数字密码锁设计

数字密码锁设计

一、设计任务与要求

设计由编码器、集成逻辑门电路、声光报警指示电路构成的密码锁电路，研究门电路的接口与驱动技术、学习组合逻辑电路的设计方法；用Proteus 软件仿真；实验测试逻辑功能。

具体要求如下：

（1）密码锁电路由密码输入电路、密码设置电路和密码控制电路组成，密码输入及密码设置均采用十进制数形式，密码输入通过键盘或按键输入。密码设置通过开关输入。

（2）如果输入的密码与预先设定的密码相同，则保险箱被打开，密码控制电路的输出端E＝1，F=0；否则电路发出声、光报警信号，即输出端E＝0，F=1。

（3）实验时，“锁被打开”的状态可用绿色发光二极管指示；声、光报警可分别用红色发光二极管及蜂鸣器指示。

（4）写出设计步骤，画出最简的逻辑电路图。

（5）对设计的电路进行仿真、修改，使仿真结果达到设计要求。

（6）安装并测试电路的逻辑功能。

（7）拓展内容：如果考虑一个开锁用的钥匙插孔输入端G，当开锁时（G＝1），密码输入才有效，试在上述电路基础上修改该电路。

二、课题分析及设计思路

（1）密码输入电路及密码设置电路的设计思路

由于密码输入及密码设置均采用十进制数形式，故可利用8421BCD 码编码器分别实现，以一位密码输入及密码设置为例，其实现框图如下：

图1 密码输入及密码设置电路的实现框图

（2）密码控制电路的设计思路

分析以上设计任务与要求，密码控制电路的实现框图如下：

图2 密码控制电路实现框图

很容易得到：)()()()(1111D D C C B B A A F E ⊕?⊕?⊕?⊕==

由上述逻辑表达式可确定相应的逻辑电路图。

（3）TTL 集成门电路与LED 发光二极管的接口电路设计

TTL 集成门电路除了可驱动门电路外，还能驱动一些其它器件如LED 发光二极管。以集成反相器为例，有如下两种情况如图3（a ）、(b)所示：

图3（a ） 输出高电平时LED 亮 图3 (b) 输出低电平时LED 亮

电路中串接的电阻R1、R2 为限流电阻，其作用是保护LED 因过流而烧坏。其大小按如下公式进行选择：

D

F OH I V V R -=1 D

OL F CC I V V V R --=2 上述两式中，I D 为LED 正常发光时的电流，V F 为LED 导通电压，V OH 、V OL 分别为

反相器的高、低电平输出电压。如I D ＝5mA ，V F ＝2.2V ，V OH ＝3.4V ，V OL ＝0.2V 时，算得R1=240欧，R2=520 欧。

注意：① 图3（a ）接法时，发光二极管的电流不能超过门电路的“最大拉电流”，图3(b) 接法时，发光二极管的电流不能超过门电路的“最大灌电流”，否则会导致输出电平的

混乱。当然，如果该门电路处于整个逻辑电路的最末端，则发光二极管的电流可不受此

限制。

②如果门电路需要驱动较大电流的发光二极管，可采用三极管驱动的方法，如图4 所示：

图4 三极管驱动的TTL-LED 接口

（4）TTL 集成门电路与蜂鸣器的接口电路设计

TTL 集成门电路的输出高电平可直接驱动蜂鸣器发出声音，其接法如图5 所示。

图5 TTL 与蜂鸣器接口，输出高电平时发声

三、集成电路及元件选择

为了实现密码锁电路的功能，可采用8421BCD 码编码器74LS147、集成异或门74LS86或74LS386、集成非门74LS04 和集成四输入与门74LS21（或集成与非门74LS20）。此外，还需要其它一些辅助元器件：发光二极管、发声元件－蜂鸣器、按键和电阻等。

四、原理图绘制与电路仿真

用proteus 软件绘制密码锁电路原理图，对所设计的电路进行仿真实验，并验证电路的逻辑功能是否达到设计要求。

五、电路安装与调试

1．电路布局

在多孔电路实验板上装配电路时，首先应熟悉其结构。明确哪些孔眼是连通的，并安排好电源正、负引出线在实验板上的位置。

电路的布局应与主要元器件为中心，按信号流向从左至右合理设计。电路与外接仪器的连接端、测试端要布置合理，便于操作。

2．安装与调试方法

电路安装前，要先检测所用集成电路及其它元器件的好坏。安装完成后，要用万用表检

测电路接触是否可靠、电源电压大小、极性是否正确。一切正常后才能通电调试。

六、设计、仿真及实验问题研究

1．密码控制电路部分如果全部采用集成与非门实现，请画出其逻辑电路原理图。

2．实际调试时，如何输入十进制数“0”？如何设计 2 位密码锁电路？

3．实验时，TTL 集成电路的多余输入端如何处理？

4． TTL 集成电路输入高、低电平的电压范围各为多少？输出高、低电平的电压范围又各为多少？并实际测试密码锁电路中各集成门输出高、低电平的电压值。

5．实际测试 TTL－LED 接口电路中，限流电阻对发光二极管及门电路输出高、低电平的影响。

6．三极管驱动的 TTL－LED 接口电路中，门电路输出高、低电平时，三极管分别处于什么状态（放大、饱和或截止）？并实际测试之。