|
、概述 本次課程設計主要設計一個計時輸入四位密碼鎖系統，由NE555構成多諧振蕩器，產生一個穩定的脈沖信號，將該信號輸入至由兩個74LS160制作的計時器，利用門電路，74LS194和74LS148來實現密碼輸入和設置，用74LS85D進行比較，同時用簡單的門電路，蜂鳴器，二極管實現比較輸出。設計主要包括原理圖的設計、分解單元的設計與連接和Multisim圖的正確設置和接線，做出電路并調試成功。該課程設計在飛速發展的當今社會具有廣泛的應用價值，如密碼保險箱的密碼鎖，行李箱，防盜門的密碼都可以通過本課設實現，為重要物品，文件提供安全保障，增加了生活中的安全系數，真正的做到貼近生活。通過對課設的認識與制作的過程掌握Multisim軟件的掌握。 二、方案論證 設計一個計時輸入四位密碼鎖，要求輸入的密碼可以顯示，輸入第一位時開始計時，十秒未輸入完清零，十秒內輸入正確閉合開鎖鑰匙有發光提示，否則蜂鳴器報警。 方案原理框圖如圖所示
file:///C:/Users/YJT/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image001.giffile:///C:/Users/YJT/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image001.giffile:///C:/Users/YJT/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.gif file:///C:/Users/YJT/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image003.giffile:///C:/Users/YJT/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image003.giffile:///C:/Users/YJT/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.giffile:///C:/Users/YJT/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image005.giffile:///C:/Users/YJT/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.gif
| | | | | | | | | file:///C:/Users/YJT/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image007.gif | | | | | | file:///C:/Users/YJT/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.gif | | | | | file:///C:/Users/YJT/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image009.gif |
圖1 計時輸入四位密碼鎖電路的原理框圖 本次設計采用的是該方案，由555計時器產生的脈沖信號控制時鐘，清零，思路清晰，結構嚴謹，易于電路的制作與理解，同時節省材料與資源，性價比高。 三、電路設計 1.8421BCD密碼設置電路 74LS148優先編碼器，先說一下他的基本原理.他允許同時輸入兩個以上編碼信號。不過在設計優先編碼器時已經將所有的輸入信號按優先順序排了隊，當幾個輸入信號同時出現時，只對其中優先權最高的一個進行編。74ls148優先編碼器管腳功能介紹:為16腳的集成芯片，電源是VCC(16)，GND(8),I0—I7為輸入信號，A2,A1,A0為三位二進制編碼輸出信號，IE是使能輸入端，OE是使能輸出端，GS為片優先編碼輸出端。 通過十個開關的邏輯組合，輸入到74LS148優先編碼器的八個管腳中，從A1，A2，A3中輸出的信號經與非門變換輸出到數碼管中，從而顯示十進制密碼。開關的意義如圖所示，key=0證明輸入的密碼為零，在數碼管中顯示為“0”以此類推。 file:///C:/Users/YJT/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image011.gif 圖2 四位密碼設定系統電路圖 2.密碼輸入電路 74LS194有五種不同的模式，即并行送數計存，右移，左移，并行，及清零。其中，3D、2D、1D、0D為并行輸入端；3Q、2Q、1Q、0Q為并行輸出端；RS為右移串行輸入端；LS為左移串行輸入端；1S、0S為操作模式控制端；RC為直接無條件清零端；CP為時鐘脈沖輸入端。74LS194有5種不同操作模式：并行送數寄存；右移(方向由3Q→0Q)；左移(方向由0Q→3Q)；保持及清零。 通過74LS194實現8421BCD碼的輸入，其中開關A對應數字1，B對應數字2，C對應數字4，D對應數字8，通過QA,QB,QC,QD的輸出對應到數碼管，通過ABCD四個開關的組合來實現十進制，然后在通過數碼管進行顯示，實現密碼輸入及顯示 file:///C:/Users/YJT/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image013.gif 圖3 四位密碼輸入電路圖 3.密碼比較電路 74LS85D為4位數值比較器，共有54/7485、54/74S85、54/74LS85三種線路結構形式 74LS85D可進行二進制碼和BCD碼的比較，對兩個4位字的比較結果由三個輸出端（FA＞B，FA＝B，FA＜B＝輸出。將若干85級聯可比較較長的字，此時低級位的FA＞B，FA＝B，FA＜B連接到高位級相應的輸入A＞B、A＝B、A＜B，并使低位級的A＝B為高電平。 由密碼輸入電路和密碼設定電路輸出的信號，分別輸入到A、B兩組管腳中，在74LS85D中實現信號的比較，選擇OAEQB管腳輸出，當A、B兩組的輸入完全相同時，輸出1，否則為0，從而對密碼進行比較并輸出到開關控制及輸出電路，進行處理，比較電路的邏輯表達式為file:///C:/Users/YJT/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image015.gif （L為輸出信號，A、B、C、D為輸入信號） file:///C:/Users/YJT/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image017.gif 圖4 密碼比較電路圖 4.十秒計時電路 74LS160是十進制計數器，它只能記十個數，從0000-1001（0-9）到9之后再來時鐘信號就回到0，CLK是時鐘信號的輸入端，RCO是輸出端， MR是復位端，低電頻有效load是置數信號，當其為低電平時，在時鐘信號作用下讀入D0到D3。為了使161正常工作ENP和ENT端口接高電平，另外D0到D3是置數端，Q0到Q3是輸出端。 當脈沖信號的輸入時，74LS160開始按脈沖的周期計數，對兩個芯片QA的輸出進行與非門邏輯組合后，輸入到十位芯片的清零端實現重復計時 file:///C:/Users/YJT/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image019.gif 圖5 十秒計時電路圖 5.脈沖信號發生器 采用555定時器芯片成多諧振蕩器電路來產生本實驗所需要的脈沖。因為根據需要，所用到的幾個脈沖都可以用1000HZ。計算得知，可設置R1為1K，R2為6.65K，C為100nF。即可以得到約為1000HZ的脈沖。[file:///C:/Users/YJT/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image021.gif] （T為脈沖信號周期） file:///C:/Users/YJT/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image023.gif 圖6 脈沖發生器電路圖 6.開關控制及輸出系統 通過簡單的邏輯組合來實現，真值表如下 表1 控制輸出電路真值表 file:///C:/Users/YJT/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image025.gif 圖7 開關控制及輸出電路 四、性能測試 1.脈沖電源的測試 表2 脈沖電路測試數據表 file:///C:/Users/YJT/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image027.gif 圖8a 脈沖發生器測試電路圖 通過測量輸出信號的波形來判斷脈沖發生器是否正常輸出 示波器圖像 file:///C:/Users/YJT/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image029.gif 圖8b 脈沖發生器測試示波器圖 如圖所示證明脈沖發生器正常工作 2.計時器性能測試 file:///C:/Users/YJT/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image031.gif 圖9a 十秒計時器測試電路圖 通過測量QA管腳的示波器圖像來判斷脈沖信號是否正常輸出，計時系統是否完好 示波器圖像 file:///C:/Users/YJT/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image033.gif 圖9b 十秒計時器測試示波器圖 如圖輸出的圖像說明計時功能正常 3.密碼輸入測試 file:///C:/Users/YJT/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image035.gif 圖10a 密碼輸入器測試電路圖 測試QA管腳的波形來判斷輸入密碼的情況，根據波形圖和顯示密碼的比對，判斷密碼輸入系統是否正常工作 示波器圖像 file:///C:/Users/YJT/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image037.gif 圖10b 密碼輸入器示波器圖 （PS：輸入測試與設置測試相同） 4.比較電路測試 file:///C:/Users/YJT/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image039.gif 圖11 比較系統測試電路圖 當密碼輸入正確時，綠燈亮，當密碼輸入錯誤時，紅燈亮，圖為密碼輸入正確時的亮燈情況 5.判斷電路測試 a.輸入密碼正確時 file:///C:/Users/YJT/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image041.gif 圖12a 判斷測試電路圖（輸入正確） 通過邏輯組合來控制燈和蜂鳴器，當密碼輸入正確，閉合開鎖鑰匙時燈亮，鈴不響，蜂鳴器處示波器圖像如圖所示 file:///C:/Users/YJT/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image043.gif 圖12b 密碼輸入正確時示波器圖 b.輸入錯誤時 file:///C:/Users/YJT/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image045.gif 圖12c 判斷測試電路圖（輸入錯誤） 當輸入錯誤時燈不亮但鈴響，蜂鳴器示處波器圖像如圖 file:///C:/Users/YJT/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image047.gif 圖12d 密碼輸入錯誤時示波器圖 五、結論 這是一個綜合性很強的實驗。也是大學以來做的較大型的設計。和以前的實驗完全不同是沒有寫的明明白白的告訴你一步一步要怎么做的實驗書，所以思路不是特別明確。剛開始的時候，有些不知所措，甚至連題目的意思都有點想不明白。之后將題目分割成一個個獨立的模塊進行思考，才有些開竅了。 盡管還有一些小的問題沒有解決，但是收獲很大。這也是我們每個人從校園走向工作崗位必須經歷的過程。通過這次課程設計，我們進一步發現了自己的不足，也找到了自己前進的方向。 六、 參考文獻 [1]李月喬，數字電子技術基礎，中國電力出版社 2008年2月第一版 [2]董宏偉，數字電子技術實驗指導書，中國電力出版社 2010年3月第一版 [3]童詩白，華成英主編．模擬電子技術基礎．[M]北京：高等教育出版社，2006年 [4]周巍，黃雄華.數字邏輯電路實驗.設計.仿真[M].北京：電子科技大學出版社，2007. [5]閻石.數字電子技術基礎（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006. [6]趙景波，徐江偉，施敏敏，陳松柏.電路設計與制版－Protel 2004 [M].北京：人民郵電出版社，2009 附錄I 總電路圖 file:///C:/Users/YJT/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image049.gif 附錄II 元器件清單
| 
