带报警器的电子密码锁全解

高等专科学校

毕业论文（设计）带报警器的电子密码锁

姓名：

指导老师：

专业：应用电子技术

班级：

学号：

时间：

摘要

本文的电子密码锁利用数字逻辑电路，实现对门的电子控制，并且有各种附加电路保证电路能够安全工作，有较高的安全系数。

本设计共设了10个用户输入键，其中只有4个是有效的密码按键，其它的都是干扰按键，若按下干扰键，键盘输入电路自动清零，原先输入的密码无效，需要重新输入；如果用户输入密码的次数超过3次（一般情况下，用户会不超过

3次，若用户觉得不便，还可以修改）电路将报警。

【关键词】电子密码锁，555单稳态电路，74LS160触发器，74LS02或非门

Abstract

This article electronic combination lock use digital logic electric circuit， realizes the electronic control which faces each other， and has each kind of stand-by circuit guarantee circuit to be able the trouble-free service， has the extremely high safety coefficient.

This design has altogether supposed 10 user input key， only then 4 are the effective password pressed keys， other disturbs the pressed key，if presses down disturbs the key， the keyboard entry electric circuit resets automatically， inputs originally the password is invalid， needs the resume load; If the user input above three times (in ordinary circumstances， user will not above three times， if user will think inconveniently， but may also revision) the electric circuit report to the police .

【Key word】Electronic combination lock 555 monostable circuit 74LS160 trigge

and 74LS02 AND OR GATE INVERTER。

目录

摘要 ........................................................................................................................... I 第1章绪论 .. (1)

1.1 国内外现状 (1)

1.2设计目标 (1)

1.3课程设计内容 (1)

1.4课程设计要求 (2)

第2章设计框图 (3)

2.1键盘输入 (3)

2.2密码检验电路 (3)

2.3密码修改 (3)

2.4限时报警电路 (3)

2.5 开锁电路 (4)

第3章元器件的选择及其作用 (5)

3.1总体电路图设计 (5)

3.2元器件选择 (5)

3.2.1 DCD-HEX的功能介绍 (6)

3.2.2 555定时器的介绍与应用 (6)

3.2.3 74LS02的介绍 (9)

3.2.4 74LS160的介绍 (9)

3.2.5 74LS74的作用与应用 (11)

第4章各功能模块及其应用 (13)

4.1键盘输入 (13)

4.2密码修改电路 (13)

4.3密码检验电路 (14)

4.4报警电路 (14)

4.5开锁电路 (19)

第5章总结 (21)

参考文献 (22)

致谢 (23)

第1章绪论

第1章绪论

1.1 国内外现状

目前，最常用的锁是20世纪50年代意大利人设计的机械锁，其机构简单、使用方便、价格便宜。但在使用中暴露了很多缺点：一是机械锁是靠金属制成的钥匙上的不同齿形与锁芯的配合来工作的。据统计，每4000把锁中就有两把锁的钥匙齿牙相同或类似，故安全性低。二是钥匙一旦丢失，无论谁捡到都可以将锁打开。三是机械锁的材料大多为黄铜，质地较软，容易损坏。四是机械锁钥匙易于复制，不适于诸如宾馆等公共场所使用。由于人们对锁的安全性，方便性等性能有更高的要求，许多智能锁（如指纹辨别、IC卡识别）也相继问世，但这类产品的特点是针对特定指纹或有效卡，但能适用于保密要求高且仅供个别人使用的箱、柜、房间，其成本一般较高，在一定程度上限制了这类产品的普及和推广。

随着人们生活水平的提高，电子密码防盗锁作为防盗卫士的作用日趋重要。电子密码防盗锁用密码代替钥匙，不但省去了佩戴钥匙的烦恼，也从根本上解决了普通门锁保密性差的缺点。根据国外的统计资料显示,装有电子防盗装置的商业区或居民区盗窃犯罪率平均下降30%左右。目前西方发达国家已经大量地应用这种智能门禁系统，但在我国的应用还不广泛，成本还很高。

1.2设计目标

①.超级密码设置（组合键＋8位密码），此密码只有管理员使用；

②.用户密码4位：密码通过键盘输入，输入两次有效，输出锁死信号；

③.开锁：输入密码正确，确认后，输出开锁信号；

④.现场报警功能：密码输入连续错误3次，给出声音报警。

1.3课程设计内容

①设计一个电子密码锁控制电路，当按密码的规定的顺序按下按钮时，输出端为高电平，电子锁动作。

②若不按此顺序或其他按钮时，输出端为低电平，电子锁不动作。此外，若操作时间超过一定时间, 电路输出报警信号。若在此时间内完成，报警信号关闭。

物理与电子工程系毕业论文

1.4课程设计要求

①密码可自行设置的串行电子密码锁，开锁代码为4位二进制数。

②以灯泡作为指示灯，当输入密码的与密码锁内的密码一致时，指示灯亮，电子密码锁打开。

③当输入的密码与锁内的密码不一致时另一个灯泡亮，不能开锁，系统进入“错误”状态，并发出报警信号，直到按下复位开关，警报才停止。

第2章设计框图

第2章设计框图

设计框图如图2-1所示

图2-1 设计框图

2.1键盘输入

可根据电源接电阻，可利用开关设置以及非门来取得高低电平，实现下一步的要求。

2.2密码检验电路

根据用户输出的4位2进制数，利用高低电平的转换，通过利用与门之间的联系，如果开锁正确，则开锁灯泡发光。

2.3密码修改

利用几个非门的结合，用户有16种密码设置，在密码的修改中，用户可将

密码自行设置。

2.4限时报警电路

首先利用555定时器接成一个多谢振荡器，根据所需要求接成用户所需要的频率。利用一个计数器计数，用户可自行选择，比如选用一个74LS160,可记录

物理与电子工程系毕业论文

10进制的数。

2.5 开锁电路

用户输入密码正确情况下，电路中的正确的灯亮;

如果用户密码输入错误或者在一定时间范围内未能解开电路，电路将发生报警信号，在一段时间内未解锁可利用D触发器还原进入再次开锁状态，输入密码重新开锁。

第3章元器件的选择及其作用

第3章元器件的选择及其作用

3.1总体电路图设计

图3-1带报警器的密码锁电路图

3.2元器件选择

表3-1：

LM555 1块74LS74 1块74LS160 1块DCD_HEX 1块7408 3块7404 2块74LS02 1块50kΩ2块10kΩ5块100nF 1块150nF 1块4V∕0.5W灯泡2块单掷开关5块

物理与电子工程系毕业论文

3.2.1 DCD-HEX的功能介绍

DCD_HEX是七段数码显像管，以数字形式输出结果。

3.2.2 555定时器的介绍与应用

555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS 工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在3~18V 工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。

555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图 4 所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS 触发器，一个放电管T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和2VCC /3。

555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器A1 的反相输入端的电压为2VCC /3，A2 的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端TR 的电压小于VCC /3，则比较器A2 的输出为1，可使RS 触发器置1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH 的电压大于2VCC/3，同时TR 端的电压大于VCC /3，则A1 的输出为1，A2 的输出为0，可将RS 触发器置0，使输出为0 电平。

555定时是美国Signetics公司1972年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成电路，因输入端设计有三个5kΩ的电阻而得名。此电路后来竟风靡世界。目前，流行的产品主要有4个：BJT两个：555，556（含有两个555）；CMOS 两个：7555，7556（含有两个7555）。

555定时器可以说是模拟电路与数字电路结合的典范。

两个比较器C1和C2各有一个输入端连接到三个电阻R组成的分压器上，比较器的输出接到RS触发器上。此外还有输出级和放电管。输出级的驱动电流可达200mA。

第3章元器件的选择及其作用

比较器C1和C2的参考电压分别为UA和UB，根据C1和C2的另一个输入端——触发输入和阈值输入，可判断出RS触发器的输出状态。当复位端为低电平时，RS触发器被强制复位。若无需复位操作，复位端应接高电平。

555的应用：

（1）构成施密特触发器，用于TTL系统的接口，整形电路或脉冲鉴幅等；

（2）构成多谐振荡器，组成信号产生电路；

（3）构成单稳态触发器，用于定时延时整形及一些定时开关中。

555应用电路采用这3种方式中的1种或多种组合起来可以组成各种实用的电子电路，如定时器、分频器、脉冲信号发生器、元件参数和电路检测电路、玩具游戏机电路、音响告警电路、电源交换电路、频率变换电路、自动控制电路等555定时器的集成电路外形、引脚、内部结构，如图3-2所示，特性如表2所示，以及本设计的电路如图3-3所示：

图3-2 外引线排列

图3-3 内部结构图

物理与电子工程系毕业论文

GND ：接地端 TR ：低触发端 OUT ：输出端 R ：复位端

CO ：控制电压端 TH ：高触发端 D ：放电端 VCC ：电源端

表3-2 特性表

R CO

U TH U TR U OUT T 的状态 0 0 X

X U OL 导通 1

0 CC V 32> CC V 3

1> U OL 导通 CC V 32< CC V 3

1> 不变 不变 X

CC V 31< U OH 截止 1 >V CO

CO V 21> U OL 导通

CO V 21> U OL 不变 X CO V 2

1< 不变 截止

图3-4 设计的555多谐振荡器

第3章 元器件的选择及其作用

振荡周期为：121)2(7.0C R R T += 振荡频率为：

121121)2(43.1)2(7.011C R R C R R T f +≈+== 3.2.3 74LS02的介绍

四组2输入端或非门（正逻辑）

功能：实现2输入或非门功能，常用于各种数字电路中。

3.2.4 74LS160的介绍

74LS160的管脚图如 图3-5所 示 ，真值表如 表3所 示：

逻辑图如图3-6所示：

图3-5 74LS160管脚图

表 3-3 74LS160真值表

输入

输出 CL

K

CL R LO AD EP ET A B C D QA QB QC QD X

0 X X X X X X X 0 0 0 0 ?

1 0 X X A B C D A B C D

X

1 1 0 X X X X X 保持 X

1 1 X 0 X X X X 保持 ?

1 1 1 1 X X X X 加法计数 ?

1 0 X X 0 0 0 0 0 0 0 0

物理与电子工程系毕业论文

图3-6 74LS160的逻辑图

简要说明:74LS160为可预置的十进制计数器，共有74160和54/74LS160两种线路结构型式,其主要电器特性的典型值如表(不同厂家具体值有差别):上表是74LS160的主要电器特性异步清零端CR为低电平时，不管时钟端CP信号状态如何，都可以完成清零功能。160的预置是同步的。当置入控制器DE为低电平时，在CP上升沿作用下，输出端Q0-Q3与数据输入端D0-D3一致。对于74160，当CP由低至高跳变或跳变前，如果计数器控制端EP、ET为高电平，则DE应避免由低至高电平的跳变，而74LS160无此种限制。160的计数是同步的，靠CP同时加在四个触发器上而实现的。当EP、ET均为高电平时，在CP上升沿作用下Q0-Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。对于4LS160的EP、ET跳变与CP无关。160有超前进位功能。当计数溢出时，进位输出端（TC）输出一个高电平脉冲，其宽度为Q0的高电平部分。在不外加门电路的情况下，可级联成N位同步计数器。对于74LS160，在CP出现前，即使EP、ET、CR发生变化，电路的功能也不受影响。

第3章元器件的选择及其作用

3.2.5 74LS74的作用与应用

负跳沿触发的主从触发器工作时，必须在正跳沿前加入输入信号。如果在CP 高电平期间输入端出现干扰信号，那么就有可能使触发器的状态出错。而边沿触发器允许在CP 触发沿来到前一瞬间加入输入信号。这样，输入端受干扰的时间大大缩短，受干扰的可能性就降低了。边沿D触发器也称为维持-阻塞边沿D触发器。

电路结构: 该触发器由6个与非门组成，其中G1和G2构成基本RS触发器。工作原理:

SD 和RD 接至基本RS 触发器的输入端，它们分别是预置和清零端，低电平有效。当SD=0且RD=1时,不论输入端D为何种状态，都会使Q=1，Q=0，即触发器置1；当SD=1且RD=0时，触发器的状态为0,SD和RD通常又称为直接置1和置0端。我们设它们均已加入了高电平，不影响电路的工作。工作过程如下：

1.CP=0时，与非门G3和G4封锁，其输出Q3=Q4=1，触发器的状态不变。同时，由于Q3至Q5和Q4至Q6的反馈信号将这两个门打开，因此可接收输入信号D，Q5=D非，Q6=Q5非=D。

2.当CP由0变1时触发器翻转。这时G3和G4打开，它们的输入Q3和Q4的状态由G5和G6的输出状态决定。Q3=Q5非=D，Q4=Q6非=D非。由基本RS触发器的逻辑功能可知，Q=Q3=D。

3.触发器翻转后，在CP=1时输入信号被封锁。这是因为G3和G4打开后，它们的输出Q3和Q4的状态是互补的,即必定有一个是0，若Q3为0，则经G3输出至G5输入的反馈线将G5封锁，即封锁了D通往基本RS 触发器的路径；该反馈线起到了使触发器维持在0状态和阻止触发器变为1状态的作用,故该反馈线称为置0维持线,置1阻塞线。Q4为0时，将G3和G6封锁，D端通往基本RS触发器的路径也被封锁。Q4输出端至G6反馈线起到使触发器维持在1状态的作用，称作置1维持线；Q4输出至G3输入的反馈线起到阻止触发器置0的作用,称为置0阻塞线。因此，该触发器常称为维持-阻塞触发器。

总之，该触发器是在CP正跳沿前接受输入信号，正跳沿时触发翻转，正跳沿后输入即被封锁,三步都是在正跳沿后完成，所以有边沿触发器之称。与主从触发器相比,同工艺的边沿触发器有更强的抗干扰能力和更高的工作速度。

74LS74芯片的管脚图如图3-7所示：

物理与电子工程系毕业论文

图3-7 74LS74芯片的管脚图

电容根据555电路的要求设计，用户可利用555定时器的多些振荡器周期和频率的计算得到所需的电容以及电阻。

第4章各功能模块及其应用

第4章各功能模块及其应用

4.1键盘输入

键盘输入：可根据电源接电阻，可利用开关设置以及非门来取得高低电平，实现下一步的要求。

密码输入电路如图8给出：由开关K1-K9及电容C1-C9组成，开关K1-K9是用户的输入密码的键盘，用户可以通过开关输入密码，开关两端的电容是为了提高开关速度，电路先自动将U1A、U1B、U2A、U2B清零，由报警电路或开琐电路送来的清零信号至74LS112的清零端，使U1A、U1B、U2A、U2B实现自动清零。

4.2密码修改电路

密码修改电路也如图4-1给出：由双刀双掷开关S1-S4组成，它是利用开关切换的原理实现密码的修改。例如要设定密码为1458，可以拨动开关S1向左，S2向右，S3向左，S4向右，即可实现密码的修改，由于输入的密码要经过S1-S4的选择，也就实现了密码的校验。

利用几个非门的结合，用户有16种密码设置，在密码的修改中，用户可将密码自行设置

图4-1 键盘输入、密码修改电路

物理与电子工程系毕业论文

4.3密码检验电路

根据用户输出的4位二进制数，利用高低电平的转换，通过利用与门之间的联系，如果开锁正确，则开锁灯泡发光。

由两块74LS112（双JK触发器，包含U1A、U1B、U2A、U2B）组成密码检测电路。由于U1A处于计数状态，当用户按下第一个正确的密码后，CLK端出现了一个负的下降沿，U1A计数，Q端输出为高电平，用户依次按下有效的密码，U1B、U2A、U2B也依次输出高电平，送入与门U3A，其输出的高电平信号送往与非门U4A的1脚，使其输出的低电平信号送往U5的2脚，执行电路动作，实现开锁。

密码检测电路可图4-2所示：

图4-2 密码检测电路

4.4报警电路

利用555定时器接成一个多谢振荡器，根据所需要求接成用户所需要的频率。利用一个计数器计数，用户可自行选择，比如选用一个74LS160,可记录10进制的数。

用555定时器绘制出多谐振荡器。按图接好电路，通过阻值的变化，得到用户所需的值。这里R1和R2设置为50kΩ，C1为150nF，C2为100nF。接示波器观察波形。

在这里，可利用一些公式进行简单的计算得到用户所需的频率和周期，选值也要按照器件本身的价格进行选择。

第4章各功能模块及其应用

波形图如图4-3所示：

图4-3 用555定时器接成的多些振荡器产生的矩形波在产生波形后，接十进制74LS160，接显示器译码器使其产生10进制的输出，并在显示器显示，如图4-4、4-5所示。

图4-4 接好的10位计数器地路图

物理与电子工程系毕业论文

图4-5电路显示的的最后一位

然后，设计一个带清零的电路图以及在10秒后计数器停止工作，并有报警灯泡发出报警信号。利用D触发器的原理，当进位端RCO进位时，给D触发器一个上升沿，Q触发器发生偏转，在输出端Q输出高电平，利用一个或非门将其由1变成0，并使ENP和ENT变成0，74LS160十位计数器处于保持状态，而且由于为能在10秒内开锁，由另一端的报警电路报警信号发出，报警灯泡发光。当要进行下一次开锁时，可利用开关进行重新开锁。

本模块是密码锁的报警电路的核心，如图4-6、4-7、4-8所示：