数字密码锁

沈阳工程学院

课程设计任务书

课程设计题目：数字密码锁设计

二级学院 自动化 班级

学生姓名 学号

指导教师 职称

课程设计进行地点： F215 任 务 下 达 时 间： 2014年 12月31日

起止日期： 2015年1月5日起——至2015年1月9日止

系部主任 2014年12月31日批准

以下内容根据各专业特点自行确定（如条件、资料、内容、任务、进度安排及要求等）：

- I -

1. 设计主要内容及要求

数字密码锁设计。

1）简要说明

设计由编码器、集成逻辑门电路、声光报警指示电路构成的密码锁电路，研究门电路的接口与驱动技术，学习组合逻辑电路的设计方法；用proteus 软件仿真；测试电路的逻辑功能。

2）任务和要求

(1) 密码锁电路由密码输入电路、密码设置电路和密码控制电路组成，密码输入及密码设置均采用十进制数形成，密码通过键盘输入，密码设置通过开关输入。

(2) 如果输入的密码与预先设定的密码相同，保险箱将被打开，密码控制电路输出端E=1，F=0；否则电路发出声、光报警信号，即输出端E=0；F=1；

(3) 实验时，“锁被打开”的状态可用绿色发光二极管指示；声、光报警可分别用红色发光蜂鸣器及二极管指示。

(4) 写出设计步骤，画出最简的逻辑电路图。

(5) 对设计的电路进行仿真、修改，使仿真结果达到设计要求。

(6) 安装并测试电路的逻辑功能。

(7) 如果有一个开锁用的钥匙插孔输入端G ，则在开箱时(G=1)，密码输入才有效，是在上述电路基础上实现该功能。

3）训练目标

熟练使用proteus 软件仿真，具备数字电子技术制作初步能力，通过完成本课题的硬件设计，使同学们了解数字电路整个开发流程。

2. 对设计说明书、论文撰写内容、格式、字数的要求

1）课程设计说明书（论文）是体现和总结课程设计成果的载体，一般不应少于3000字。

2）学生应撰写的内容为：中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献等。课程设计说明书（论文）的结构及各部分内容要求可参照《沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范》执行。应做到文理通顺，内容正确完整，书写工整，装订整齐。

3）说明书（论文）手写或打印均可。手写要用学校统一的课程设计用纸，用黑或蓝黑墨水工整书写；打印时按《沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范》的要求进行打印。

4）课程设计说明书（论文）装订顺序为：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献。

3. 时间进度安排；

- II -

- III -

摘 要

电子数字密码锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而控

制机械开关的闭合的操作方式。本文的设计是基于单片机AT89S52，它具有超大规模集成电路技术，有极强的数据处理功能，I/O口多。以它为核心设计的密码锁，结构小，功能强，可以适用于许多单位甚至家里的各个家用电器，当然保险箱更是需要它。

关键词 数字密码锁 智能锁 安全 密码

- IV -

Abstract

Digital electronic locks is a password to control circuit or chips, to control the mechanical switch. We take the microcontroller. It has large scale integrated circuit technology and strong data processing function. With its core design locks, small structure, the function is strong. Now many units of home appliances, even all that were still safe need of it.

Key words Number combination lock intelligent lock

- II - secure cipher code

目 录

摘 要.............................................................................................................................................. I Abstract ............................................................................................................................................ II

1 绪 论............................................................................................................................................. 1

1.1 项目研究的背景及意义 . ................................................................................................... 1

1.2 数字密码锁的现状和发展趋势 . ....................................................................................... 1

2. 设计任务与要求 . ........................................................................................................................... 2

2.1 简要说明 . ........................................................................................................................... 2

2.2任务和要求 . ........................................................................................................................ 2

2.3训练目标 . ............................................................................................................................ 3

3. 单元电路的设计 . ......................................................................................................................... 3

3.1总体框图设计 . .................................................................................................................... 3

3.2功能模块部分 . .................................................................................................................... 3

3.2.1脉冲电路.............................. . ................................................................................... 3

3.2.2优先编码器74LS148芯片 ..................................................................................... 6

3.2.3 电路状态显示与报警电路 . .................................................................................... 7

3.2.4 74LS09芯片 ......................................................................................................... 7

3.2.5 74LS04芯片 ......................................................................................................... 8

4电路中的门电路应用 . ................................................................................................................... 9

5总原理图及元器件清单 . ............................................................................................................. 10

5.1仿真原理总图 . .................................................................................................................. 10

5.2 元件清单 . ......................................................................................................................... 11

6实物效果图片 . ............................................................................................................................. 12

结论 ................................................................................................................................................ 13

致谢 ................................................................................................................................................ 14

参考文献......................................................................................................................................... 15

1 绪 论

1.1 项目研究的背景及意义

随着电子技术和计算机技术的飞速发展，单片机性能不断完善，性能价格比显著提高，技术日趋完善。由于单片机具有体积小、重量轻、价格便宜、功耗低、控制功能强及运算速度快等特点，因而在国民经济建设、军事及家用电器等各个领域均得到了广泛的应用。本设计利用单片机及附加器件实现数据采集和控制算法，来完成某一实际功能，检验并提高同学对整体电路设计和把握能力，了解单片机系统设计流程，以及电路板的实际制作和调试能力。同时也加强对数字电路、单片机和微机原理等课程知识的实际应用能力，也为同类产品的进一步发展奠定理论和实践基础。

20世纪80年代后，随着电子锁专用集成电路的出现，电子锁的体积缩小，可靠性提高，成本较高，是适合使用在安全性要求较高的场合，且需要有电源提供能量，使用还局限在一定范围，难以普及，所以对它的研究一直没有明显进展。

目前，在西方发达国家，电子密码锁技术相对先进，种类齐全，电子密码锁已被广泛应用于智能门禁系统中，通过多种更加安全，更加可靠的技术实现大门的管理。在我国电子锁整体水平尚处于国际上70年代左右，电子密码锁的成本还很高，市场上仍以按键电子锁为主，按键式和卡片钥匙式电子锁已引进国际先进水平，现国内有几个厂生产供应市场。但国内自行研制开发的电子锁，其市场结构尚未形成，应用还不广泛。国内的不少企业也引进了世界上先进的技术，发展前景非常可观。希望通过不断的努力，使电子密码锁在我国也能得到广泛应用。

.

1.2 数字密码锁的现状和发展趋势

电子密码锁应用于金融业，其根本的作用是“授权”，即被“授权”的人才可以存取钱、物。广义上讲，金融业的“授权”主要包括以下三种层次的内容：

1、授予保管权，如使用保管箱、保险箱和保险柜；2、授予出入权，如出入金库、运钞车和保管室；3、授予流通权，如自动存取款。目前，金融行业电子密码锁的应用主要集中在前两个层面上。下面将介绍几种在金融行业中使用较多的电子密码锁以及它们的技术发展方向。当然，以上所说的授权技术再高超，都必须由精良的“锁具”担当承载结构部件，实现开启、闭锁的功能，而且承担实体防护作用，抵抗住或尽量延迟破坏行为，让电子密码锁“软、硬不吃”。一般情况下，锁具防盗的关键是锁身外壳、闭锁的部件的强度、锁止型式、配合间隙和布局。提高电子密码锁之防护能力的必然途径是报警，在金融业的许多场所有人值守、有电视监控，具有报警功能，可以综合物理防范和人力防范两种作用。报警的前 - 1 -

提是具备探测功能，根据电子密码锁的使用场所和防护要求，可选择多种多样的探测手段。在中国的城市金融业中，实现联网报警已经成为对各金融网点的基本要求。根据国内外的实践经验，金融业实行安全防范风险等级很有必要，即依据使用的防盗报警器材的性能、安装布局和人员值守状况等，可以评估被防护物或区域的防护能力，得出风险等级，其中，电子密码锁的性能至关重要。

由于数字、字符、图形图像、人体生物特征和时间等要素均可成为钥匙的电子信息，组合使用这些信息能够使电子密码锁获得高度的保密性，如防范森严的金库，需要使用复合信息密码的电子密码锁，这样对盗贼而言是“道高一尺、魔高一丈”。组合使用信息也能够使电子密码锁获得无穷扩展的可能，使产品多样化，对用户而言是“千挑百选、自得其所”。

2. 设计任务与要求

2.1 简要说明

设计由编码器、集成逻辑门电路、声光报警指示电路构成的密码锁电路，研究门电路的接口与驱动技术，学习组合逻辑电路的设计方法；用proteus 软件仿真；测试电路的逻辑功能。

2.2任务和要求

(1) 密码锁电路由密码输入电路、密码设置电路和密码控制电路组成，密码输入及密码设置均采用十进制数形成，密码通过键盘输入，密码设置通过开关输入。

(2) 如果输入的密码与预先设定的密码相同，保险箱将被打开，密码控制电路输出端E=1，F=0；否则电路发出声、光报警信号，即输出端E=0；F=1；

(3) 实验时，“锁被打开”的状态可用绿色发光二极管指示；声、光报警可分别用红色发光蜂鸣器及二极管指示。

(4) 写出设计步骤，画出最简的逻辑电路图。

(5) 对设计的电路进行仿真、修改，使仿真结果达到设计要求。

(6) 安装并测试电路的逻辑功能。

(7) 如果有一个开锁用的钥匙插孔输入端G ，则在开箱时(G=1)，密码输入才有效，是在上述电路基础上实现该功能。

- 2 -

2.3训练目标

熟练使用proteus 软件仿真，具备数字电子技术制作初步能力，通过完成本课题的硬件设计，使同学们了解数字电路整个开发流程。

3. 单元电路的设计

3.1总体框图设计

3.2功能模块部分

3.2.1

此处提到的脉冲电路在计数器计时与报警电路的驱动中均用到，只不过是频率不同而已。就其理论上来说是一致的。

555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3。

1脚：外接电源负端VSS 或接地，一般情况下接地。

- 3 -

脉冲电路

2脚：低触发端TR 。

3脚：输出端V o

4脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR 、TH 处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。

5脚：VC 为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF 电容接地，以防引入干扰。 6脚：高触发端TH 。

7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。

8脚：外接电源VCC ，双极型时基电路VCC 的范围是4.5 ~ 16V，CMOS 型时基电路VCC 的范围为3 ~ 18V。一般用5V 。 本次利用555组成多谐振荡器来产生脉冲波，只要通过控制对应的电阻与电容的对应参数，就可以控制输出端口的输出脉冲波的频率。 555定时器内部原理图和管脚图如下所示：

555定时器内部结构

555定时器引脚功能

- 4 -

本系统设计所需的秒脉冲是用555定时器构成多谐振荡器来产生的，电路设计如图所示

555定时器仿真

555定时器的功能表

由于1s 脉冲信号的频率太低（为1Hz ），利用普通示波器很难显示，只能利用二极管显示灯显示其输出状况。但高频信号可以用示波器显示并测得频率，本次试验高频信号的显示截屏如下：

- 5 -

3.2.2优先编码器74LS148芯片

在优先编码器电路中，允许同时输入两个以上编码信号。不过在设计优先编码器时，已经将所有的输入信号按优先顺序排了队。在同时存在两个或两个以上输入信号时，优先编码器只按优先级高的输入信号编码，优先级低的信号则不起作用。74LS148是一个八线-三线优先级编码器。74LS148优先编码器管脚功能介绍:为16脚的集成芯片，电源是VCC(16) GND(8),I0—I7为输入信号，A2,A1,A0为三位二进制编码输出信号，IE 是使能输入端，OE 是使能输出端，GS 为片优先编码输出端。

仿真有限编码器

如图所示的是八线-三线编码器741s48的惯用符号及管脚图引脚图。

74LS148管脚

- 6 -

3.2.3 电路状态显示与报警电路

电路由状态显示与报警电路组成。报警电路很简单，小喇叭负极接地，用警报信号控制高频脉冲输入到小喇叭的正极即可。在电路需要发生警报的时候，警报信号为1可以使高频信号通过；在正常状态不需要警报的情况下，警报信号为0，小喇叭得不到高次脉冲，不响。密码输入并打开确认按键后，由密码比较电路进行比较，若密码正确，绿灯会亮。若密码不正确或是由于超时超次导致电路被锁的情况下，红灯会亮，并给出警报信号为1，使得小喇叭发出警报声。 电路图如下：

3.2.4 74LS09芯片

74ls09是集电极开路输出的2输入四与门。输入为A ，B ，输出为Y 则 Y=AB。因为是集电极开路输出，输出端可输出灌电流16ma 。

- 7 -

74LS09内部图片

74LS09管脚图 3.2.5 74LS04芯片

该74LS04是高速的硅栅CMOS 器件并兼容低功耗肖特基的TTL

（ LSTTL ） 。他们中指明遵守JEDEC 的没有标准。 7A 款。 74HC/HCT04提供的6个颠倒缓冲器。

74HC04是内含6组相同的反相器。即

1A 输入高电平，1Y 输出低电平六反相器。

74LS04内部结构

- 8 -

74LS04引脚

4电路中的门电路应用

本次密码器的设计的逻辑门电路部分使用了3个与门，两个非门，一个红灯，一个绿灯和一个蜂鸣器。如图4.3可知，当密码输入正确时，U2A 与门输出高电平，绿灯接高电平变亮，通过一个U3A 非门，使红灯接低电平不亮，U9A 输出低电平蜂鸣器不工作。反之，蜂鸣器鸣叫，直至密码输入正确。

图4. 3逻辑门部分电路图

蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。 ；蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。我们使用的是压电式。

- 9 -

5总原理图及元器件清单

5.1仿真原理总图

- 10 -

5.2 元件清单

- 11 -

6实物效果图片

- 12 -

本课程设计的任务和目标是实际设计数字密码锁，并在电脑上用proteus 软件模拟实现设计，从而加深对知识的理解和综合利用，提升自己的实践能力，并掌握一些通用的电子设计和仿真软件。通过查寻资料、方案比较以及设计计算、制作调试、撰写总结报告等环节的基本训练，进一步提高分析解决实际问题的能力。通过初步了解产品研发的基本程序、方法，掌握一定的光电产品设计制作的技能。整个设计过程中，我个人感觉选择方案部分是最难的，当你设计的电路能调节频率时却牺牲了调节幅度，当能完成两者兼容的方案时调节范围又变得极其窄了，因此我们必须要有广阔的知识面，能把一些电路组装的能力。其次是调试部分，因为理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。而参数的调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，而这个可能也是老师要求我们加以提高的一个重要方面吧！还有实际操作中成本的估算和实际可用性也是我们必须考虑的一个方面，所以我们在以后学习和工作中必须有这一方面的意识，这样我们的设计才会得到认可。在制作仿真时，我们查阅了大量的资料，最后我们总结出：首先是要画出设计原理图，连线必须正确和不能有虚连；其次是元器件的封装问题，这是一个非常繁琐的工作，因为我们并不知道封装的知识，然而我们经过上网学习，查阅各种器件封装、型号，最终全部完成；第三，是要生成网络表，这个并不难，只要你连线正确就OK ；第四，是要在仿真文件中导入网络表，这时它会提醒你有那些错误，当时我们的元件出现了错误，经过漫长的查找才知道是管脚的名字错误，最终这一步我们也完成了。当我们花了近三天时间的工作完成作品后，心情真的和好。可是在经过认真的深思熟虑之后，才发现我们做的数字密码锁不是那么的成功。首先，密码智能设置1位，其次确认键的设置也不行，因为确认键可以先按，这样至少经过一两次的尝试按键时，可以把密码确认出来。其实我们的作品还有很多漏洞，只是暂时没有发现而已。

假期时间，因为参加过电子设计大赛对于一些焊电路的手法比较熟练，所以在课程设计期间本人主要担任的任务是将实物做出来。但在焊接电路期间，其实也出现了很多错误之处，比如：20个按键的链接。因为实验室只有单刀双掷的开关，没有单刀单掷所以焊接开关的时候还要用万用表笔测量后才能焊接，本次实验20个开关每个开关修改了三次后才符合了电路的要求功能。

- 13 -

首先要感谢学校能给我这次课程设计的机会，让我能够更加深刻的体会和感觉到平时学习知识点的缺少和匮乏。其次感谢高老师还有教研室的一些老师们能在百忙之中抽出时间来给我们细心指导和讲解。在这次我的任务是在老师的帮助下完成的，每次遇到问题的时候，我都向老师请教，老师非但没有认为我的问题幼稚、无知，还是会对我的问题做了一系列的指导，并且告诉我有哪方面的错误，从课题的选择到设计的完成，老师也付出了很多的精力，还在思想和生活上给我无微不至的关怀。

这次课程设计我们小组用了4天的时间去深层次的运用数电知识来解决电子密码锁的设计和实物的制作，通过查阅大量的资料，和同学交流经验，向老并师请教，使自己收获颇多，不但懂得了设计的原理和方案，还可以让我在这次的设计中知道了许多我以前不懂的地方，知道每一项的成就都不是那么容易的，每个成功的人后面必定会付出了比我们想象的更多的辛劳，所以，在今后的日子里，我将会将我懂得的很多道理应用到实际生活中去，那么将会更加培养了我的能力，无论是在哪些方面。

最后，万分感谢老师能在百忙之中能够为我细心讲解电路的不足之处，虽然这几天在实验室很辛苦，但是看到实物出来了，真的有点小激动。

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参考文献

【1】 程国钢 杨后川 Proteus 原理图设计与电路仿真 电子工业出版社

【2】 康华光 邹寿彬 电子技术基础（第五版）数字部分 高等教育出版社

【3】 康华光 邹寿彬 电子技术基础（第五版）模拟部分 高等教育出版社

【4】 中国集成电路大全编委会. 中国集成电路大全—TTL[M]. 集成电路国防工业出版社，1995年

【5】 何小艇. 电子系统设计[M] 杭州浙江大学出版社

【6】 宋家友. 电子爱好者集成电子线路设计手册[M]. 福建科学技术出版社，2002年5月第一版

【7】 电子工程编委会等. 中外集成电路简明速查手册--TTL,CMOS[J] .电子工业出版社，1991年

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沈阳工程学院

课程设计任务书

课程设计题目：数字密码锁设计

二级学院 自动化 班级

学生姓名 学号

指导教师 职称

课程设计进行地点： F215 任 务 下 达 时 间： 2014年 12月31日

起止日期： 2015年1月5日起——至2015年1月9日止

系部主任 2014年12月31日批准

以下内容根据各专业特点自行确定（如条件、资料、内容、任务、进度安排及要求等）：

- I -

1. 设计主要内容及要求

数字密码锁设计。

1）简要说明

设计由编码器、集成逻辑门电路、声光报警指示电路构成的密码锁电路，研究门电路的接口与驱动技术，学习组合逻辑电路的设计方法；用proteus 软件仿真；测试电路的逻辑功能。

2）任务和要求

(1) 密码锁电路由密码输入电路、密码设置电路和密码控制电路组成，密码输入及密码设置均采用十进制数形成，密码通过键盘输入，密码设置通过开关输入。

(2) 如果输入的密码与预先设定的密码相同，保险箱将被打开，密码控制电路输出端E=1，F=0；否则电路发出声、光报警信号，即输出端E=0；F=1；

(3) 实验时，“锁被打开”的状态可用绿色发光二极管指示；声、光报警可分别用红色发光蜂鸣器及二极管指示。

(4) 写出设计步骤，画出最简的逻辑电路图。

(5) 对设计的电路进行仿真、修改，使仿真结果达到设计要求。

(6) 安装并测试电路的逻辑功能。

(7) 如果有一个开锁用的钥匙插孔输入端G ，则在开箱时(G=1)，密码输入才有效，是在上述电路基础上实现该功能。

3）训练目标

熟练使用proteus 软件仿真，具备数字电子技术制作初步能力，通过完成本课题的硬件设计，使同学们了解数字电路整个开发流程。

2. 对设计说明书、论文撰写内容、格式、字数的要求

1）课程设计说明书（论文）是体现和总结课程设计成果的载体，一般不应少于3000字。

2）学生应撰写的内容为：中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献等。课程设计说明书（论文）的结构及各部分内容要求可参照《沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范》执行。应做到文理通顺，内容正确完整，书写工整，装订整齐。

3）说明书（论文）手写或打印均可。手写要用学校统一的课程设计用纸，用黑或蓝黑墨水工整书写；打印时按《沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范》的要求进行打印。

4）课程设计说明书（论文）装订顺序为：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献。

3. 时间进度安排；

- II -

- III -

摘 要

电子数字密码锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而控

制机械开关的闭合的操作方式。本文的设计是基于单片机AT89S52，它具有超大规模集成电路技术，有极强的数据处理功能，I/O口多。以它为核心设计的密码锁，结构小，功能强，可以适用于许多单位甚至家里的各个家用电器，当然保险箱更是需要它。

关键词 数字密码锁 智能锁 安全 密码

- IV -

Abstract

Digital electronic locks is a password to control circuit or chips, to control the mechanical switch. We take the microcontroller. It has large scale integrated circuit technology and strong data processing function. With its core design locks, small structure, the function is strong. Now many units of home appliances, even all that were still safe need of it.

Key words Number combination lock intelligent lock

- II - secure cipher code

目 录

摘 要.............................................................................................................................................. I Abstract ............................................................................................................................................ II

1 绪 论............................................................................................................................................. 1

1.1 项目研究的背景及意义 . ................................................................................................... 1

1.2 数字密码锁的现状和发展趋势 . ....................................................................................... 1

2. 设计任务与要求 . ........................................................................................................................... 2

2.1 简要说明 . ........................................................................................................................... 2

2.2任务和要求 . ........................................................................................................................ 2

2.3训练目标 . ............................................................................................................................ 3

3. 单元电路的设计 . ......................................................................................................................... 3

3.1总体框图设计 . .................................................................................................................... 3

3.2功能模块部分 . .................................................................................................................... 3

3.2.1脉冲电路.............................. . ................................................................................... 3

3.2.2优先编码器74LS148芯片 ..................................................................................... 6

3.2.3 电路状态显示与报警电路 . .................................................................................... 7

3.2.4 74LS09芯片 ......................................................................................................... 7

3.2.5 74LS04芯片 ......................................................................................................... 8

4电路中的门电路应用 . ................................................................................................................... 9

5总原理图及元器件清单 . ............................................................................................................. 10

5.1仿真原理总图 . .................................................................................................................. 10

5.2 元件清单 . ......................................................................................................................... 11

6实物效果图片 . ............................................................................................................................. 12

结论 ................................................................................................................................................ 13

致谢 ................................................................................................................................................ 14

参考文献......................................................................................................................................... 15

1 绪 论

1.1 项目研究的背景及意义

随着电子技术和计算机技术的飞速发展，单片机性能不断完善，性能价格比显著提高，技术日趋完善。由于单片机具有体积小、重量轻、价格便宜、功耗低、控制功能强及运算速度快等特点，因而在国民经济建设、军事及家用电器等各个领域均得到了广泛的应用。本设计利用单片机及附加器件实现数据采集和控制算法，来完成某一实际功能，检验并提高同学对整体电路设计和把握能力，了解单片机系统设计流程，以及电路板的实际制作和调试能力。同时也加强对数字电路、单片机和微机原理等课程知识的实际应用能力，也为同类产品的进一步发展奠定理论和实践基础。

20世纪80年代后，随着电子锁专用集成电路的出现，电子锁的体积缩小，可靠性提高，成本较高，是适合使用在安全性要求较高的场合，且需要有电源提供能量，使用还局限在一定范围，难以普及，所以对它的研究一直没有明显进展。

目前，在西方发达国家，电子密码锁技术相对先进，种类齐全，电子密码锁已被广泛应用于智能门禁系统中，通过多种更加安全，更加可靠的技术实现大门的管理。在我国电子锁整体水平尚处于国际上70年代左右，电子密码锁的成本还很高，市场上仍以按键电子锁为主，按键式和卡片钥匙式电子锁已引进国际先进水平，现国内有几个厂生产供应市场。但国内自行研制开发的电子锁，其市场结构尚未形成，应用还不广泛。国内的不少企业也引进了世界上先进的技术，发展前景非常可观。希望通过不断的努力，使电子密码锁在我国也能得到广泛应用。

.

1.2 数字密码锁的现状和发展趋势

电子密码锁应用于金融业，其根本的作用是“授权”，即被“授权”的人才可以存取钱、物。广义上讲，金融业的“授权”主要包括以下三种层次的内容：

1、授予保管权，如使用保管箱、保险箱和保险柜；2、授予出入权，如出入金库、运钞车和保管室；3、授予流通权，如自动存取款。目前，金融行业电子密码锁的应用主要集中在前两个层面上。下面将介绍几种在金融行业中使用较多的电子密码锁以及它们的技术发展方向。当然，以上所说的授权技术再高超，都必须由精良的“锁具”担当承载结构部件，实现开启、闭锁的功能，而且承担实体防护作用，抵抗住或尽量延迟破坏行为，让电子密码锁“软、硬不吃”。一般情况下，锁具防盗的关键是锁身外壳、闭锁的部件的强度、锁止型式、配合间隙和布局。提高电子密码锁之防护能力的必然途径是报警，在金融业的许多场所有人值守、有电视监控，具有报警功能，可以综合物理防范和人力防范两种作用。报警的前 - 1 -

提是具备探测功能，根据电子密码锁的使用场所和防护要求，可选择多种多样的探测手段。在中国的城市金融业中，实现联网报警已经成为对各金融网点的基本要求。根据国内外的实践经验，金融业实行安全防范风险等级很有必要，即依据使用的防盗报警器材的性能、安装布局和人员值守状况等，可以评估被防护物或区域的防护能力，得出风险等级，其中，电子密码锁的性能至关重要。

由于数字、字符、图形图像、人体生物特征和时间等要素均可成为钥匙的电子信息，组合使用这些信息能够使电子密码锁获得高度的保密性，如防范森严的金库，需要使用复合信息密码的电子密码锁，这样对盗贼而言是“道高一尺、魔高一丈”。组合使用信息也能够使电子密码锁获得无穷扩展的可能，使产品多样化，对用户而言是“千挑百选、自得其所”。

2. 设计任务与要求

2.1 简要说明

设计由编码器、集成逻辑门电路、声光报警指示电路构成的密码锁电路，研究门电路的接口与驱动技术，学习组合逻辑电路的设计方法；用proteus 软件仿真；测试电路的逻辑功能。

2.2任务和要求

(1) 密码锁电路由密码输入电路、密码设置电路和密码控制电路组成，密码输入及密码设置均采用十进制数形成，密码通过键盘输入，密码设置通过开关输入。

(2) 如果输入的密码与预先设定的密码相同，保险箱将被打开，密码控制电路输出端E=1，F=0；否则电路发出声、光报警信号，即输出端E=0；F=1；

(3) 实验时，“锁被打开”的状态可用绿色发光二极管指示；声、光报警可分别用红色发光蜂鸣器及二极管指示。

(4) 写出设计步骤，画出最简的逻辑电路图。

(5) 对设计的电路进行仿真、修改，使仿真结果达到设计要求。

(6) 安装并测试电路的逻辑功能。

(7) 如果有一个开锁用的钥匙插孔输入端G ，则在开箱时(G=1)，密码输入才有效，是在上述电路基础上实现该功能。

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2.3训练目标

熟练使用proteus 软件仿真，具备数字电子技术制作初步能力，通过完成本课题的硬件设计，使同学们了解数字电路整个开发流程。

3. 单元电路的设计

3.1总体框图设计

3.2功能模块部分

3.2.1

此处提到的脉冲电路在计数器计时与报警电路的驱动中均用到，只不过是频率不同而已。就其理论上来说是一致的。

555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3。

1脚：外接电源负端VSS 或接地，一般情况下接地。

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脉冲电路

2脚：低触发端TR 。

3脚：输出端V o

4脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR 、TH 处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。

5脚：VC 为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF 电容接地，以防引入干扰。 6脚：高触发端TH 。

7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。

8脚：外接电源VCC ，双极型时基电路VCC 的范围是4.5 ~ 16V，CMOS 型时基电路VCC 的范围为3 ~ 18V。一般用5V 。 本次利用555组成多谐振荡器来产生脉冲波，只要通过控制对应的电阻与电容的对应参数，就可以控制输出端口的输出脉冲波的频率。 555定时器内部原理图和管脚图如下所示：

555定时器内部结构

555定时器引脚功能

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本系统设计所需的秒脉冲是用555定时器构成多谐振荡器来产生的，电路设计如图所示

555定时器仿真

555定时器的功能表

由于1s 脉冲信号的频率太低（为1Hz ），利用普通示波器很难显示，只能利用二极管显示灯显示其输出状况。但高频信号可以用示波器显示并测得频率，本次试验高频信号的显示截屏如下：

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3.2.2优先编码器74LS148芯片

在优先编码器电路中，允许同时输入两个以上编码信号。不过在设计优先编码器时，已经将所有的输入信号按优先顺序排了队。在同时存在两个或两个以上输入信号时，优先编码器只按优先级高的输入信号编码，优先级低的信号则不起作用。74LS148是一个八线-三线优先级编码器。74LS148优先编码器管脚功能介绍:为16脚的集成芯片，电源是VCC(16) GND(8),I0—I7为输入信号，A2,A1,A0为三位二进制编码输出信号，IE 是使能输入端，OE 是使能输出端，GS 为片优先编码输出端。

仿真有限编码器

如图所示的是八线-三线编码器741s48的惯用符号及管脚图引脚图。

74LS148管脚

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3.2.3 电路状态显示与报警电路

电路由状态显示与报警电路组成。报警电路很简单，小喇叭负极接地，用警报信号控制高频脉冲输入到小喇叭的正极即可。在电路需要发生警报的时候，警报信号为1可以使高频信号通过；在正常状态不需要警报的情况下，警报信号为0，小喇叭得不到高次脉冲，不响。密码输入并打开确认按键后，由密码比较电路进行比较，若密码正确，绿灯会亮。若密码不正确或是由于超时超次导致电路被锁的情况下，红灯会亮，并给出警报信号为1，使得小喇叭发出警报声。 电路图如下：

3.2.4 74LS09芯片

74ls09是集电极开路输出的2输入四与门。输入为A ，B ，输出为Y 则 Y=AB。因为是集电极开路输出，输出端可输出灌电流16ma 。

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74LS09内部图片

74LS09管脚图 3.2.5 74LS04芯片

该74LS04是高速的硅栅CMOS 器件并兼容低功耗肖特基的TTL

（ LSTTL ） 。他们中指明遵守JEDEC 的没有标准。 7A 款。 74HC/HCT04提供的6个颠倒缓冲器。

74HC04是内含6组相同的反相器。即

1A 输入高电平，1Y 输出低电平六反相器。

74LS04内部结构

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74LS04引脚

4电路中的门电路应用

本次密码器的设计的逻辑门电路部分使用了3个与门，两个非门，一个红灯，一个绿灯和一个蜂鸣器。如图4.3可知，当密码输入正确时，U2A 与门输出高电平，绿灯接高电平变亮，通过一个U3A 非门，使红灯接低电平不亮，U9A 输出低电平蜂鸣器不工作。反之，蜂鸣器鸣叫，直至密码输入正确。

图4. 3逻辑门部分电路图

蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。 ；蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。我们使用的是压电式。

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5总原理图及元器件清单

5.1仿真原理总图

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5.2 元件清单

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6实物效果图片

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本课程设计的任务和目标是实际设计数字密码锁，并在电脑上用proteus 软件模拟实现设计，从而加深对知识的理解和综合利用，提升自己的实践能力，并掌握一些通用的电子设计和仿真软件。通过查寻资料、方案比较以及设计计算、制作调试、撰写总结报告等环节的基本训练，进一步提高分析解决实际问题的能力。通过初步了解产品研发的基本程序、方法，掌握一定的光电产品设计制作的技能。整个设计过程中，我个人感觉选择方案部分是最难的，当你设计的电路能调节频率时却牺牲了调节幅度，当能完成两者兼容的方案时调节范围又变得极其窄了，因此我们必须要有广阔的知识面，能把一些电路组装的能力。其次是调试部分，因为理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。而参数的调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，而这个可能也是老师要求我们加以提高的一个重要方面吧！还有实际操作中成本的估算和实际可用性也是我们必须考虑的一个方面，所以我们在以后学习和工作中必须有这一方面的意识，这样我们的设计才会得到认可。在制作仿真时，我们查阅了大量的资料，最后我们总结出：首先是要画出设计原理图，连线必须正确和不能有虚连；其次是元器件的封装问题，这是一个非常繁琐的工作，因为我们并不知道封装的知识，然而我们经过上网学习，查阅各种器件封装、型号，最终全部完成；第三，是要生成网络表，这个并不难，只要你连线正确就OK ；第四，是要在仿真文件中导入网络表，这时它会提醒你有那些错误，当时我们的元件出现了错误，经过漫长的查找才知道是管脚的名字错误，最终这一步我们也完成了。当我们花了近三天时间的工作完成作品后，心情真的和好。可是在经过认真的深思熟虑之后，才发现我们做的数字密码锁不是那么的成功。首先，密码智能设置1位，其次确认键的设置也不行，因为确认键可以先按，这样至少经过一两次的尝试按键时，可以把密码确认出来。其实我们的作品还有很多漏洞，只是暂时没有发现而已。

假期时间，因为参加过电子设计大赛对于一些焊电路的手法比较熟练，所以在课程设计期间本人主要担任的任务是将实物做出来。但在焊接电路期间，其实也出现了很多错误之处，比如：20个按键的链接。因为实验室只有单刀双掷的开关，没有单刀单掷所以焊接开关的时候还要用万用表笔测量后才能焊接，本次实验20个开关每个开关修改了三次后才符合了电路的要求功能。

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首先要感谢学校能给我这次课程设计的机会，让我能够更加深刻的体会和感觉到平时学习知识点的缺少和匮乏。其次感谢高老师还有教研室的一些老师们能在百忙之中抽出时间来给我们细心指导和讲解。在这次我的任务是在老师的帮助下完成的，每次遇到问题的时候，我都向老师请教，老师非但没有认为我的问题幼稚、无知，还是会对我的问题做了一系列的指导，并且告诉我有哪方面的错误，从课题的选择到设计的完成，老师也付出了很多的精力，还在思想和生活上给我无微不至的关怀。

这次课程设计我们小组用了4天的时间去深层次的运用数电知识来解决电子密码锁的设计和实物的制作，通过查阅大量的资料，和同学交流经验，向老并师请教，使自己收获颇多，不但懂得了设计的原理和方案，还可以让我在这次的设计中知道了许多我以前不懂的地方，知道每一项的成就都不是那么容易的，每个成功的人后面必定会付出了比我们想象的更多的辛劳，所以，在今后的日子里，我将会将我懂得的很多道理应用到实际生活中去，那么将会更加培养了我的能力，无论是在哪些方面。

最后，万分感谢老师能在百忙之中能够为我细心讲解电路的不足之处，虽然这几天在实验室很辛苦，但是看到实物出来了，真的有点小激动。

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参考文献

【1】 程国钢 杨后川 Proteus 原理图设计与电路仿真 电子工业出版社

【2】 康华光 邹寿彬 电子技术基础（第五版）数字部分 高等教育出版社

【3】 康华光 邹寿彬 电子技术基础（第五版）模拟部分 高等教育出版社

【4】 中国集成电路大全编委会. 中国集成电路大全—TTL[M]. 集成电路国防工业出版社，1995年

【5】 何小艇. 电子系统设计[M] 杭州浙江大学出版社

【6】 宋家友. 电子爱好者集成电子线路设计手册[M]. 福建科学技术出版社，2002年5月第一版

【7】 电子工程编委会等. 中外集成电路简明速查手册--TTL,CMOS[J] .电子工业出版社，1991年

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