基于Multisim的电子密码锁设计报告

课程设计(综合实验)报告( 2011-- 2012年度第 1 学期)
名称：电子技术综合实验
题目：电子密码锁
院系：电气与电子工程学院
班级：
学号：
学生姓名：
指导教师：
设计周数： 1
成绩：
日期：2012年 1月 12 日
目录
封面
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《电子技术》综合实验任务书
------------------------------------------2 一、目的与要求
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二、主要内容
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三、进度计划
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四、设计（实验）成果要求---------------------------------------------2
五、考核方式---------------------------------------------------------------2
正文
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一、综合实验的目的与要求----------------------------------------------3
二、设计框图与电力系统概述-------------------------------------------3
三、各单元电路的设计方案及原理说明、参数计算----------------4
四、调试过程及结果分析-------------------------------------------------6
五、设计、安装及调试中的体会----------------------------------------6
六、参考文献----------------------------------------------------------------8
《电子技术》综合实验
任务书
一、目的与要求
1.目的
2.要求
二、主要内容
共有8个既有学习价值又有一定的实用性和趣味性的设计课题，学生根据自身情况自由选择其中之一。

1.移位寄存器型彩灯控制器
2.智力竞赛抢答器
3.电子拔河游戏机
4.交通信号灯控制器
5.数字电子钟
6.电子密码锁
7.电子秒表
8.数字电子钟（硬件）
1.学生根据所选课题的任务、要求和条件进行总体方案的设计，通过论证与选择，确定总体方案；然后对方案中单元电路进行选择和设计计算；最后画出总体电路图。

2.预设计经指导教师审查通过后，学生即可向实验室领取所需元器件等材料，在面包板上组装、调试电路，使之达到设计指标要求。

3.在Multisim软件平台上学生可直接设计、仿真和实现，直至达到设计要求。

五、考核方式
综合以下指标评定课程设计总成绩：优、良、中、及格和不及格。

1.设计方案的正确性与合理性；
2.实验动手能力(安装工艺水平、调试中分析解决问题的能力以及创新精神等)；
3.总结报告；
4.答辩情况(课题的论述和回答问题的情况)；
5.设计过程中的学习态度、工作作风和科学精神。

学生姓名：
指导教师：
2012年1月12日
一、综合实验的目的与要求
1.目的
1.1综合实验是教学中必不可少的重要环节，通过课程设计巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能，提高综合运用知识的能力，逐步增强实际工程训练。

1.2注重培养学生正确的设计思想，掌握综合实验的主要内容、步骤和方法。

1.3培养学生获取信息和综合处理信息的能力、文字和语言表达能力以及协作工作能力。

1.4提高学生运用所学的理论知识和技能解决实际问题的能力及其基本工程素质。

2.要求
2.1 能够根据设计任务和指标要求，综合运用电子技术课程中所学到的理论知识与实践技能独立完成一个设计课题。

2.2根据课题需要选择参考书籍，查阅手册、图表等有关文献资料。

要求通过独立思考、深入钻研课程设计中所遇到的问题，培养自己分析、解决问题的能力。

2.3进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，掌握合理选用的原则。

2.4学会电子电路的安装与调试技能，掌握常用仪器设备的正确使用方法。

利用“观察、判断、实验、再判断”的基本方法，解决实验中出现的问题。

2.5学会撰写综合实验总结报告。

2.6通过综合实验，逐步形成严肃认真、一丝不苟、实事求是的工作作风和科学态度，培养学生树立一定的生产观点、经济观点和全局观点。

要求学生在设计过程中，坚持勤俭节约的原则，从现有条件出发，力争少损坏元件。

2.7在综合实验过程中，要做到爱护公物、遵守纪律、团结协作、注意安全。

二、设计框图与电力系统概述
1、原理框图
2、设计思路
（1）该题的主要任务是产生一个开锁信号，而开锁信号的形成条件是输入代码和已设置的密码相同。

实现这种功能的电路构思有多种。

比如：用2片8位数据锁存器或2片4位寄存器，一片存入开锁的代码，另一片存入密码，通过比较的方法判断，若二者相等，则形成开锁信号。

（2）在产生开锁信号后，要求输出声、光信号。

其中音响的产生可以由开锁信号去触发一
个音响电路。

其中的光信号可以用开锁信号点亮LED指示灯。

（3）用按钮开关的第一个动作信号触发一个5S的定时器，若在5S内未将锁打开，则电路进入自锁状态，使之无法再打开，并由扬声器发出持续20秒的报警信号。

3、设计的总体思想
根据设计的要求，设计的总体思想及设计顺序为：
（1）设计密码设定及密码输入电路。

在本过程中，主要使用了74LS194芯片及单刀双掷开关。

①密码输入和设置端分别使用处于置数状态的两片194芯片，用来存储密码。

②外部用多个开关控制内部的密码输入开关。

（2）设计密码比较电路。

两种方案，直接用74LS85工作或采用门电路实现。

（3）设计5秒计时电路和20秒计时电路。

5秒计时使用74LS290芯片形成了5进制电路达到计时的目的。

20秒计时使用74LS160形成20进制电路达到计时目的。

结合整体设计的需要，设置为计时到5时，停着等待置数信号到来，而非直接置数。

而20秒计时则由5秒计时部分通过控制其使能输入来控制其工作与否。

（4）设计脉冲产生电路。

该部分主要使用555芯片设置参数，从而得到频率约为1000HZ 的输出信号。

（5）各部分的连接与调试。

这时需要解决5秒计时的置数工作；20秒计时的开始工作信号；密码输入端按下任何按键时，触发5秒计时；计时到5秒后，触发20秒计时及蜂鸣器；5秒后，若仍未输入正确的密码，则自锁电路，密码输入清零代替。

三、各单元电路的设计方案及原理说明、参数计算
（注：单步设计时CP端连脉冲信号源，整合时再改为555组成的脉冲信号发生器）
1、8421BCD密码输入电路
2、密码设置
3、比较电路（4位2进制）
21212121D D C C B B A A L ⊕+⊕+⊕+⊕==
两个方案，74LS85或采用门电路
74LS85 门电路
绿灯表示锁打开，红灯表示锁不打开。

4、5秒计时及20秒计时电路
采用74LS290二-五-十进制加计数器实现5秒计时，74LS160实现20秒。

5秒计时器 20秒计时器
4、脉冲信号发生器
采用555定时器芯片成多谐振荡器电路来产生本
实验所需要的脉冲。

因为根据需要，所用到的几
个脉冲都可以用1000HZ 。

计算得知，可设置R1
为1K ，R2为6.65K ，C 为100nF 。

即可以得到约
为1000HZ 的脉冲。

[121)2(*7.0C R R T +=]
四、调试过程及结果分析
将上述各个独立模块通过门电路连接起来就形成了最终的电路。

总结出来一条经验，连接总电路时每复制粘贴一个模块都应该先调试运行一下，保证它是正常工作的。

五、设计、安装及调试中的体会
这是一个综合性很强的实验。

也是大学以来做的第一个较大型的设计。

和以前的实验完全不同是没有写的明明白白的告诉你一步一步要怎么做的实验书，所以思路不是特别明确。

刚开始的时候，有些不知所措，甚至连题目的意思都有点想不明白。

之后将题目分割成一个
个独立的模块进行思考，才有些开窍了。

单个模块的设计相对较简单，比较好理解。

较顺利地连出了单独的密码设定电路，密码输入电路，密码比较电路，5秒计时电路以及20秒计时电路，555组成的脉冲信号发生器。

但是，在进行各个模块整合的时候，遇到了一些麻烦。

主要遇到了以下3个问题：
（1）如何保证在密码输入端，有任何操作时触发5秒计时器
（2）如何在计时到5秒且未输入正确密码时，清零密码输入，并进行自锁
（3）何时触发20秒计时器，以及如何控制报警的准确时机
解决的方法依次为：
（1）默认密码输入端，起始位置为0。

通过门电路将各个开关连接起来，最后的结果接入5秒电路的290芯片的清零端（高电平有效），使之在起始状态时（即所有位都为0，而通过门电路后得到的为1）。

一旦开关键有所改变时（即任何一个开关出现1时），通过门电路得到0，使290芯片清零并开始计数。

这样就很好的解决了在密码输入端，有任何操作时即刻触发5秒计时电路。

D C B A L =
（2）将5秒计时器的290的输出端取与非后（即输出为0101）和密码比较电路相或后（即计时到5秒且密码输入错误）接入密码输入电路中194的清零端。

但是由于接入自锁部分后，整个电路工作紊乱，原本不循化的部分开始循环，循环的部分开始不循化，故暂时舍弃这一部分。

红灯*A B C D L =（红灯表示不开锁，绿灯表示开锁）
（3）方法同（2），在计时到五秒且密码输入错误时，触发20秒计时器及蜂鸣器。

此时报警器开始报警，直到20秒计时结束。

从理论上解决了这些问题，就开始实际将几个模块连接起来。

但在实际连接过程中，还是出现了一系列的问题。

一方面Muitisim10工作不够稳定当然，一方面对编辑环境不够熟悉，都与理论无关，属于操作上的问题。

经常出现一个模块单独工作时运行良好，但复制到最终的电路上进行整合时，就出现了问题。

这种时候，必须要细心检查，各部分连接是否准确无误是否漏掉了什么重要的端子没有连接等等。

完成了这些以后，仍存在一些实际问题首先密码只有16种可能，实际意义不大。

其次，有一个缺点，密码不能为0000，否则会出问题（因为假定的密码输入电路的初始状态为0000），自己没有想出解决方案。

有一个问题，蜂鸣器一直不工作，无论是独立电路还是总电路中。

Multisim 反应有时候比较迟钝。

由于个人能力和时间有限，未实现某些较为合理的功能比如：可以加入密码输入次数检测电路，密码输入三次错误，检测到三次报警信号，可以进行电路锁定，以防他人恶意开
锁。

一定要主要审题，题中要求设计8421BCD码，并非2进制码
尽管还有一些小的问题没有解决，但是收获很大。

这也是我们每个人从校园走向工作岗位必须经历的过程。

通过这次课程设计，我们进一步发现了自己的不足，也找到了自己前进的方向。

六、参考文献
[1]李月乔数字电子技术基础中国电力出版社2008年2月第一版
[2]董宏伟数字电子技术实验指导书中国电力出版社2010年3月第一版
附录（设计流程图、程序、表格、数据等）。