数字逻辑电路课设电子密码锁电路

目录

1 课题背景 (1)

1.1 目的意义 (1)

1.2 基本理论基础 (1)

2 方案比较与选择 (2)

2.1 方案一 (2)

2.2 方案二 (3)

2.3 方案选择 (3)

3 组合逻辑电路 (4)

3.1组合逻辑电路的分析方法 (4)

3.2组合逻辑电路的设计 (5)

4 TTL与非门电路 (6)

4.1 74LS00芯片引脚图及功能表 (7)

4.2 74LS20芯片引脚图及功能表 (9)

5 电路原理图 (10)

6 总结与心得 (10)

参考文献 (12)

1 课题背景

1.1 目的意义

随着电子工业的发展，数字电子技术已经深入到了人们生活的各个层面，而且各种各样的电子产品也正在日新月异地向着高精尖技术发展。由于电子产品的功能不断增加，使用也越来越方便，有些产品已经成为了人们日常生活中不可缺少的必备物品。发展历史悠久的机械式门锁，因其功能单一，安全性能较差等缺点，必将被新一代的电子门锁所代替。新颖的多功能电子门锁，集电子门锁、防盗报警器，门铃等功能于一身，而且还具有定时器呼唤，断电自动报知，显示屋内有无人和自动留言等诸多附加功能。在未来的生活中，数字密码锁必将在学领域再创新的成绩，将给我们的生活带来更大的便利，前景不可估量。

1.2 基本理论基础

TTL门电路基础芯片为基本，通过芯片间功能的组合，可实现各种实用的功能。本实验主要用与非门电路元件芯片实现试验目的。并自拟以下两种方案。

2 方案比较与选择

2.1 方案一

方案一如图2.1所示。

图2.1 方案一

由4个单刀双掷开关构成密码开关，用户可以通过控制开关来控制A、B、C、D四个输入端的电平的高低，进而控制输出电平的高低以及报警信号的工作。当输入端与设置的密码相符时，则输出为高电平，二极管亮，否则输出为低电平，并且发出报警，即蜂鸣器发出响声，至此完成电路的设计。

2.2 方案二

方案二如图2.2所示。

图2.2 方案二

用4个异或门连接输入端，并分别于反相器连接，再相与。当输入密码与设置密码相同时，电路输出为高电平，发光二极管不亮，当输入密码与设置密码不相同时，电路输出为低电平，发出报警，发光二极管亮。至此完成电路的设计。

2.3 方案选择

两种方案都充分用到了门电路及数字电子技术课程上所学的知识。两种方案都需要74LS00、74LS04、74LS20三种门电路芯片，可有实验室供应设备。另外也同时具备LED及扬声器报警之类的报警电路。

但由于方案二中需要的异或门连接输入端与XCR_2反相器较一相比过于复杂而又难以搜集元件。虽方案一中需要4只单刀双掷开关，但可以用导线的断连临时代替双掷的效果。最终决定使用方案一进行实验。

3 组合逻辑电路

组合逻辑电路是用各种门电路组成的，用于实现某种组合逻辑功能的复杂逻辑电路。组合逻辑电路在逻辑功能上的特点是任意时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入，与电路原来的状态无关。因此，组合逻辑电路在电路结构上的特点是：输出与输入之间一般没有反馈贿赂；电路中没有记忆单元；当输入信号的状态组合改变时，输出状态也随着改变。

组合逻辑电路的功能以逻辑图、逻辑表达式、真值表等形式进行描述。逻辑图是描述实现逻辑功能的电路结构，但对功能的描述不够直观；逻辑表达式和真值表能够直观、明显的描述逻辑功能，所以进行逻辑电路分析和逻辑问题的实际电路设计时，通常使用列出真值表分析逻辑电路的逻辑功能，或者列出真值表分析实际逻辑问题的逻辑关系，并从真值表得出逻辑命题的函数表达式，设计实现逻辑命题的逻辑电路。

3.1组合逻辑电路的分析方法

组合逻辑电路的分析，就是找出给定逻辑电路输出和输入之间的逻辑关系，从而了解给定逻辑电路的逻辑功能。组合逻辑电路的分析方法通常采用代数法，分析过程一般按下列步骤进行：

（1）根据给定组合逻辑电路的逻辑图，以每个门电路的输入端输入信号为自变量，写出各种逻辑门输出端的逻辑表达式，对于中间变量最好在写出表达式的同时化简，以免积累到最后。

（2）化简总输出端的逻辑表达式。

（3）列出真值表。

（4）从逻辑函数表达式或真值表，分析出给定组合逻辑电路的逻辑功能。

3.2组合逻辑电路的设计

对于第一个逻辑表达工式或逻辑电路，其真值表可以是惟一的，但其对应的逻辑电路或逻辑表达式可能有多种实现形式，所以，一个特定的逻辑问题，其对应的真值表是惟一的，但实现它的逻辑电路是多种多样的。在实际设计工作中，如果由于某些原因无法获得某些门电路，可以通过变换逻辑表达式变电路，从而能使用其他器件来代替该器件。同时，为了使逻辑电路的设计更简洁，通过各方法对逻辑表达式进行化简是必要的。组合电路可用一组逻辑表达式来描述。设计组合电路直就是实现逻辑表达式。要求在满足逻辑功能和技术要求基础上，力求使电路简单、经济、可靠、实现组合逻辑函数的途径是多种多样的，可采用基本门电路，也可采用中、大规模集成电路。

组合逻辑电路的设计一般可按以下步骤进行:

（1）逻辑抽象。将文字描述的逻辑命题转换成真值表叫逻辑抽象。首先要分析逻辑命题，确定输入、输出变量；然后用二值逻辑的0、1两种状态分别对输入、输出变量进行逻辑赋值，即确定0、1的具体含义；最后根据输出与输入之间的逻辑关系列出真值表。

（2）选择器件类型。根据命题的要求和器件的功能及其资源情况决定采用哪种器件。

（3）根据真值表和选用逻辑器件的类型，写出相应的逻辑函数表达式。

（4）根据逻辑函数表达式及选用的逻辑器件画出逻辑电路图。

实际设计时，还要进行生产工艺设计，包括进行生产工艺设计，包括器件安装机箱、电源、控制开关、输入开关、相关显示电路、外观布置、生产工艺等的设计。

4 TTL与非门电路

全称Transistor-Transistor Logic,即BJT-BJT逻辑门电路，是数字电子技术中常用的一种逻辑门电路，应用较早，技术已比较成熟。TTL主要有BJT（Bipolar Junction Transistor 即双极结型晶体管，晶体三极管）和电阻构成，具有速度快的特点。最早的TTL门电路是74系列，后来出现了74H系列，74L系列，74LS,74AS,74ALS 等系列。

TTL电平信号被利用的最多是因为通常数据表示采用二进制规定，+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”，这被称做TTL（晶体管-晶体管逻辑电平）信号系统，这是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。

TTL电平信号对于计算机处理器控制的设备内部的数据传输是很理想的，首先计算机处理器控制的设备内部的数据传输对于电源的要求不高以及热损耗也较低，另外TTL电平信号直接与集成电路连接而不需要价格昂贵的线路驱动器以及接收器电路；再者，计算机处理器控制的设备内部的数据传输是在高速下进行的，而TTL接口的操作恰能满足这个要求。TTL型通信大多数情况下，是采用并行数据传输方式，而并行数据传输对于超过10英尺的距离就不适合了。这是由于可靠性和成本两面的原因。因为在并行接口中存在着偏相和不对称的问题，这些问题对可靠性均有影响。