15位二进制密码锁设计(数电课程设计)

15位二进制数密码锁系统设计

一．课程设计目的和任务

1、设计目的

（1）熟悉课本知识。

（2）了解数字电路的基本设计思路。

（3）掌握电路中各个芯片的具体功能。

（4）体会从理论到实践的思想。

（5）学会使用Multisim软件进行模拟实现。

（6）提高分析问题和解决问题的能力。

2、设计任务与要求

（1）具有密码预置功能。

（2）输入密码采用串行方式，输入过程中不提供密码数值信息。

（3）当输入15位密码完全正确时，密码锁打开。密码锁一旦打开，只有按下RST复位键时才能脱离开锁状态，并返回初始状态。

（4）密码输入过程中，只要输错1位密码，系统便进入错误状态。此时，只有按下RST复位键时才能脱离错误状态，返回初始状态。

（5）如果连续3次输错密码，系统将报警。一旦报警，将清楚错误此数记录，且只有按下RST复位键才能脱离报警状态，返回初始状态。

二．任务分析与系统设计

1、任务分析

首先，要求其电路设计需要具有密码预置功能以及要使密码输入采用串行输入，因此需要用到寄存器，如74LS194，集成双向移位寄存器。又由于是15位二进制数密码锁，所以需要用到四个74LS194。

其次，如果输入十五位密码全部正确时，密码锁打开。此时需要用到同步十六进制计数器，如74LS163。并用彩色指示灯亮时表示开锁。此外还需要D触发器、SR触发器和四输入与门74LS21等芯片来辅助这些任务的完成。

再次，如果密码输入过程中，只要输错一位密码，系统便进入错误状态。因此在每一位密码比较时都要判断是否出现错误，并且错误时使另一个彩色指示灯亮。当连续三次输错密码时，使系统将报警，也是需用一个彩色指示灯亮。这时还需要一个十六进制加法计数器，如74LS163，让其计数到三时使指示灯亮。

最后，让一个开关RST控制这些指示灯让其熄灭，并让所有的电路元件恢复

初始状态。

2、元器件清单

表1 元器件清单

3、具体设计过程

我们设计的数字电路图包含密码预置电路、密码比较电路、计数电路、消警报警控制电路、开锁封锁控制电路、错误初始化控制电路等部分组成。

在密码预置电路中，第一个四位移位寄存器74LS194的并行输出端的高位QD接第二个四位移位寄存器的右移串行输入端SR，依次连接。并且第一个四位移位寄存器74LS194的并行输入端的低位A端接地。由四片四位移位寄存器74LS194组成十五位移位寄存器。S1,S0位为选择端，RD为使能端，S1,S0接高电平时，移位寄存器处在并行置数状态。此时，在第一个四位移位寄存器74LS194的B、C、D端以及第二、三、四的四位移位寄存器74LS194的A、B、C、D端置入密码；再将S1接低电平，此时移位寄存器处在右移工作状态，密码预置完毕。

在密码比较电路中，先控制CLK 脉冲按键，移位寄存器并行输出的最后一位在 D触发器输出并与输入密码通过异或门判断是否相同，相同时输出0，不同时输出1。当密码不同时，比较电路输出1，即D端为1，D触发器上升沿触发，Q端输出高电平，错误显示灯亮，系统便进入错误状态。按动RST键，给D触发器一脉冲，错误显示灯灭，系统脱离错误状态。

在计数电路中，十六进制同步计数器74LS163芯片，EP ，ET为选择端，RD 为使能端。报警电路：74LS163芯片通过与门接成三进制计数器，最低两位相与作为进位，通过非门控制使能端RD。比较输出端控制EP ，ET为1时，是计数器计数一次，EP 为0时，计数保持。纪录三次时进位，并且计数器清零。开锁电路：十六进制计数器74LS163芯片通过四输入二与芯片接成十五进制计数器，

由进位取反与比较输出取反相与共同控制使能端RD ，有一端为0则计数器清零。错误计数三次进位时，通过RS 触发器特性输出高电平报警电路开始报警。报警持续直到按下RST 键时，改变RS 触发器输入使RS 触发器输出低电平，脱离报警状态，同时电路清零。当正确计数十五次时, 在RS 触发器S 端输出高电平，R 端为低电平，此时密码锁打开。 按下RST 键，改变RS 触发器输入使RS 触发器S 端为低电平，R 端为高电平，此时密码锁封锁。同时，系统进入初始状态。 系统框图如下：

图1 系统框图

4、确定设计方案（各功能电路模块）

（1）密码预置电路

图2 密码预置电路

如图2所示，密码预置电路是由四片四位移位寄存器74LS194D 组合成十五位移位寄存器， S1，S0为选择端， RD 为使能端此时接高电平，当J6开关接高电平，即S1，S0

接高电平时，移位寄存器在并行输入状态，此时在第一个四

位移位寄存器74LS194的B 、C 、D 端以及第二、三、四的四位移位寄存器74LS194D 的A 、B 、C 、D 端置入密码。关闭J7并打开，使其产生一脉冲，此时才将A 、B 、C 、D 端的数预置。将开关 J6接低电平，即S1接低电平，移位寄存器在右移工作状态，再按动开关J7 ，产生脉冲使密码一位一位的输出。 （2）密码比较电路以及错误状态电路

图3 密码比较电路以及错误状态电路 表2 D 触发器功能表

如图3所示，此电路通过两个上升沿触发的 D 触发器输出需比较的密码，一个是从Q 端输入的，另一个是第四个74LS194D 的QD 端输入的。再通过异或门判断是否相同,相同时输出为0，不同为1。当输出为0时，D 端为0，所以当出现脉冲时指示灯不亮。当输出为1时，D 端为1，所以当出现脉冲时指示灯变亮，出现错误。 （3）报警状态电路

图4 报警状态电路 表3 RS 触发器功能表

如图4所示，当错误三次进位时，通过RS 触发器特性S 输出高电平，R 为低电平时，报警电路开始报警，即指示灯变亮。报警持续直到按下RST

键时，触

D Qn Qn+1 0

0 0 1 0 1 0 1 1

1 1

S R Qn Qn+1 0

0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1

1

1