数字密码锁的设计与仿真.docx
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数字密码锁的设计与仿真.docx
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数字密码锁的设计与仿真
课程设计报告
题目:
数字密码锁的设计与仿真
学生姓名:
王永
学生学号:
1008220130
系别:
电气信息工程学院
专业:
自动化(对口)
届别:
2014
指导教师:
孙静
1课程设计的任务与要求1
1.1课程设计的任务1
1.2课程设计的要求1
1.3课程设计的研究基础1
2数字密码锁系统方案制定2
2.1方案提出2
2.2方案论证2
3电子密码锁系统方案设计2
3.1密码输入电路的设计2
3.2密码修改电路的设计4
3.3密码检验模块5
3.4开锁模块电路设计7
3.5报警模块7
4电子密码锁系统的仿真和调试8
4.1仿真软件介绍8
4.2系统仿真图10
5总结11
6参考文献12
电气信息工程学院制
2013年3月
数字密码锁电路的设计与仿真
学生:
王永
指导教师:
孙静
电气信息工程学院自动化专业
1课程设计的任务与要求
1.1课程设计的任务
1、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。
2、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。
3、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,初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。
4、学会简单电路的实验调试和性能指标的测试方法,提高学生动手能力和进行数字电子电路实验的基本
技能
1.2课程设计的要求
1).设计一个数字锁,每把锁都有其预先设定好的(四位二进制数)开锁密码,在一个开锁控制信号作用下用该密码可以打开锁;
2).开锁时,其预先设定好的(八位二进制数)代码与(八位二进制代码)开锁密码信号相符,且开锁控制信号有效时,锁打开;
3).若不符,电路将发出声,光报警信号;
4).不开锁时,锁关闭。
1.3课程设计的研究基础
逻辑电路模拟电路Protues软件
2数字密码锁系统方案制定
2.1方案提出
随着人们生活水平的提高,如何实现家庭防盗这一问题也变的尤其的突出,传统的机械锁由于其构造的简单,被撬的事件屡见不鲜,电子锁由于其保密性高,使用灵活性好,安全系数高,受到了广大用户的亲呢。
2.1.1方案一
用JK触发器和双联开关组成,要按顺序输入密码,但其密码修改电路机械化,且开关过多,连线较多,操作较繁琐。
2.1.2方案二
用74ls194芯片接成的移位寄存器为密码设定电路和修改电路,这方案可以便捷地设定密码和修改密码,但密码的输入只能通过2个开关控制开关且密码输入不分顺序。
2.1.3方案三
用单片机实现,但本届课程设计明确要求不能用51系列单片机,只能使用其他系列。
考虑到复杂程度、密码锁的精确性和器材配置,最终决定取第二个方案。
2.2方案论证
将以上几种方案进行比较,方案一是采用JK触发器控制,电路太过于机械化。
方案三可以通过单片机实现,考虑到本次课程设计明确要求不能用单片机,所以本课题决定选用方案二,它使用74ls194芯片接成的移位寄存器,通过两个开关组合进行密码的输入与修改,此电路具有方便,简单可靠。
3电子密码锁系统方案设计
3.1密码输入电路的设计
3.1.174LS194简介
74LS194是四位双向通用移位寄存器。
具有并行输入和并行输出,一共有四种操作方式:
同步并行寄存,右移,左移,不动。
正沿时钟触发。
无条件直接清除。
逻辑功能表:
图174ls194逻辑功能表
3.1.2主要功能及原理简介
预置密码是八位二进制密码(高低电平控制),按下键为1,未按键为0,平时(输入端)均处于0状态。
电路用一个开关按键SW1依此输入8位密码,用SW2控制次脉冲信号的产生,每来一个脉冲,就把SW1中代码(0和1)输入到移位寄存器74ls194由两片74ls194接成的8位移位寄存器会依此把密码记入电路,停止输入脉冲信号,改变开关设置不会影响密码的存入,表示密码输入完成。
具体电路如下图;
图2密码输入模块电路图
3.2密码修改电路的设计
3.2.174LS194简介
和密码输入模块所用同一芯片,在此不在赘述。
3.2.2主要功能及原理简介
和密码输入模块同理,每输入一次脉冲信号,控键依此输入8位密码。
图3密码修改电路
3.3密码检验模块
3.3.174LS85简介
74LS85是4位数值比较器,通过将A、B进行比较,以判断其大小的逻辑电路。
比较结果有A>B、A
逻辑功能表如下图;
图474LS85逻辑功能表
3.3.2主要功能及原理简介
模块电路由两块一样的74LS85四位数据比较器组成。
从U2的A0到A3和U3的A0到A3输入八位密码,从U2的B0到B3和U3的B0到B3接入原来设置的八位密码,对其进行比较,如果现时输入的密码与原来设定的密码一致,则在U3的第6管脚输出高电平,作为开锁信号,在开锁信号有效的情况下,实现开锁。
如果不一致,则在I3第6管脚输出低电平,作为报警信号。
图5密码检验电路
3.4开锁模块电路设计
3.4.174LS08简介
74LS08内部集成了4对两输入与非门,逻辑功能表如下;
图674LS08逻辑真值表
3.4.2主要功能及原理简介
密码正确时,从U5:
A的第2管脚中输入密码检验信号1,错误是为0;要开锁时,从U5A的第1管脚中输入开锁控制信号1,不开锁时,输入为0。
当开锁开关打上(打上为1)且密码正确时U5:
A的1、2管脚均为高电平,则U5:
A的第3管脚输出为1,此时,绿灯D1亮,电磁锁在开锁信号下,实现开锁功能。
平时不开锁,或密码不正确时,则U5:
A的第3管脚输出为0,此时绿灯D1灭,电磁锁在无开锁信号下,关闭锁。
图7开锁模块电路
3.5报警模块
3.5.174LS08简介
同上。
3.5.2主要功能及原理简介
从四位比较器中传来密码校验的信号,若传来是密码错误则从U4:
A的第1管脚中输入信号为0(若密码正确为1)。
经过U4:
A反相器的变化变为1,并输入到U5:
B与门的5管脚,加上从U5:
B管脚4中输入的开锁信号1,使U5:
B管脚6输出高电平,此时光报警信号红灯D2亮,同时蜂鸣器发出声音报警信号。
图8报警模块电路
4电子密码锁系统的仿真和调试
4.1仿真软件介绍
采用Protues软件,Protues软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件。
它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能,还能仿真单片机及外围器件。
它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。
虽然目前国内推广刚起步,但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。
Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件),从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真,一键切换到PCB设计,真正实现了从概念到产品的完整设计。
迄今为止是世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台,其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等,2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器,并持续增加其他系列处理器模型。
在编译方面,它也支持IAR、Keil和MATLAB等多种编译.
具体有以下几点功能:
1.器件库
超过27000种元器件,可方便地创建新元件;智能的器件搜索:
通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件;智能化的连线功能:
自动连线功能使连接导线简单快捷,大大缩短绘图时间;支持总线结构:
使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰;可输出高质量图纸:
通过个性化设置,可以生成印刷质量的BMP图纸,可以方便地供WORD、POWERPOINT等多种文档使用。
2.仿真功能
ProSPICE混合仿真:
基于工业标准SPICE3F5,实现数字/模拟电路的混合仿真;超过27000个仿真器件:
可以通过内部原型或使用厂家的SPICE文件自行设计仿真器件,Labcenter也在不断地发布新的仿真器件,还可导入第三方发布的仿真器件;多样的激励源:
包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频(使用wav文件)、指数信号、单频FM、数字时钟和码流,还支持文件形式的信号输入;丰富的虚拟仪器:
13种虚拟仪器,面板操作逼真,如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压/电流表、交流电压/电流表、数字图案发生器、频率计/计数器、逻辑探头、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器等;生动的仿真显示:
用色点显示引脚的数字电平,导线以不同颜色表示其对地电压大小,结合动态器件(如电机、显示器件、按钮)的使用可以使仿真更加直观、生动;高级图形仿真功能(ASF):
基于图标的分析可以精确分析电路的多项指标,包括工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅立叶频谱分析等,还可以进行一致性分析。
3.单片机协同
支持主流的CPU类型:
如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等,CPU类型随着版本升级还在继续增加,如即将支持CORTEX、DSP处理器;支持通用外设模型:
如字符LCD模块、图形LCD模块、LED点阵、LED七段显示模块、键盘/按键、直流/步进/伺服电机、RS232虚拟终端、电子温度计等等,其COMPIM(COM口物理接口模型)还可以使仿真电路通过PC机串口和外部电路实现双向异步串行通信;实时仿真:
支持UART/USART/EUSARTs仿真、中断仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真。
※编译及调试:
支持单片机汇编语言的编辑/编译/源码级仿真,内带8051、AVR、PIC的汇编编译器,也可以与第三方集成编译环境(如IAR、Keil和Hitech)结合,进行高级语言的源码级仿真和调试。
4.设计平台
原理图到PCB的快速通道:
原理图设计完成后,一键便可进入ARES的PCB设计环境,实现从概念到产品的完整设计; ※先进的自动布局/布线功能:
支持器件的自动/人工布局;支持无网格自动布线或人工布线;支持引脚交换/门交换功能使PCB设计更为合理;完整的PCB设计功能:
最多可设计16个铜箔层,2个丝印层,4个机械层(含板边),灵活的布线策略供用户设置,自动设计规则检查,3D可视化预览; ※多种输出格式的支持:
可以输出多种格式文件,包括Gerber文件的导入或导出,便利与其它PCB设计工具的互转(如protel)和PCB板的设计和加工。
4.2系统仿真图
图9整体仿真电路图
图10密码正确
图11密码错误
5总结
通过课程设计的制作,使我对以前所学的理论知识得以梳理和应用,在课程设计过程中也遇到过难题,在指导老师的帮助和指导下都被一一解决,通过此次课程设计我也学会了很多软件的应用,丰富了我的知识,扩展我的视野。
在这里再次感谢老师的悉心指导。
6参考文献
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高等教育出版社,2005.
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[3]毛瑞丽.数字电子技术基础及应用[M].机械工业出版社,2010.
[4]童诗白,华成英.模拟电子技术基础(第四版)清华大学教研组[M].高等教育出版社,2006.
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[8]余小平.电子系统设计[M].北京航空航天大学出版社,2010.
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[13]姜威.实用电子技术设计基础[M].北京理工大学出版社,2008.
[14]杨刚,龙海燕.电子系统设计与实践(第2版)[M].电子工业出版社,2009
[15]刘娟,梁卫文,程莉.单片机C语言与PROTUES仿真技能实训,中国电力出版社,2010年08月
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