数字密码锁设计报告

1 设计任务描述

1.1设计题目：数字密码锁

1.2 设计要求

1.2.1 设计目的

（1）掌握数字密码锁的构成、原理与设计方法；

（2）熟悉集成电路的使用方法。

1.2.2 基本要求

（1）设计一个电子密码锁，在锁开的状态下输入密码，设置的密码共4位，用数据开关Ｋ０～Ｋ９分别代表数字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。

（2）用一位输出电平的状态代表锁的开闭状态（用灯光显示或报警表示）。

1.2.3 发挥部分

（1）可删除输入的数字；

（2）三次错误输入锁定键盘，并发出提示或报警；其它。

2 设计思路

用密码去控制各个D触发器的翻转，达到密码开锁的目的，用按钮开关去控制电子门铃的触发信号，达到按响门铃的目的。四个D触发器N1-N4构成四位密码电路，可手动开关与D触发器的连接来设置密码。平时四个D触发器的CP端处于悬空状态，触发器保持原状态不变。当与四个D触发器连接的开关闭合时，四个D触发器都的CP端都获得了下降沿，于是Q1=Q2=Q3=Q4=1，用此Q4=1去控制开锁，用二极管发光来显示开锁成功。

因电容C2电压不能突变，在接通电源瞬间C2的电压为零，使得N1-N4各位皆为零。

输入三次错误密码时，会由计数器74193来检测，并发出报警信号和锁定键盘的信号。

3 设计方框图数字密码锁设计方框如图3.1所示。

图3.1设计方框图

4各部分电路设计及参数计算

4.1密码的设置电路设计

密码设置和输入密码的电路如图4.1所示。

图4.1密码设置

图中默认的密码为0953，用户可以自行设置密码。共有10个开关可设置0-9个数字的密码，第11个开关为复位开关，当输入错误时可以选择复位，重新输入。其他的开关为干扰密码。

4.2判断密码是否正确的电路的设计

判断密码正误的电路图如图4.2所示。

图4.2判断密码正误

四个D触发器N1-N4构成四位密码电路，可手动开关与D触发器的连接来设置密码。平时四个D触发器的CP端处于悬空状态，触发器保持原状态不变。当与四个D触发器连接的开关闭合时，四个D触发器都的CP端都获得了下降沿，于是Q1=Q2=Q3=Q4=1，用此Q4=1去控制开锁。

4.3判断输入错误密码达到三次的电路设计

计数器电路图如图4.3所示。

图4.3计数器

当输入错误密码时，计数器74193就开始从0计数，当计数达到3次时就用与门来判断发出上升沿脉冲，提供报警和锁键盘的信号。

4.4锁定键盘的电路设计

锁定键盘电路中5G555图如图4.4所示。

图4.4 5G555图

当未加触发脉冲时，输入v保持高电平，即端的电压大于1/3Vcc。设岗接通电源时输出V o为高电平，放电三极管截止，电源经R向C充电。开始时Vc很小，即V TH<2/3Vcc，vo维持高电平，当vc逐渐上升到2/3Vcc时，由于v1>1/3Vcc, V TH<2/3Vcc,使输出vo变为低电平。这时放电三极管T导通，电容C通过T迅速放电，Vc下降，由于此时，V TH<2/3Vcc，v1>1/3Vcc，所以输出V o保持低电平不变，即输出稳定在0状态。

当从V1输入一个触发脉冲时，V1从1到0的跳变，使V TH<1/3Vcc,此时TH端仍为低（<2/3Vcc），故输出V o由0变为1，电路进入暂稳态：V o=1，T管截止，电源经R向C 充电。

在暂稳态期间，V1端的触发脉冲撤销，是V1变为1，且随着电源对C的充电，Vc 按指数规律上升，待Vc到2/3Vcc时，V o由1变为0，暂稳态结束，此时T管导通，电容C迅速放电直至Vc=0,电路自动返回到稳态。

4.5报警电路的设计

报警电路设计如图4.5所示。

图4.5报警

当计数器74193计数达到三次时发出高电平信号，CL9300A获得信号，进而引发铃声。

5 工作过程分析

本次密码锁的设计是基于四位密码设置来设计的，先把要求设置的密码开关键与四个D触发器的CP端连接好。连接电源时，因电容C2电压不能突变，在接通电源瞬间C2的电压为零，使得四个D触发器各位皆为零。

然后开始解锁，当开关闭合，密码正确时，各个D触发器的CP端获得脉冲下降沿，又由于第一个D触发器的D端悬空，故Q1=1，同样使得Q2=1，于是Q1=Q2=Q3=Q4=1,并由Q4=1发出信号到发光二极管发光，表示成功解除密码。

当输入错误密码时，可以闭合开关S11,使得四个D触发器的R置零端获得脉冲下降沿，于是四个D触发器各位皆为零，复位后可以再次输入密码。

当输入错误密码达到三次时，由计数器74193来检测，并发出一个报警信号，另一信号给5G555单稳态触发器，再有单稳态触发器发出持续的置零信号复位，于是键盘就被锁定。键盘锁定的时间可由5G555的R和C来选定。

6 元器件清单

元器件清单如表6.1所示。

表6.1元器件清单

元件序号元件名称规格用途数量

1 开关SW11设置密码和复位11个

2 非门74AS048

3 与非门 1

4 D触发器HCTS74MS/FP 4

5 计数器74191检测输入密码错误次数 1

6 单稳态触发器5G555 1

7 喇叭 1

8 电容0.1uF 3

9 发光二极管 1

10 电阻 4

7 主要元器件介绍

7.1D 触发器

7.1.1D 触发器引脚图如图7.1所示。

图7.1D 触发器引脚排列图

7.1.2 D 触发器功能介绍：

时钟脉冲CP=0时，触发器的状态保持不变，当CP 由0变为1时，触发器的状态改变，并由D 的状态改变。CLR 为低时有效，即当给CLR 的信号为0时，输出端为0。

7.2计数器

7.2.1计数器74193引脚排列图如图7.2所示。

图7.2计数器74193

U374193

P015P11P210P39Q03Q12Q26Q37CO

12

BO 13CLR 14LOAD 11

CLKU 5CLKD 4