电子密码锁电路设计(嵌入式系统设计)

电子密码锁电路设计（嵌入式系统设计）
一引言
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。

设计本课题时构思了三种方案：一种是用以AT89C2051为核心的单片机控制方案；另一种是用以
74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路控制方案；还有一种采用74LS160十进制计数器、利用74LS148
8线一3线编码器进行编码的多位十进制可报警多功能密码锁。

二、总体方案设计
1、设计方案
方案一：采用数字电路控制。

其原理方框图如图1- 1所示。

图2-1 —1数字密码锁电路方案
采用数字密码锁电路的好处就是设计简单。

用以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路作为密码
锁的核心控制，共设了9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时间超过40秒（一般情况下，用户不会超过40秒，若用户觉得不便，还可以修改）电路将报警80秒，若电路连续报
警三次，电路将锁定键盘5分钟，防止他人的非法操作。

电路由两大部分组成：密码锁电路和备用电源（UPS），其中设置UPS电源是为了防止因为停电造成的
密码锁电路失效，使用户免遭麻烦。

密码锁电路包含：键盘输入、密码修改、密码检测、开锁电路、执行电路、报警电路、键盘输入次数
锁定电路。

方案二：采用一种是用以AT89S51为核心的单片机控制方案。

利用单片机灵活的编程设计和丰富的10端口，及其控制的准确性，不但能实现基本的密码锁功能，还能添加调电存储、声光提示甚至添加遥控控制功能。

其原理如图1-2所示。

图2-1 —2单片机控制方案
方案三：采用74LS160十进制计数器、利用74LS148 8线一3线编码器进行编码的多位十进制可报警多
功能密码锁。

电子锁主要由输入元件、电路（包括电源）和锁体三部分组成，后者包括电磁线圈、锁拴、弹
簧和锁框等。

当电磁线圈中有一定的电流通过时，磁力吸动锁栓，锁便打开。

否则•锁栓进入锁框，即处在锁住状态。

为了便于试验，我们可用发光二极管代表电磁线圈，当发光二极管为亮状态时，代表电子锁被打开，暗状态代表锁着。

图2-1-3带报警器的密码电子锁和门铃电路原理图
2、方案的选择
由上面三种方案进行比较可知，方案三更加准确全面，功能稳定齐全，符合要求。

方案三系统的设计
可使电子锁具有可编程功能。

由图可知，每来1个输入时钟，编码电路的相应状态向前前进一步。

在操作
过程中，按照规定的密码顺序按动编码按键，编码电路的输出就会跟随这个代码的信息。

正确输入编码按
键的数字，通过控制电路供给编码电路时钟，一直按规定编码顺序操作完，则驱动开锁电路把锁打开。

在
操作过程中，没有按照规定代码顺序按下数字键或按动了其他键，则控制电路使防盗报警电路产生报警。

按动门铃及清零按钮可使500Hz振荡电路工作，门铃发出响声，同时该按钮还使编码电路清零并解除防盗报警。

3、所选方案的设计框图
该设计主要分输入电路，存储电路，信号处理电路，输出电路四大部分，首先从输入电路送出的编码
信号到比较器与存储器的存储密码进行比较，两者一致则将锁打开，反之则驱动报警电路报警，存储器中的密码可以通过写允许端修改密码。

图3-1整体方案设计流程框架图
三、各部分单元电路设计
1、输入装置和编码电路
输入装置包含0~9十个数字键、清零键、确认键、门铃键和密码读写开关，其中数字键和清零、确认
键按钮装在门的外侧，读写开关装在门的内侧，也就是说只有门打开之后才能对密码进行修改。

用两片8线一3线编码器74LS148，组成一个16线一4线编码器，芯片上|o~|9对应键盘上0~9个数字，编码器输出Z3、Z2、Z1、Z0四位二进制数，其中以两片74LS148上的Y ex （为图4-1-1中GSN），通过与非门相连的输
出作为CP脉冲信号，因为在无输入的情况下两个Yex均为1,输出CP为0,当有输入时有且仅有一个
Y ex为0，则输出CP为1,这样就构成了CP单脉冲。

由两片74LS148构威十六践一八钱编码器
图4-1-1输入装置和编码电路
2、密码存储电路
使用两片4*4的寄存器阵74LS670,构成8* 4寄存器阵用来存储密码。

接法如图，D o ~D 3分别接编码
器输出Z0~Z3。

当Ew=0 (图中Gw ),当Qc 、Q B 、Q A 从000~011时第一片74LS670工作依次写入 D o ~D 3 输入的前4个四位二进制数， 当Qc 、Q B 、Q A 从100~111时第二片74LS670工作依次写入 D 0~D 3输入的后 4个四位二进制数；当 Er=0 (G R )时，当Qc 、Q B 、Q A 从000~011时依次读出第一个芯片的 Q0~Q3四位
二进制数，当Q C 、Q B 、Q A 从100~111时依次读出第二个芯片的 Q0~Q3，其中Qc 、Q B 、Q A 状态序列000~111
的产生可依靠一片 74LS160接成的八进制计数器来提供， 其顺序脉冲由已接好的
16线一8线编码器CP 输
出提供。

在该8*4寄存器中将双刀开关放在
M 时为写入状态即设定密码状态；放在
N 时为读取状态，使
之可读出设定密码与当前输入密码比较。

在无设定密码动作时双刀开关应拔到下方，电路
［图4-2-1 ］所示。

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图4-2-1密码存储电路
3、密码比较电路
使用一片74LS85作为比较器，其中A O~A3连编码器输出Z o~Z3, B o~B3连存储器输出Q o~Q3，比较结果A=B送入8位移位寄存器74LS164的串行输入端，当第一个输入密码与寄存器阵中的密码相同时输出高电平，存入移位寄存器，第二个密码若相同继续存入寄存器，依次类推，如果输入错误的密码则输出低电平到寄存器，最后通过与门判断寄存器如果全为高电平从而控制发光二极管点亮（即控制锁的开启），
反之则反，电路如［图E］所示。

图E密码比较电路
4、门铃及报警电路
如［图F］所示门铃电路由555定时器连成的多谐振荡器构成，当按下门铃时电路接通电源产生约500Hz
的振荡信号，同时按下清零/门铃按钮使74LS160和74LS164两个芯片置零实现清零的功能。

报警电路也是由555定时器构成，报警时产生1KHz的信号，当输入密码后与寄存器连接的与门输出如果为高电平，则经过反相器后变为低电平，报警电路不产生振荡，如果与门输出为低电平，经过反相器后变为高电平，报警电路开始工作产生报警信号。

（但我的设计这个电路有个明显的缺点就是报警信号持续过短，这个问
题可以通过改进报警电路来解决，当按下确认按钮后电路迅速对报警电路的一个电容充电，松开按钮后电容放电振荡得以持续。

由于我们对555电路不太熟悉，没有采用这种方法，这是设计的一个缺陷，请指导
老师多给意见。

）
此外，按下清零/门铃按钮后可以实现对报警的解除，因为此时一个低电平信号与来自判断输出端的高
电平信号相与后，为一低电平信号，报警电路不工作。

课程设计
5、供电电路
可由干电池或变压器提供5~7伏电压供电，为了简化原理图供电部分没有画出。

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课程设计四、元件清单
备注：8输入与门由74LS30 （8输入与非门）与74LS04 （反相器）构成，电路图中不再表示出。

五、完整电路图
以下就是带报警器的编码电子锁和门铃电路的设计的完整电路图。

为使其简洁清晰，故将电路进行等效处理，等效部分保留原来的属性和性质不变。

1、密码锁电路及其等效电路（如［图G］和［图H］）
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图G
将各电路模块等效表示可得到［图H］如下
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2、总电路原理图
将等效密码锁电路及报警门铃电路连接到一起得到总电路如下
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位
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1:
A
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D
E
-
F
G
H
Q
口
Q
Q
Q
口
Q
G
确认键
确认键设定请看补
充说明中介绍
LED
清零控制
幵锁控制端
GNL
喇叭
Jb UJ 3
D1Q1
D2存Q：
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B3器A3
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八•设计心得及几点补充说明：
通过这两个学期电路知识的学习，我们初步掌握了一些基本的模拟电子、数字电子的知识，但当我们拿到课程设计的题目时还是觉得比较茫然，不知从何下手，对好多芯片的使用不很了解，在一些工具书上也没查到其具体的功能。

因此这个电路设计的可能有点繁杂，肯定有更好的方案我们没有发现，在此我们也希望指导老师和同学批评指正。

我们在设计这个电路时遇到的最大问题是寻找合适的寄存器来存储密码，最后选用两片74LS670来组
成8*4的寄存器阵，因此实际上这个电路最大可以存储8位密码，虽然我选用了固定的8位形式，但是完
全可以通过修改一下74LS164所连接的与门电路，或者适当修改74LS160计数电路使之成为可以随意设定位数在8位以内的具有更高自由度电子锁，在设计过程中用到了555定时器，在平时的实验中还没有用过
这个芯片对它的电路连法不是很熟悉，使电路有一些缺陷。

在这里要特别说明一下“确认”按钮的设计，当按下确认后使与门输出端分别与报警电路接通、开锁
电路接通；松开“确认”按钮时确认按钮接地，这样设计是为了防止与门输入端全部悬空而使输出为1, 造成密码锁打开，与门输出端与报警电路断开防止由于输出为0,而使报警电路误报。

清零/门铃按钮接通时门铃电路通电工作与此同时计数器和比较器接地清零。

总之这次设计使我们学到了很多东西，以前只是“纸上谈兵”，通过实践才能将所学的知识转化为实
际应用。

同时还提高了自己的资料检索与应用能力，并为将来做毕业设计等重要课题打下了的基础。

九.参考文献
[1]清华大学电子学教研组编阎石主编：《数字电子技术基础》（第四版），北京：高等教育出版社，1998年
[2]毕满清主编：《电子技术实验与课程设计》（第三版），北京：机械工业出版社，2004年
[3]陈汝全主编：《电子技术常用器件应用手册》（第二版），北京：机械工业出版社，2000年
[4]王泽保、赵博主编：《数字电路典型试验范例解析》（第一版），北京：人民邮电出版社，2004年
⑸张庆双主编：《家用电路控制与保护》（第一版），北京：机械工业出版社2005年。