南邮电子密码锁设计实验报告.doc

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1、电子密码锁设计实验报告摘要： 密码锁又称电子锁，它的主要功能是：1）用数字方式输入开锁密码，输入密码正确时开锁；2）如果密码有误或者输入时间过长，则发出报警信号。目录：第一章 、系统结构与技术指标1.1系统功能结构 31.2性能和电气指标 31.3设计条件 4第二章 、整体方案设计2.1密码设定 42.2密码判断 52.3密码录入和判断结果显示 52.4系统工作原理框面 5第三章 、单元电路设计3.1按键录入和编码电路 63.2地址记录和存储电路 83.3密码锁存和比较电路 83.4判决与结果显示电路 103.5时钟 103.6整机电路图 123.7元件清单 13第四章 、电路测试4.1单元电

2、路测试 174.2整体指标测试 184.3测试结果 18第五章 、总结5.1设计任务完成情况 195.2问题及改进 19 5.3心得体会 20第一章、系统结构与技术指标1.1系统功能结构密码锁：用数字键方式输入开锁密码，输入密码时开锁；如果输入密码有误或者输入时间过长，则发出警报。密码锁的系统结构框图如下图 1-1 所示，其中数字键盘用于输入密码，密码锁用于判断密码的正误，也可用于修改密码。开锁绿亮表示输入密码正确并开锁，报警红亮表示密码有误或者输入时间超时。开锁绿密 码 锁输入密码数字键盘报警红图1-1 密码锁系统结构框图1.2性能和电气指标1.2.1 开锁密码为8位十进制数字，由按键输入，

3、按“确认”键后，输入的数字有效。1.2.2 输入的8位数字与预设的密码相同时开锁，用绿灯亮，红灯灭表示。数据有误时或输入的密码时间过长即报警，红灯亮。1.2.3 密码可以通过键盘设定或修改。1.2.4 输入的数字间隔时间小于或等于15s。超过时限则报警，同时电子锁复位。1.2.5 具有手动、自动复位功能。1.2.6在不采用RAM和EPROM的情况下完成设计（可增加标准数字器件）。1.2.7不采用EPROM时，设定修改密码的方法不限。1.3设计条件1.3.1 电源条件：稳压电源提供+5V电压。 1.3.2 可供选择的元器件如表1-1所示型号名称及功能数量74374八D触发器1片7474双D触发器

4、2片28C64BEEPROM 存贮器1片74854位比较器1片741614位二进制计数器2片741648位移位寄存器1片GAL16V8可编程逻辑器件2片F555定时器1片74123可重触发器1片表1-1 器件单门电路、电阻、电容以及发光二极管自定。第二章 、整体方案设计2.1密码设定 用编程器在ROM中起始的8个单元写入原始密码：01,0A,0A,0A,01,08,03,042.2密码判断经过7485，只能比较密码的1位，使用移存器就能将比较结果先储存，经过8个脉冲周期后同时输出。为节约GAL16V8的I/O口，可使用一片7485，先将5位比较结果处理，剩下的三位接到GAL，再比较。在密码全部

5、输入后，要按下“确认”键，则GAL判断密码是否正确。数据经7485等后，数据到达74164时，数据有一定的延时。假如74164的时钟=CP，当第一的CP到来时，第一位的比较结果还没从7485出来，即第一位锁进的不是第一位的比较结果。所以，锁存的时钟应比CP慢，可以定义CP2=！CP，此时，CP2比CP的上升沿晚的时间就是手按键的时间。从而保证锁存8次后输出的就是8位的比较结果。2.3密码录入和判断结果显示 1）用数字方式输入开锁密码，输入密码正确时开锁；2）如果密码有误或者输入时间过长，则发出报警信号。2.4系统工作原理框面图2.4 密码锁的工作原理框图 由以上框图可知，当按下数字键0、1、2

6、、3、4、5、6、7、8、9后，编码器逐一进行十二进制编码，此时产生按键信号。按键信号经计数器，产生存储器的地址信号。解锁时，存储器中相应的数据输出与输入的密码经比较器比较后，将结果存入移存器。8位的比较结果送到GAL，判决是否正确，并开锁或报警。设定密码时，每输入一位，计数器加一，则可依次修改。第三章 、单元电路设计3.1按键录入和编码序号按键OUT1OUT2OUT3OUT40KEY110101KEY200012 KEY300103KEY400114KEY501005KEY601016KEY701107KEY801118KEY910009KEY111001RKEY121111 电路由于键盘有

7、09，而ROM中数据以十进制存储，则要将案件进行10进制到2进制的转换。使用可编程逻辑器件GALl16V8,电路非常简单，连线少，比较实用。 将按键编号和输出四位二进制码相对应，列出真值表（表3-1）。表 3-1 按键编码真值表根据真值表，用CUPL语言写出逻辑关系：OUT1=KEY1+KEY9+KEY11+KEY12OUT2=KEY5+KEY6+KEY7+KEY8+KEY12OUT3=KEY1+KEY3+KEY4+KEY7+KEY8+KEY12OUT4=KEY2+KEY4+KEY6+KEY8+KEY11+KEY12电路设计：每个键按下，产生一个高电平脉冲，并把按下的数字键译码输出：为保护电路

8、，接入排阻(图中略)。3.2地址记录和存储电路密码存储在EEPROM中，28C64共有8K*8的存储容量。而本次密码锁需要的存储空间仅需8位*4b。其实是一个巨大的浪费。28C64有13根地址线（A0A12）和8根数据线（D0D7），为操作方便，将A3A12、D4D7全部置零。则数据存储在前8个单元。地址线与74161的输出相连。数据线从GAL的译码输出读出数据。图3-2 28C64连接图3.3密码锁存和比较电路由于CP信号对于按键稍有延迟，如将按键的译码与从ROM中取出的数据进行比较，则会出错，所以在比较器之前加一级锁存器，在时钟CP的控制下，此时才能实现输入密码与原有密码的对应位同时到达比

9、较器。电路如下：图3-3 密码比较重要时序分析：密码锁从清零开始工作：当按下第一位密码时，按键的译码立即输出，CP滞后输出，在CP的上升沿，74374锁存器开始工作，锁入数据，此时送到锁存器口数据是键盘输入的译码和ROM地址0000（B）的数据，并不是地址0001的数据。所以在ROM中存入数据从地址0开始。 时序如下图所示：图3-4-2 锁存时序图3.4判决与结果显示电路经过7485，只能比较密码的1位，使用移存器就能将比较结果先储存，经过8个脉冲周期后同时输出。为节约GAL16V8的I/O口，可使用一片7485，先将5位比较结果处理，剩下的三位接到GAL，再比较。在密码全部输入后，要按下“确

10、认”键，则GAL判断密码是否正确。数据经7485等后，数据到达74164时，数据有一定的延时。假如74164的时钟=CP，当第一的CP到来时，第一位的比较结果还没从7485出来，即第一位锁进的不是第一位的比较结果。所以，锁存的时钟应比CP慢，可以定义CP2=！CP，此时，CP2比CP的上升沿晚的时间就是手按键的时间。从而保证锁存8次后输出的就是8位的比较结果。图3-4 8位密码比较结果处理输入的8位数字与预设的密码相同时开锁，用绿灯亮，红灯灭表示。数据有误时或输入的密码时间过长即报警，红灯亮。3.5时钟机械键盘在使用过程中会产生机械抖动，即会产生多个脉冲信号（有稍高频的毛刺），使输出的时钟不稳

11、定，影响后级工作。可让CP触发输出，消除高频毛刺。由于密码通过机械开关输入，频率很低（因本次实验提供的开关不大方便操作，一般按键频率不大于1hz），则触发低频略高即可，取510hz即可。用F555做定时器，设计电路如下： 图3-5 555定时电路555定时器的频率表达式为：f=1.43/（(RA+2RB)*C）。取RB=3K，RA=2K，C=220u,测试得f=7.1hz,能达到要求。将clock接至G16V8的1脚，此时在每次键按下时都会产生一个脉冲，且消除了毛刺。（注：GAL的一个函数表达式中或项不能超过7个，所以可写成CP.D=D0#A0#A2#A4#A6#A8,这样既满足条件，又节省了

12、GAL的管脚资源。）消抖效果图如图3-2-1所示：CPIN为含毛刺的输入信号（因抖动，产生一些不正常的高频信号）GAL的时钟为CLOCK，为110hzCPIN.D为消抖输出从图中看出，在D触发输出后，毛刺被有效去除了。图3-5-1消抖效果图3.6整机电路图3.7元件清单本设计除了老师建议的一些芯片，我还使用了少量其他数字芯片，完成了要求外的一些指标，使用的芯片如下：型号名称及功能数量74374八D触发器128C64EEPROM 存贮器174854位比较器2741614位二进制计数器2741648位移位寄存器1GAL16V8可编程逻辑器件2F555定时器174123可重触发器1表3-7所用元件清

13、单电容、电阻、发光二极管、导线若干，面包板一块。程序清单设计中使用2片GAL16V8，第一片主要用于译码，第二片主要用于控制。1 第一片GAL功能：键盘解码，产生时序电路需要的CP及CP2Name PLDDesign ;Partno ;Revision 1 ;Date 2012-11-29 ;Designer ;Company Protel International ;Assembly ;Location ;Device ;Format ;/*/* This PLD design (Revision 1) created on 2012-11-29 */* for Protel Intern

14、ational */* and is stored as PLDDesign */*/ PIN1,11=CLK,OE;/* Inputs */Pin 2,3,4,5,6,7,8,9,12,13 = A0,A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7,A8,A9 ;/* Outputs */PIN19,18,17,16=D3,D2,D1,D0;PIN14,15=CP2,CP;/* D3 D2 D1 D0 OUTPUT KEYCODE,CP OUTPUT CLOCK,F NO USE */D3=A0#A8#A9;D2=A4#A5#A6#A7;D1=A0#A2#A3#A6#A7;D0=A1#A3#A5#

15、A7#A9;CP.D=D0#A0#A2#A4#A6#A8;CP2=!CP;/*END*/2 第二片GAL功能：处理密码比较结果、延时判断处理、控制28C64的读写操作、开锁和报警输出、电路复位Name PLDDesign ;Partno ;Revision 1 ;Date 2012-11-29 ;Designer ;Company Protel International ;Assembly ;Location ;Device ;Format ;/*/* This PLD design (Revision 1) created on 2012-11-29 */* for Protel Inte

16、rnational */* and is stored as PLDDesign */*/* Inputs */Pin 1 = Input_1 ;Pin 2 = Input_2 ;Pin 3 = Input_3 ;Pin 4 = Input_4 ;Pin 5 = Input_5 ;Pin 6 = Input_6 ;Pin 7 = Input_7 ;Pin 8 = Input_8 ;Pin 9 = Input_9 ;Pin 10 = Input_10 ;Pin 11 = Input_11 ;/* Outputs */Pin 12 = Output_12;Pin 13 = Output_13;Pi

17、n 14 = Output_14;Pin 15 = Output_15;/* Declarations and Intermediate Variables */* Logic Equations */第四章、电路测试4.1单元电路测试1. 10进制数字输入测试：先复位，将数字键推上，用示波器检测第一片GAL的1916脚，按住数字键“0”，检测到OUT1OUT2OUT3OUT4=0101,则译码正确，以此类推，输入09，GAL输出全部测试正确。2. CP脉冲测试：将CP接到示波器一个通道观察，在有键按下时，观察到脉冲。且看到七段数码管得数字加1，则计数与显示部分没有问题。3. 密码比较用编程器

18、在ROM中起始的8个单元写入原始密码： 01, 0A, 0A, 0A, 01, 08，03，04测试：1. 复位后，依次输入正确密码（10001834），用示波器观察第一片7485的第6脚，若全为高，则正确，8位密码输入完毕后，测试74164的移存输出脚，若全为1，则正确。2. 输入错误密码10001833，7485在输入错误密码后，输出为0，且8位输入完毕后，74164的输出管脚中，第三脚为0，其余为1。则电路没有问题。4. 延时判断测试：1. 用示波器观察74123的输出管脚第13脚，复位时，输出为0，当有键按下，输出跳变为1，并保持。15秒内无键按下，则输出跳变为0，在15秒内有键按下，

19、则输出一直保持高电平,且延时电路没有问题。4.2整体指标测试1. 按下“复位”键，看到数码管立即显示为0，用示波器测试74161、74164、74123的输出端全为低电平。说明手动复位功能正常。2. 输入正确密码10001834后，按下“ENT”，看到绿灯亮。输入错误密码10001833后，按下“ENT”，看到红灯亮。说明密码判断正确，且自动复位功能正常。3. 复位后，按下第一位密码0，不再按任何键，15秒后，红灯亮。说明延时判断正确，并能报警，且能自动复位（程序CLR.D=!(RS#ENT#FAL)）。4.3测试结果输入正确密码10001834后，按下“ENT”，看到绿灯亮。输入错误密码10

20、001833货其他非正确密码后，按下“ENT”，看到红灯亮。第五章 、总结5.1设计任务完成情况几大指标：10进制开关输入 密码正确输入时开锁，绿灯亮；错误时红灯亮。 输入数字间隔小于15S时红灯亮 全部完成，且界面友好。5.2问题及改进问题1：测试时74123输出不稳定，时有跳变原因：电源杂波较大，对电路的正常工作有较大干扰改进：在74123的电源和地之间并接一个较大的电解电容（220u）。注：用示波器观察电源电压，能明显看到很严重的杂波，则会引起数字电路工作异常，就会出现意想不到的错误，因此，为提高电路的稳定性和可靠性，在电路的电容和地之间应多加电容进行滤波。问题2：机械式开关开关时会有抖

21、动改进：在开关处加入简易消抖动电路，电路如下 5.3心得体会 电工电子知识的学习离不开实验，实验能启发我们的思维，展现我们的个性，调动我们积极性，培养我们的动手能力和创造能力。 在得知我们有实验前，我就有些好奇，我们在实验课上会做些什么呢，会用到哪些实验器材呀，又将会有什么收获呢等一串串疑问不停地在我脑海里回荡。第一次接触电工电子实验，我对其有了一些了解，也在做了第一个试验后，我发现它似乎与我有了不解之缘，让我对其产生浓厚的兴趣。 “兴趣是最好的老师”，也是兴趣让我学会了好多好多的知识。 电路与电工实验属于基础性试验，主要是对其基本理论的验证，让我们学生通过基础性试验掌握基本的实验方法与实验技

22、能，并具备观察现象的能力，未进行设计性、综合性实验打下基础。身为工科类学子，我们每个人都知道，无论做什么实验，参加试验者应该对实验内容进行预习，要明确实验目的要求，以避免盲目性。对于这几个实验，我们应严以律己，对自己要求要高，需提前掌握有关电路的基本原理，拟出试验方法和步骤，设计实验表格，对思考题做出解答，初步估算实验结果（包括参数和波形），做出预习报告。 预习报告，这个东西，是实验不可缺少的，他包括以下几个步骤：（1）实验目的 （2）实验设备 （3）实验原理 （4）实验内容 （5）注意事项 （6）实验报告。俗话说，“未来之事先有预兆”，想做好实验也得要预习呀！ 一个小的实验就这么大的挑战，可知我们要想有能力解决大问题还得继续学习和不断努力！