器給另一個d觸發器，使其斷開鍵盤電源達到自鎖。 圖3.18 開鎖和自鎖電路3.2 電路元件選擇和參數計算3.2.1 元件參數計算設計中有5s和20s定時，選擇了555定時器組成的單穩態觸發器來完成。其中5s定時電路中r為455k，c為10u。具體公式如下：tw=1.1rc20s定時電路的r為1818k,c為10u。公式同上。報警頻率設

18、置為1hz，則采用555定時器構成的多諧振蕩器來完成，其中多諧振蕩器公式為：f=1/0.7(r1+2r2)由上述公式計算得r1為100k，r2為21.4k，c為10u。3.2.2元件選擇元件選擇見表3.1所示 表3.1 元件表電阻r電容c型號個數型號個數1818k210u1036040.01u5455k121.4k23.3k410k103.3特殊器件的介紹本系統中主要使用了555定時器芯片。下面就該器件的功能特點、主要參數和使用方法作相應說明。3.3.1 555定時器的介紹555定時器是一種模擬和數字功能相結合的中規模集成器件 。一般用雙極性工藝制作的稱為 555,用 cmos工藝制作的稱為

19、7555,除單定時器外 ,還有對應的雙定時器 556 /7556。555 定時器的電源電壓范圍寬 ,可在 4. 5v 16v 工作 , 7555可在 3 18v 工作 ,輸出驅動電流約為 200ma ,因而其輸出可與 ttl、cmos或者模擬電路電平兼容 。 圖3.14 555定時器的引腳圖555定時器的功能主要由兩個比較器決定 。兩個比較器的輸出電壓控制 rs觸發器和放電管的狀態 。若觸發輸入端 tr 的電壓小于vcc /3,則比較器 a2 的輸出為 1, 可使 rs 觸發器置 1, 使輸出端out = 1。如果閾值輸入端 th的電壓大于 2vcc /3,同時 tr端的電壓大于 vcc /3

20、,則 a1的輸出為 1, a2的輸出為 0,可將 rs觸發器置0,使輸出為 0電平 。555定時器功能表和參數表如表3.2和表3.3所示。表3.2 555定時器功能表輸 入輸 出閾值輸入觸發輸入復位輸出放電管* 0 0導通1 1截止10導通1不變不變表3.3 555定時器的參數表參數符號值單位電源電壓vcc16v導致溫度（焊接10秒）tlead300c功耗pd600mw工作溫度范圍lm555/ne555 topr0 +70-40 +85c儲存溫度范圍tstg-65 +150c3.3.2 74hc161器件介紹時鐘cp和四個數據輸入端p0p3清零/mr使能cep，cet置數pe數據輸出端q0q3

21、以及進位輸出tc. (tc=q0q1q2q3cet)74hc161功能表如表3.4所示。表3.4 74hc161功能表輸 入 輸 出 cr cpld epetd3 d2 d1 d0 q3 q2 q1 q0 0 0 0 0 0 1 0 d c b a d c b a 1 1 0 q3 q2 q1 q0 1 1 0 q3 q2 q1 q0 1 1 1 1 狀態碼加1從74ls161功能表功能表中可以知道，當清零端cr=“0”，計數器輸出q3、q2、q1、q0立即為全“0”，這個時候為異步復位功能。當cr=“1”且ld=“0”時，在cp信號上升沿作用后，74ls161輸出端q3、q2、q1、q0的狀

22、態分別與并行數據輸入端d3，d2，d1，d0的狀態一樣，為同步置數功能。而只有當cr=ld=ep=et=“1”、cp脈沖上升沿作用后，計數器加1。74ls161還有一個進位輸出端co，其邏輯關系是co= q0q1q2q3cet。合理應用計數器的清零功能和置數功能，一片74ls161可以組成16進制以下的任意進制分頻器。3.4各單元模塊的聯接本設計中共有6個模塊，各個模塊之間的聯接關系如下：（1）鍵盤模塊和密碼鎖存模塊的聯接關系是將鍵盤編號對應的按鈕接在密碼編碼電路中4532對應的輸入端。（2）密碼鎖存模塊、密碼設置模塊及密碼比較模塊的聯接關系系是密碼鎖存器4508的輸出端和對應的密碼設置中的7

23、4hc160的輸出端接到相應的比較器74ls85的輸入端。（3）定時報警模塊、開鎖自鎖模塊及鍵盤模塊的聯接關系是定時模塊中d觸發器的clk端接相應的脈沖信號（在3.1.5中有闡述），通過定時模塊中5s定時電路鎖住鍵盤模塊電源，從而達到自鎖。鍵盤模塊中有復位按鈕，復位按鈕是接在所有d觸發器的r端，達到復位的功能。（4）開鎖自鎖模塊和密碼比較模塊的聯接關系是密碼比較模塊中輸出結果端06接在d觸發器的d輸入端，作為開鎖信號的判斷依據。具體聯接關系見附錄。4. 軟件簡介proteus軟件是來自英國labcenter electronics公司的eda工具軟件,proteus軟件除了其具有和其它eda工

24、具一樣的原理布圖,pcb自動或人工布線及電路仿真的功能外, 其革命性的功能是,他的電路仿真是互動的,針對微處理器的應用,還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程,并實現軟件源碼級的實時調試,如有顯示及輸出, 還能看到運行后輸入輸出的效果,配合系統配置的虛擬儀器如示波器,邏輯分析儀等,不需要別的,proteus為建立了完備的電子設計開發環境。具有4大功能模塊。u 智能原理圖設計（isis）豐富的器件庫超過27000種元器件，可方便地創建新元件；智能的器件搜索：通過模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能化的連線功能：自動連線功能使連接導線簡單快捷，大大縮短繪圖時間；支持總線結構：使用總線器件和總線布

25、線使電路設計簡明清晰；可輸出高質量圖紙。u prospice混合仿真：基于工業標準spice3f5，實現數字/模擬電路的混合仿真；超過27000個仿真器件：可以通過內部原型或使用廠家的spice文件自行設計仿真器件，labcenter也在不斷地發布新的仿真器件，還可導入第三方發布的仿真器件。 u 獨特的單片機協同仿真功能支持主流的cpu類型：如arm7、8051/52、avr、pic10/12、pic16、pic18、pic24、dspic33、hc11、等。u 實用的pcb設計平臺 先進的自動布局/布線功能；支持器件的自動/人工布局；支持無網格自動布線或人工布線；支持引腳交換/門交換功能使p

26、cb設計更為合理；完整的pcb設計功能；可以輸出多種格式文件。 5. 系統調試簡單說明對系統的一些模塊用仿真軟件進行了具體的調試。5.1 仿真電路總圖見附錄。5.2 系統仿真參數設置在系統調試之前，我們需要對系統進行參數設置，如表5.1所示。表5.1系統仿真參數序號編號參數序號編號參數序號編號參數1r110k22r243.3k45u27-3074hc1602r210k23r2536046u16:a74ls043r310k24r263.3k47u22:b40134r410k25r2736048u9:a74ls045r510k26r283.3k49u18-21or6r610k27c110u50u3

27、2:a74087r710k28c20.01u51u4-774hc45118r810k29c310u52u23-2674hc45119r910k30c40.01u53u34-3774ls8510r1010k31c510u54u39:a450811r1510k32c60.01u55u2;a450812r1710k33c1110u56u2:b450811r2910k34c120.01u57u3:a450812r121818k35c1310u58u33:a74ls2113r13100k36c140.01u59u10-14ne55514r1421.4k37c1510u60ls1sounder15r181

28、818k38c2110u61ls2sounder16r19100k39c2210u62d1led-biry17r2021.4k40c2310u63d2led-biry18r11455k41c2410u19r2136042u24:a401620r223.3k43u36:b401321r2336044u22:a40135.3功能調試5.3.1定時報警模塊的仿真調試調試目的調試5s定時和20s的時間準確度。調試內容用示波器觀察555定時器中5s和20s定時。 調試電路如圖5.1所示。圖5.1 定時模塊調試電路調試結果 如圖5.2和圖5.3所示。

29、圖5.2 5s定時電路示波器觀察圖5.3 20s定時電路示波器觀察5.3.2密碼設置模塊的仿真調試調試目的調試密碼設置模塊的密碼設置功能。調試內容設置密碼為2345。調試電路如圖5.4所示 圖5.4 密碼輸入模塊調試電路調試結果 如圖5.5所示。圖5.5 密碼設置電路仿真5.3.3密碼輸入鎖存模塊的仿真調試調試目的調試密碼輸入模塊的密碼輸入功能。調試內容密碼輸入為3333。調試電路 如圖5.6所示。 圖5.6 密碼輸入模塊調試電路調試結果如圖5.7所示圖5.7 密碼輸入鎖存電路仿真5

30、.3.4 密碼比較模塊調試 調試目的調試密碼比較模塊的比較功能 調試內容輸入正確密碼和錯誤密碼時的輸出結果 調試電路如圖5.8所示 圖5.8 密碼比較模塊調試電路調試結果密碼正確時如圖5.9所示。圖5.9 密碼正確時比較結果密碼錯誤時如圖5.10所示。 圖5.10密碼錯誤時比較結果5.3.5 開鎖模塊調試調試目的驗證開鎖模塊的指示功能。 調試內容輸入正確和錯誤密碼分別觀察指示燈的工作狀態。 調試電路如圖5.11所示圖5.11 開鎖模塊調試電路 調試結果正確密碼輸入時如圖5.12所示。

31、圖5.12密碼正確時調試結果密碼錯誤時如圖5.13所示。圖5.13密碼錯誤時調試結果6. 系統功能、指標參數本節主要從報警器的實現的功能、開鎖信號參數測試兩個方面進行介紹。6.1系統能實現的功能在家庭防盜中各種情況實現對應功能。主要有以下幾個功能：一、密碼可以通過內部人員修改，在實際生活中密碼不顯示，為測試方便則有密碼顯示。二、密碼在5s內錯誤輸入且按確認開鎖，按確認的同時報警器就報警。三、密碼在5s內未輸入完時，5s后就報警。四、5s內密碼正確按確認后開鎖，開鎖指示燈，僅在這種情況下亮。6.2系統指標參數測試對于本設計系統的參數測試，就是將我們的電路的各部分分開進行仿真。對此仿真可用到仿真軟

32、件proteus。在對每個部分仿真達到正確結果后，然后將各個模塊連接起來進行整體測試。經過仿真證明我設計的電子密碼鎖電路工作正常。6.3 系統功能及指標參數分析通過前面的參數計算和仿真的如系統各元件的參數表如表6.1所示。 表6.1 系統各元件的參數表序號編號參數序號編號參數序號編號參數1r110k22r243.3k45u27-3074hc1602r210k23r2536046u16:a74ls043r310k24r263.3k47u22:b40134r410k25r2736048u9:a74ls045r510k26r283.3k49u18-21or6r610k27c110u50u32:a74

33、087r710k28c20.01u51u4-774hc45118r810k29c310u52u23-2674hc45119r910k30c40.01u53u34-3774ls8510r1010k31c510u54u39:a450811r1510k32c60.01u55u2;a450812r1710k33c1110u56u2:b450811r2910k34c120.01u57u3:a450812r121818k35c1310u58u33:a74ls2113r13100k36c140.01u59u10-14ne55514r1421.4k37c1510u60ls1sounder15r181818k38c2110u61ls2sounder16r19100k39c2210u62d1led-biry17r2021.4k40c2310u63d2led-biry18r11455k41c2410u19r2136042u24:a401620r223.3k43u36:b401321r2336044u22:a40137. 結論用protues仿真軟件進行設計的數字密碼鎖，如同在實驗室連接線路，且不受元件的限制。能夠充分的發現問題，進行修改。對設計要求可以盡可能地實現并且擴展。本次設計中能夠實現密碼鎖的基本功能，并且設有復位鍵，能夠在普通的，安全性要求不是太高的設備中投入使用。