密码电子锁的课程设计

浙江海洋学院课程设计任务书2008——2009学年第2学期

关于密码电子锁的课程设计

【摘要】：生活中人们常常为了忘带钥匙而苦恼，办公室门、防盗门、房门、楼道门，车锁等等，本设计研究如何实现密码锁控制电路，期望可以解决忘带钥匙的烦恼。密码电子锁由逻辑电路、小键盘、LED 显示和报警系统组成。系统能完成开锁、超时自锁并报警的基本密码锁的功能。一般是用预先设定的密码，用每个码位去控制触发器翻转，若码位按错则码位触发器不能翻转，一般还兼有电子门铃的功能。本系统成本低廉，功能实用，能给人们带来极大方便。

【关键词】：电子密码锁 D触发器逻辑门 LED灯

【目录】：

第一章、元器件的介绍

第一节、D触发器的介绍

第二章：密码电子锁的设计

第一节：密码电子锁的运行

第二节：密码电子锁电路工作原理

第三节：实验设备与器材

第三章：设计总结心得及参考文献

第一章、元器件的介绍

第一节、D触发器简介

1、D触发器的逻辑符号

左图为D触发器的逻辑符号。输入端由时钟信号端CP、数据信号端D、反相复位端R d和反相置位端S d组成，R d、S d控制信号分别从方框小圆圈处输人，表示低电

平控制信号有效。D触发器输出端由两个互为反相的Q端和Q非端组成。

2、D触发器逻辑功能表

右表为D触发器逻辑功能表。表中X表示

信号电平高低任意，符号↑表示时钟脉冲信号

由低电平上升为高电平的时刻，即时钟脉冲信

号上跳沿到来之时。当CP端和D端输人信号

任意时，若S d=0、R d=1，则Q=1，触发器处于

置位状态；若S d=1、R d=0，则Q=0，触发器为

复位状态；若S d=R d=0，则Q=1，Q非也为1，

触发器处于不定态。只有当S d=R d=1、CP端输

入时钟脉冲信号上跳沿到来之时，触发器才处于工作状态，若D=1，触发器便翻转到Q=1的高电平状态，若D=0，则Q=0，也就是时钟脉冲上跳沿到来之时，触发器便翻转到与D端在那一时刻电平相同的状态。当时钟信号处于下降沿或低电平状态时，触发器保持上一个时钟脉冲信号上跳沿到来之时触发器所翻转的状态，与D端控制信号电平无关。

3、D触发器工作波形图

右中图为D触发器工作波形图。在时钟端

CP第1个时钟脉冲信号上跳沿到来之时，触发

器会发生翻转，其翻转的状态由D端信号电平高

低来决定，此时D端为低电平，触发器还翻转在

Q端为低电平、Q为高电平的状态。在t2时刻，

虽然D端所施加的数据信号由低电平跃升到高

电平，但并不能使触发器发生翻转，直到t3时

刻，也就是CP端第2个时钟脉冲信号上跳沿到

来之时，触发器才发生翻转，由于上跳沿时刻之

前D端为高电平，Q端翻转到高电平。在t3～t4时刻之间，尽管数据端D的信号已由高电平下跌到低电平，在t5时刻CP脉冲信号由高电平跌至低电平，但是D触发器始终处于保持状态，直到t6时刻第3个脉冲信号上跳沿到来之时，触发器才发生翻转，由于D端为低电平，D触发器翻转到低电平状态。

4、D触发器逻辑功能

右下图为D触发器逻辑功能实验

电路。接通电源开关SB1，D触发器各输

入端开关都断开，触发器处于高电平状

态，Q为高电平，红色发光二极管点亮。

按下SB3，R d端为低电平，D触发器被复

位，输出端Q为低电平，红色发光二极

管熄灭，Q端为高电平，绿色发光二极

管点亮，松开SB3不影响触发器复位状

态。按下SB4，S d端为低电平，D触发器

被置位，红色发光二极管点亮，绿色发光二极管熄灭，松开SB4不影响触发器置位状态。同时按下SB3和SB4，红色、绿色发光二极管一齐点亮，D触发器处于不定态，再按下或松开SB2或SB5控制开关，不影响D 触发器不定态。当SB3、SB4断开，S d=R d=1，D触发器处于保持状态，这时发光二极管可以是红色亮、绿色灭，也可以是红色熄灭、绿色点亮两个稳态。当SB3、SB4断开，SB2闭合时，CP端接通VCC，CP端由低电平上升为高电平，产生一个上跳沿时钟脉冲信号，触发D触发器翻转，翻转后的状态由数据端D的电平来决定，若先前松开SB5，D=1，D触发器翻转后Q=1，红色发光二极管点亮；若先按下SB5，D=0，D触发器翻转后Q=1，绿色发光二极管点亮。

第二章、密码电子锁的设计

第一节、密码电子锁的运行

一、密码电子锁的电路运行原理图

1.原理电路图：

2.原理框图：

二、密码电子锁电路功能介绍

1、电源部分

附图1 市电电压转化为5V直流电压电路图

本电路电源采用市电供电，220V市电通过变压器B降压成12V的交流电,再经过整流桥整流、LM7805稳压到5V电路，由于本电路功耗较少，所以选用10W的小型变压器。电路如上图所示：

2、四位密码锁主体电路。

附图2 74LS74双D触发器引脚图

在密码锁电路原理图中，四个D触发器N1、N2、N3、N4构成四位密码电路，本电路密码设定为1357。密码电子锁中数字的显示部分主要由10个小按键组成，其中7个按键为密码输入键，分别为S1~S7，输入二进制代码信号到四个D触发器去控制各触发器的翻转，达到密码开锁的目的。其中S1、S3、S5、S7分别是1、3、5、7四位密码的按钮端。剩余的两个按键中K1为调试键，调试电子门铃能否正常工作，在按下K1并立即松手，门铃应正常工作；K2为清零键，在触发器工作之前，按下K2并松手使得四个主触发器均清零。K3为置位键，按下K3把触发器N0输出端的初始状态置位到Q0端。为了防止外界对按键的干扰产生的错误报警，我们对小按键进行了防抖措施，采用机械式防抖，对选用的按键必须要装有弹簧，这要才能防止外界轻微的作用力对按键的干扰。定义高电平为“1”，低电平为“0”。平时四个主D触发器皆悬空，相当于1状态，触发器保持原状态不变。当密码输入正确时Q4输出为1，密码锁打开，LED绿灯亮；当密码输入错误时Q4输出为0，密码锁不能打开，LED红灯亮。电阻R2、R3对发光二极管起着分压作用。

3、延时电路与电子门铃控制电路

触发器N0主要起到对延时电路与电子门铃控制电路的控制作用，定义触发器N0的输出初始状态为1。经RC振荡回路的延时，（其中R5=75 kΩ,C5=100uF）以达到延时5s的目的；又经RC振荡回路的延时，（其中R4=300 kΩ，C4=100uF），扬声器发出持续20s的报警信号。其中延迟时间可用tω≈RCln2求得；三极管的作用是为了把扬声器的声音放大，扬声器的功率为0.5W。其余门电路功能见下面原理部分。

第二节、密码电子锁电路工作原理