數電課程設計15位二進制密碼鎖設計

1、青 島 農 業(yè) 大 學信息科學與工程學院數 字 電 路 課 程 設 計 報 告論 文 題 目 15位二進制密碼鎖系統(tǒng)設計 學生專業(yè)班級 通信工程2011級1班 學生姓名（學號） 姜海鵬（20112735） 設計小組其他同學姓名（學號） 常樂鵬（20112675 指 導 教 師 宋彩霞 完 成 時 間 2013.10.23 實 習 地 點 信息樓214 機房 2013年 10月 24日15位二進制數密碼鎖系統(tǒng)設計一 課程設計目的和任務1、 設計目的（1）熟悉課本知識。（2）了解數字電路的基本設計思路。（3）掌握電路中各個芯片的具體功能。（4）體會從理論到實踐的思想。（5）學會使用Multisim

2、軟件進行模擬實現。（6）提高分析問題和解決問題的能力。2、 設計任務與要求（1）具有密碼預置功能。（2）輸入密碼采用串行方式，輸入過程中不提供密碼數值信息。（3）當輸入15位密碼完全正確時，密碼鎖打開。密碼鎖一旦打開，只有按下RST復位鍵時才能脫離開鎖狀態(tài)，并返回初始狀態(tài)。（4）密碼輸入過程中，只要輸錯1位密碼，系統(tǒng)便進入錯誤狀態(tài)。此時，只有按下RST復位鍵時才能脫離錯誤狀態(tài)，返回初始狀態(tài)。（5）如果連續(xù)3次輸錯密碼，系統(tǒng)將報警。一旦報警，將清楚錯誤此數記錄，且只有按下RST復位鍵才能脫離報警狀態(tài)，返回初始狀態(tài)。二 任務分析與系統(tǒng)設計1、任務分析首先，要求其電路設計需要具有密碼預置功能以及要使

3、密碼輸入采用串行輸入，因此需要用到寄存器，如74LS194，集成雙向移位寄存器。又由于是15位二進制數密碼鎖，所以需要用到四個74LS194。其次，如果輸入十五位密碼全部正確時，密碼鎖打開。此時需要用到同步十六進制計數器，如74LS163。并用彩色指示燈亮時表示開鎖。此外還需要D觸發(fā)器、SR觸發(fā)器和四輸入與門74LS21等芯片來輔助這些任務的完成。再次，如果密碼輸入過程中，只要輸錯一位密碼，系統(tǒng)便進入錯誤狀態(tài)。因此在每一位密碼比較時都要判斷是否出現錯誤，并且錯誤時使另一個彩色指示燈亮。當連續(xù)三次輸錯密碼時，使系統(tǒng)將報警，也是需用一個彩色指示燈亮。這時還需要一個十六進制加法計數器，如74LS16

4、3，讓其計數到三時使指示燈亮。最后，讓一個開關RST控制這些指示燈讓其熄滅，并讓所有的電路元件恢復初始狀態(tài)。2、元器件清單芯片名稱數量/片74LS194D四位雙向移位寄存器474LS163D十六進制同步計數器274LS21D四輸入與門1D_FFD觸發(fā)器2SR_FF_POSSRRS觸發(fā)器2其他門電路，指示燈，5V電源，開關若干；15HZ脈沖發(fā)生器1個。 表1 元器件清單3、具體設計過程我們設計的數字電路圖包含密碼預置電路、密碼比較電路、計數電路、消警報警控制電路、開鎖封鎖控制電路、錯誤初始化控制電路等部分組成。在密碼預置電路中，第一個四位移位寄存器74LS194的并行輸出端的高位QD接第二個四位

5、移位寄存器的右移串行輸入端SR，依次連接。并且第一個四位移位寄存器74LS194的并行輸入端的低位A端接地。由四片四位移位寄存器74LS194組成十五位移位寄存器。S1,S0位為選擇端，為使能端，S1,S0接高電平時，移位寄存器處在并行置數狀態(tài)。此時，在第一個四位移位寄存器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端置入密碼；再將S1接低電平，此時移位寄存器處在右移工作狀態(tài)，密碼預置完畢。在密碼比較電路中，先控制CLK 脈沖按鍵，移位寄存器并行輸出的最后一位在 D觸發(fā)器輸出并與輸入密碼通過異或門判斷是否相同，相同時輸出0，不同時輸出1。當密碼不同

6、時，比較電路輸出1，即D端為1，D觸發(fā)器上升沿觸發(fā)，Q端輸出高電平，錯誤顯示燈亮，系統(tǒng)便進入錯誤狀態(tài)。按動RST鍵，給D觸發(fā)器一脈沖，錯誤顯示燈滅，系統(tǒng)脫離錯誤狀態(tài)。在計數電路中，十六進制同步計數器74LS163芯片，EP ，ET為選擇端，為使能端。報警電路：74LS163芯片通過與門接成三進制計數器，最低兩位相與作為進位，通過非門控制使能端。比較輸出端控制EP ，ET為1時，是計數器計數一次，EP 為0時，計數保持。紀錄三次時進位，并且計數器清零。開鎖電路：十六進制計數器74LS163芯片通過四輸入二與芯片接成十五進制計數器，由進位取反與比較輸出取反相與共同控制使能端，有一端為0則計數器清零

7、。錯誤計數三次進位時，通過RS觸發(fā)器特性輸出高電平報警電路開始報警。報警持續(xù)直到按下RST鍵時，改變RS觸發(fā)器輸入使RS觸發(fā)器輸出低電平，脫離報警狀態(tài)，同時電路清零。當正確計數十五次時, 在RS觸發(fā)器S端輸出高電平，R端為低電平，此時密碼鎖打開。 按下RST鍵，改變RS觸發(fā)器輸入使RS觸發(fā)器S端為低電平，R端為高電平，此時密碼鎖封鎖。同時，系統(tǒng)進入初始狀態(tài)。系統(tǒng)框圖如下：密碼預置錯誤計數正確計數密碼比較錯誤顯示開鎖電路密碼輸入初始化串行輸出報警電路 圖1 系統(tǒng)框圖4、確定設計方案（各功能電路模塊）（1）密碼預置電路 圖2 密碼預置電路如圖2所示，密碼預置電路是由四片四位移位寄存器74LS194

8、D 組合成十五位移位寄存器， S1，S0為選擇端， 為使能端此時接高電平，當J6開關接高電平，即S1，S0接高電平時，移位寄存器在并行輸入狀態(tài)，此時在第一個四位移位寄存器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端置入密碼。關閉J7并打開，使其產生一脈沖，此時才將A、B、C、D端的數預置。將開關 J6接低電平，即S1接低電平，移位寄存器在右移工作狀態(tài)，再按動開關J7 ，產生脈沖使密碼一位一位的輸出。（2）密碼比較電路以及錯誤狀態(tài)電路 DQnQn+1000010101111 圖3 密碼比較電路以及錯誤狀態(tài)電路 表2 D觸發(fā)器功能表如圖3所示，此電

9、路通過兩個上升沿觸發(fā)的 D觸發(fā)器輸出需比較的密碼，一個是從Q端輸入的，另一個是第四個74LS194D的QD端輸入的。再通過異或門判斷是否相同,相同時輸出為0，不同為1。當輸出為0時，D端為0，所以當出現脈沖時指示燈不亮。當輸出為1時，D端為1，所以當出現脈沖時指示燈變亮，出現錯誤。（3）報警狀態(tài)電路SRQnQn+1000000110100011010011011圖4 報警狀態(tài)電路 表3 RS觸發(fā)器功能表如圖4所示，當錯誤三次進位時，通過RS觸發(fā)器特性S輸出高電平，R為低電平時，報警電路開始報警，即指示燈變亮。報警持續(xù)直到按下RST鍵時，觸發(fā)器S輸出低電平，R為高電平，此時脫離報警狀態(tài)，指示燈熄

10、滅。同時電路清零。（4）開鎖電路 圖 5 開鎖電路 圖6 消警和封鎖波形圖如圖所示，當密碼輸入正確且計數為15次時，在觸發(fā)器S端為1，R端為0，密碼鎖打開，指示燈變亮。如圖6所示，按下RST鍵，此時S端為0，R端為1，密碼鎖封鎖，指示燈熄滅。同時電路清零。三 系統(tǒng)實施1、系統(tǒng)運行操作說明 圖 7 系統(tǒng)電路圖如圖所示，將每部分連接起來就組成了15位二進制數密碼鎖。首先，打開電源，先將J6接高電平，撥動J7產生脈沖，使74LS194D并行置數，再將J6接低電平，使74LS194D開始右移?？刂崎_關J5輸入要比較的密碼，如果輸入的15位全部正確，則開鎖的指示燈變亮。如果出現錯誤一次，即錯誤指示燈變亮

11、時，則斷開開關5，按下RST(J10)開關，讓錯誤指示燈熄滅。同時電路清零。再將J6接高電平，重新預置數。再將J6接低電平，控制開關J5重新輸入要比較的密碼，繼續(xù)比較。如果輸入三次都出現錯誤，則報警指示燈變亮。按下RST開關，指示燈熄滅，電路清零。3、 系統(tǒng)運行狀況（1） 解鎖：（2） 密碼錯誤：（3） 報警：四 總結與體會通過這次課程設計，我掌握了基本的數字電路的設計方法，對電路中每個芯片的功能有了親身體會，學會了用Multisim軟件進行模擬實現，了解了數字電路的基本設計思路。兩人一組，既加強了我們的動手能力，又讓我們學會了團結一致，共同合作才能研究出最好的方案，必須發(fā)揚團結協(xié)作的精神。某個人的離群都可能導致導致整項工作的失敗。實習中只有一個人知道原理是遠遠不夠的，必須讓每個人都知道，否則一個人的錯誤，就有可能導致整個工作失敗。團結協(xié)作是我們實習成功的一項非常重要的保證。我們將理論聯(lián)系實際，在交流中取得進步，從問題中提高自己。這次課程設計不僅鞏固了我的數電知識更讓我進一步體會到團隊合作的重要性。我主要設計了密碼鎖的密碼比較、密碼報錯及兩個計數電路，隊友設計了密碼輸入和預置電路。從接受課題到設計到實施到調試都包含著我們的心血。通過此次數字電路設計,我們初步的了解了電路設計的基本思路和設計方法,更進一步的掌握了各種芯片的功能和特性