1、 江 苏 师 范 大 学 科 文 学 院本 科 生 课 程 设 计课 程 名 称： 数字电子技术基础 题 目： 数字密码锁 专 业 班 级： 14 电信 2 班 学 生 姓 名： 王坤 学 生 学 号： 148326228 日 期： 2016 年 6 月 25 日 指 导 教 师： 魏明生 i一、课程设计目的、任务和内容要求：在现代信息化社会中，随着科技的发展，在金融、信息、军事中，如何保证在传送信息中的安全，避免信息的泄漏，密码是保障信息传输的重要工具。因此，密码是保证金融交易、信息传输必不可少的一道工具。本课程设计的任务就是设计一个数字密码锁。具体设计任务如下：1熟悉数字密码锁的工作原理；
2、2写出数字密码锁控制的设计方案；3用硬件加以实现；4写课程设计报告。设计要求：设计一个六位二进制的数字密码锁。要求：1 该密码可以修改。输入密码按确定键后，若密码正确则锁打开（此设计用发光二极管 S 表示锁，锁打开就是点亮发光二极管 S） ；2 打开的持续时间 Tx 为按下确定键到松开后 10 秒（按住确定键不放的话 S 一直亮着） ；3 若密码不正确则电路发出报警信号（用发光二级管 J 和蜂鸣器表示，报警就是点亮发光二级管 J，蜂鸣器响起） ，警报持续时间也为 Tx4.任意输入密码而不按确定键的话电路不会有反应。ii二、进度安排：第4 天： 查找资料，熟悉数字密码锁的设计原理，给出设计总体方
3、案；第 57 天： 各模块的详细设计；第 712 天： 硬件连线，调试；第 1314 天：写课程设计报告。三、主要参考文献：1阎石.数字电子技术基础（第五版）.高等教育出版社.20092叶桂娟.555 时基电路原理、设计与应用.电子工业出版社.2007指导教师签字： 年 月 日江苏师范大学科文学院课程设计报告- -目 录摘 要 IIAbstract . II1 绪论.11.1 背景 .11.2 目的 12 设计方案简述 .12.1 设计任务 .12.2 设计原件需求 .2 3 详细设计23.1 设计原理图 .2 3.2 密码验证模块 .33.3 计时模块 4 3.4 锁定输出 .5 3.5 逻
4、辑组合 .6 4 设计结果及分析.74.1 总电路图 .7 4.2 问题解决与分析7 4.3 测试数据 .95 总 结 .10参考文献 .11江苏师范大学科文学院课程设计报告- I -摘 要在日常的生活和工作中, 住宅与部门的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存多以加锁的办法来解决。若使用传统的机械式钥匙开锁，人们常需携带多把钥匙, 使用极不方便, 且钥匙丢失后安全性即大打折扣。在安全技术防范领域，具有防盗报警功能的电子密码锁逐渐代替了传统的机械式密码锁，电子密码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点,受到广大用户的欢迎。本次课程设计简述数字密码锁的设计、制作过程，用
5、 74LS138 为 3 线-8 线译码器、555 为计时模块、D 触发器 74LS175 为锁定输出、74LS00 为逻辑组合模块构成该数字密码锁的设计思想和实现过程。该课程设计可以预先设定密码和修改密码等方便操作处理，通过发光二级管颜色的转变辨别密码的正确和密码锁的开启。通过该课程设计，主要解决与我们平常生活关系密切的密码锁的问题，且制作该设计所需要元器件的成本较低，适合学生对数字电路的实践所用。关键词：数字密码锁；74LS138；555；74LS175；74LS00AbstractIn daily life and work, security, residential units an
6、d departments of the documents, financial statements, and some personal information in order to save more than locking solutions. If the use of traditional mechanical key to unlock, people often need to carry multiple keys, a very inconvenient to use, and after the loss of key security that is great
7、ly reduced. In the field of security and protection, anti-theft alarm function electronic combination lock gradually replace the traditional mechanical combination lock, electronic lock has the advantages of high safety, low cost, low power consumption, easy to operate, welcomed by the majority of u
8、sers. The curriculum design of digital code lock design, process, using 74LS138 for 3 -8 decoder, 555 for the timing module, D triggers 74LS175 lock output, 74LS00 logic combination module design idea of the digital password lock and implementation process. The curriculum design can be pre-set passw
9、ord and modify passwords and other convenient operation, opening by discerning the password change light emitting two tubes of color and correct password lock. Through the curriculum design, mainly to solve the daily life with our close locks, and making the design required components with low cost,
10、 suitable for students to use the practice of digital circuit.Key words: the digital combination lock; 74 ls138; 555; 74 ls175; 74 ls00江苏师范大学科文学院课程设计报告- 0 -1 绪论1.1 背景随着社会的发展和人们生活水平的提高，人们的安全意识加强，安全防盗已成为社会问题。自古以来锁就是守门户的铁将军，所以人们对其要求也较高，希望锁既要安全可靠，又要使用方便。目前使用广泛的弹子锁由于要携带钥匙，已经渐渐变得难以满足当前社会对于安全防盗的要求。而数字密码锁由于
11、安全性、低成本、易操作、可更改密码等优点受到越来越多人欢迎。1.2 目的巩固和加深对电子电路基本知识的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力。培养根据设计需要选学参考书籍，查阅相关手册、图表和文献资料的自学能力。通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件、电路组装、调试和检测等环节，初步掌握简单实用的分析方法和工程设计方法。学会简单电路的实验调试和性能指标的测试方法，提高动手能力和进行数字电子电路实验的基本技能。江苏师范大学科文学院课程设计报告- 1 -2 设计方案简述2.1 设计任务每把锁都有其预先设定好的（六位二进制数）密码，该密码可以修改。输入密码按确定键后，若密码正确则锁打开
12、（此设计用发光二极管 S 表示锁，锁打开就是点亮发光二极管 S） ，打开的持续时间 Tx为按下确定键到松开后 10 秒（按住确定键不放的话 S 一直亮着） 。若密码不正确则电路发出报警信号（用发光二级管 J 和蜂鸣器表示，报警就是点亮发光二级管 J，蜂鸣器响起） ，警报持续时间也为 Tx。任意输入密码而不按确定键的话电路不会有反应。2.2 设计原件需求表 2-1 原件需求一览表名称 型号 数量四/2 输入端与非门 74HC00 1 块译码器 74LS138 1 块555 NE555P 1 块同步 D 触发器 74HC175 1 块发光二极管 红和绿各一个 2 个杜邦线 1 根插针 1 排芯片插
13、槽 DIP14 1 个芯片插槽 DIP16 2 个芯片插槽 DIP8 1 个万用板 9cm*15cm 1 块电阻 1M 1 个电阻 470 2 个电容 10uf 1 个电容 103(0.01uf) 1 个蜂鸣器 2 个按钮 1 个拨动开关 单刀双掷 6 个二极管 1N4148 1 个江苏师范大学科文学院课程设计报告- 2 -3 详细设计3.1 设计原理图密码验证模 块计 时模 块开锁信号报警信号密码输 入确定输入逻辑组合模块修改密码锁住输入3.2 密码验证模块此模块主要是用输入键盘和 74LS138 实现，74LS138 为 3 线-8 线译码器,它的功能表如表 3-2.表 3-2 74LS1
14、38 功能表输入 输出S1， ，S2+S3A2 A1 A0， ， ， ， ， ， ， ，Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y70 X X X X 1 1 1 1 1 1 1 1X 1 X X X 1 1 1 1 1 1 1 11 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 11 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 11 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 11 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 11 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 11 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 11 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 11 0 1 1
15、1 1 1 1 1 1 1 1 0由表 3-1 可知每个输出端为 0 时都有唯一的输入码，所以可以把 S1 S2 S3 A2 A1 A0作为密码输入端，与输入键盘相连,共有 26=64 种输入情况。Y 0Y7只需要选择其中一端作为密码验证信号输出，有 8 个选择，也就是修改密码时，只有 8 个不同的固定图 3-1 设计原理图江苏师范大学科文学院课程设计报告- 3 -密码可以选。电路连接图如图 3-3. 表 3-4 密码和密码选择端对应表密码设定端的连接 密码Y0 100000Y1 100001Y2 100010Y3 100011Y4 100100Y5 100101Y6 100110Y7 100
16、1113.3 计时模块此模块选用 555 电路单稳态的一种变形。如图 3-5.图 3-3 密码验证模块电路图江苏师范大学科文学院课程设计报告- 4 -按下确定开关将在时基电路输出端 OUT（第 3 引脚）产生高电平，经延时 Tx后，输出端 OUT 将保持低电平不变。(T x1.1R 1C1)当按钮按下时 C1储存的电荷通过 SW7泄放，2 脚 TR 受低电平触发，555 置位，3 脚输出高电平。松开按钮后，定时即开始，此时电源通过电阻 R1向 C1充电，使 C1两端电圧不断升高，当升至 2/3Vcc时，时基电路复位，定时结束，3 脚输出低电平。3.4 锁定输出此模块用的是 D 触发器 74LS
17、175.其电路连接如图 3-6.B图 3-5 555 电路单稳态图至 74LS175江苏师范大学科文学院课程设计报告- 5 -该模块是把密码验证模块送来的验证结果存住。在按下确定键时，555 电路 3 脚产生的上升沿使触发器做出反应。如表 3-7.表 3-7 边缘触发器特性表输入 输出CLK D Q0 01 1X 保持3.5 逻辑组合模块此模块的两个输入端是接锁定模块的输出端 A 和计时模块的输出端 B。两个输出端分别接开锁指示灯 S 和报警指示灯 J。它们的真值表如表 3-8。表 3-8 计时模块真值表A B S J0 0 1 10 1 0 1图 3-6 D 触发器 74LS175 图来自
18、74HC138来自 555AA江苏师范大学科文学院课程设计报告- 6 -1 0 1 11 1 1 0所以 S= J=A BBA由此可以选用 74LS00 实现该模块的逻辑功能 A 的非直接用 74LS175 的 3 引脚输出。其连接图如图 3-9.图 3-9 74LS00 逻辑组合模块电路图ABA江苏师范大学科文学院课程设计报告- 7 -4 设计结果及分析4.1 总电路图图 4-1 总电路图4.2 问题及解决设计该电路的最初方案是用 51 单片机实现，其优点是硬件电路简单，功能拓展方便。但该课程设计的要求是电路主要选用中规模 TTL 集成电路 74 系列（不能用专用集江苏师范大学科文学院课程设
19、计报告- 8 -成电路） 。所以放弃最初方案。密码验证模块的最初设计方案是用逻辑门电路实现，但其缺点是电路连接复杂。还有一种普遍的方案是用数据比较器 74LS85，其优点是可以设置 16 种密码但只用一片的话只有 4 位密码输入。使用译码器 74LS138 可使电路连接简单得多，也可以有 6 位密码输入。开始时设计存在一个缺点，就是在按确定键后到计时结束这段时间内键盘密码的输入是有效。即在第一次按错密码而警报响起时马上输入正确密码，则警报停，开锁信号灯亮。其波形图如图 4-2.（S, J 为低电平时才能点亮 LED 灯）ASJttttTx图 4-2 电路的时序图经过思索应该引进锁存器，翻阅资料
20、好，发现 D 触发器 74LS175 可以解决该问题，于是增加了 74LS175。但还有个缺点，就是给电路上电时，前 22 秒是会给 555 电路的C1充电，3 引脚在这段时间是高电平，而 74LS175 输出的是低电平，有表 4-2 可知 S 亮，既锁会打开。为解决这个缺点，可以增加个二极管。江苏师范大学科文学院课程设计报告- 9 -4.3 测试数据表 4-3 数据测试表密码输入 信号灯1 2 3 4 5 6 S J0 0 0 0 0 0 暗 亮0 0 0 0 0 1 暗 亮0 0 0 0 1 0 暗 亮0 0 0 0 1 1 暗 亮0 0 0 1 0 0 暗 亮0 0 0 1 0 1 暗
21、亮0 0 0 1 1 0 暗 亮0 0 0 1 1 1 暗 亮0 0 1 0 0 0 暗 亮0 0 1 0 0 1 暗 亮0 0 1 0 1 0 暗 亮0 0 1 0 1 1 暗 亮0 0 1 1 0 0 暗 亮0 0 1 1 0 1 暗 亮0 0 1 1 1 0 暗 亮0 0 1 1 1 1 暗 亮0 1 0 0 0 0 暗 亮0 1 0 0 0 1 暗 亮0 1 0 0 1 0 暗 亮0 1 0 0 1 1 暗 亮0 1 0 1 0 0 暗 亮0 1 0 1 0 1 暗 亮0 1 0 1 1 0 暗 亮0 1 0 1 1 1 暗 亮0 1 1 0 0 0 暗 亮0 1 1 0 0 1 暗
22、亮0 1 1 0 1 0 暗 亮0 1 1 0 1 1 暗 亮0 1 1 1 0 0 暗 亮0 1 1 1 0 1 暗 亮0 1 1 1 1 0 暗 亮0 1 1 1 1 1 暗 亮1 0 0 0 0 0 暗 亮1 0 0 0 0 1 亮 暗1 0 0 0 1 0 暗 亮1 0 0 0 1 1 暗 亮江苏师范大学科文学院课程设计报告- 10 -1 0 0 1 0 0 暗 亮1 0 0 1 0 1 暗 亮1 0 0 1 1 0 暗 亮1 0 0 1 1 1 暗 亮1 0 1 0 0 0 暗 亮1 0 1 0 0 1 暗 亮1 0 1 0 1 0 暗 亮1 0 1 0 1 1 暗 亮1 0 1 1
23、 0 0 暗 亮1 0 1 1 0 1 暗 亮1 0 1 1 1 0 暗 亮1 0 1 1 1 1 暗 亮1 1 0 0 0 0 暗 亮1 1 0 0 0 1 暗 亮1 1 0 0 1 0 暗 亮1 1 0 0 1 1 暗 亮1 1 0 1 0 0 暗 亮1 1 0 1 0 1 暗 亮1 1 0 1 1 0 暗 亮1 1 0 1 1 1 暗 亮1 1 1 0 0 0 暗 亮1 1 1 0 0 1 暗 暗1 1 1 0 1 0 暗 亮1 1 1 0 1 1 暗 亮1 1 1 1 0 0 暗 亮1 1 1 1 0 1 暗 亮1 1 1 1 1 0 暗 亮1 1 1 1 1 1 暗 亮江苏师范大学科
24、文学院课程设计报告- 11 -5 总结以上即为所设计的数字密码锁，经过多次修改和整理，是一个比较不错的设计，可以满足人们的基本需求，但因为水平有限，此电路中还是存在一定问题。它能够通过密码输入键，实现密码正确的开启。在密码错误的时候能够报警一定时限。电路密码只有 8 种可供修改，有 64 种输入方法，所以非本人开锁的几率很小。但是但是此电路没有显示模块或者密码保存模块，所以密码遗忘会很麻烦，可以查看电路中 74HC138中的引角 7-15，并查看表 3-4 密码和密码选择端对应表查看密码。同时还可以将 64种密码一一验证，寻回密码的过程挺麻烦的。通过这次的课程设计，收获颇多：首先，通过学习使自
25、己对课本上的知识可以应用于实际，使理论与实际相结合，加深自己对课本知识更好的理解，同时也锻炼了我个人的动手能力：我能够充分利用图书馆去查阅资料，增加了许多课本以外的知识。其次，我也学到了团队合作的重要性，在整个设计中，正是因为我们各个队员的分工合作，携手合力，最终才能在规定时间内顺利的完成了任务。虽然完成的结果还是有些不如意，但是我们在实践中受益匪浅。在课程设计中，我也感受到了数电老师那种诲人不倦的精神，通过老师的辅导，我们少走了很多弯路，顺利完成了任务，谢谢老师。参考文献1阎石.数字电子技术基础（第五版）.高等教育出版社.20092叶桂娟.555 时基电路原理、设计与应用.电子工业出版社.2
26、007江苏师范大学科文学院课程设计报告- 12 -答辩记录表学生姓名： 学号： 班级： 答辩地点： 答辩内容记录：江苏师范大学科文学院课程设计报告- 13 -成绩评定表学生姓名： 学号： 班级： 类别 合计分值 各项分值 评分标准 实际得分 合计得分 备注10按时参加课程设计，无旷课、迟到、早退、违反实验室纪律等情况。10设计方案规范合理，设计目标明确，符合专业培养要求，时间安排得当，技术路线可靠。平时完成情况3010按设计任务书的要求完成了全部任务，能完整演示其设计内容，符合要求。10报告文字通顺，内容翔实，论述充分、完整，立论正确，结构严谨合理，报告整体格式规范。10设计方案合理、可行，论
27、证严谨，逻辑性强；符号统一；图表完备、符合规范要求。报告完成情况3010能对整个设计过程进行全面的总结，得出有价值的结论或结果；参考文献数量在 3 篇以上，格式符合要求，在正文中正确引用。20在规定时间内能就所设计的内容进行阐述，言简意明，重点突出，论点正确，条理清晰。答辩情况 4020在规定时间内能准确、完整、流利地回答教师所提出的问题。答辩组长：江苏师范大学科文学院课程设计报告- 14 -总评成绩： 分指导教师： （签字）日 期： 年 月 日课程设计总结江苏师范大学科文学院课程设计报告- 15 -成绩分析表班级分数分布 90 分以上 89-80 79-70 69-60 60 分以下学生数百分比最高分 最低分 平均分（以下为总结内容）
