杨杰 数字电路课程设计基础 实验报告 密码锁

“有声有色”超级防盗密码所

总设计人：陈耿南

学号：201141311102

出版社 ： 东莞理工学院 电子信息工程 电子卓越班

2012.06.03

目录

一 选题的意义

……设计永存之灵魂是意义……

二 方案论证选择

……一案在手，胜过万法在“林”……

三 电路设计

……一年之计在于春，设计之计在于仿真……

四 电路调试

……调试是检验方案可行的标准……

五 实验结果总结及电路实物照片

……一份耕耘多份收获在于总结……

六 存在问题及改进思路

……昙花虽美，却弹指挥间，可有突变……

七 心得体会

……一叶一菩提，这是感受的境界…… 八 附录

……一路披荆斩棘，终了搏得美人归……

一 选题的意义

（1） 从社会发展角度看：随着科技的迅猛发展及人民生活水平的大

幅度提高，特别是国内经济的快速发展（但不及发达国家，国人警惕）和科学技术的不断发展，人们对防盗的要求也越来越高。同时对使用的便捷性也有更高的要求。传统的机械锁的防盗效果业已满足不了现代社会的防盗要求。首先，机械锁的材料大多为黄铜质地较软，容易损坏。其次，用户在使用旧有机械锁时需随身携带钥匙，很不方便，而且，万一钥匙丢失，需及时换锁，否则，将给用户带来不必要的损失。还有，机械锁的钥匙易于复制，不能随时改变。最后，据调查统计，20世纪50年代意大利人发明的机械锁，虽然结构简单，价格便宜，但是每4000把机械锁中就有两把的钥匙齿牙相同或类似，安全性低下。因此，目前一种新型电子密码锁应运而生。电子密码锁是一种通过输入来控制电路或是芯片工作，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务的电子产品。它的种类很多，有简易的电路产品，也有基于芯片的性价比较高的产品。现在应用较广的电子密码锁是以芯片为核心，通过编程来实现的。 其性能和安全性已大大超过了机械锁，特点如下： 1．保密性好,编码量多,远远大于弹子锁。随机开锁成功率几乎为零。2．密码可变。 用户可以经常更改密码，防止密码被盗，同时也可以避免因人员的更替而使锁的密级下降。 3．误码输入保护。当输入密码多次错误时，报警系统自动启动。 4. 电子密码锁操作简单易行，一学即会。 5.干扰码功能，在输入正确密码前可输入任意码。6.安保功能 ，如果连续输错4次密码将会自动断电3分钟。 7.紧急开启功能（Panic Open） ，出门时无需其他操作，只需一次的把手动作，可机械的开启门，所以遇到火灾等应急状况下也迅速，安全的开启门。 8.入侵感应功能 ，在门上锁的状态下，有人破锁而入时，会发出强力的报警音。 9.火灾报警功能 ，在室内如果温度达到75°左右，将会发出强力的报警音，同时锁会自动开启。 10.双重锁定功能 ：外部强制锁定，在内部不能开启，适用于外出时，防止有人入侵。 内部强制锁定：在外部不能开启，让您在家时更安心、安全。11.弱电提醒当电量不足时，在启动开门时，会有美妙的音乐提示您及时更换电池。12.自动上锁功能 ，采用全自动锁芯，门关后6秒内自动上锁,外出更加安全。13.外部显示功能 ，当密码输入错误，锁舌没正常锁到位，室内反锁，弱电等情况下，外部都有提示功能。由此可见，电子密码锁不仅能克服必须随身带钥匙的机械锁的等等弊端，而且更极富价值的是他大大的提高了锁的安全性。基于此现状，我决心电子设计电子密码锁。

（2） 从学习数字电子技术角度看：首先，电子密码锁的设计需要用

到许多芯片，要用好芯片，必须查资料，这能提高我们查阅文献，并通过阅读资料获取所需知识的能力。其次，在设计电子密码锁的过程中，他能提高我们把实际问题转化为逻辑问题的能力，换句话

说，他能帮助我们体会数字电子技术处理问题的方法。最后，从仿真设计，到实际接线，再到调试做成电子密码锁的过程中，我们将遇到许许多问题，而解决问题的过程就提高了我们分析问题，查找故障的能力。 综上所述，选此课题有非一般意义。我意义，故我在（我思，故我在） 二 方案论证选择 （1）功能大观 English Version Interior OperateUser InputsCancelSureCountdown TimerAll Reset Password InputReset Countdown Timer Reset Password InputCountdown Timer of ChanceText PasswordCountdown Time of ChanceRightWrongWhenReachZero，PleasePressCancelWhen Reach Zero ,HelpLight WorkGood Ring

中文版 内部操作用户输入取消确定倒计时重置全重置密码显示重置倒计时重置密码显示重置机会倒计时验证密码机会倒时对错到0时，请按取消当到0时，报警灯亮美妙歌

(2) 大概流程 CD4017CD4017CD4017CD4013Light(Password) Logic 741CD40192(74192)LogicLogic•Lights of Password Input•Chance of Countdown Timer CD40192(74192)•Input permition of Countdown Time三 电路设计

(1)初始电路仿真图

上图初步完成电子密码锁以下功能：

1，显示密码输入位数（中间八个LED灯，灯亮表示一位密码输入）。

2，输入正确密码（第一键按2次，第二键按3次，第三个键按1次，必须按顺序输入）可开锁（即右上角的灯亮代表密码正确）。

3，3次机会输入（用右下角显示数码管显示，到0时，相当于按了伪键2，需内部操作重置）。

4，两个伪键，（一按到伪键1，数码管归0，即没机会再次输入，需内部操作员重置。一按到伪键2，虽然能输入密码但是不可能输对，需内部操作员重置才行）。

5，前三次输入错误密码时，只须按取消键即可重新输入。当然你不能按到伪键。

6，内部操作键（内部人员操作）可帮用户重新获得3次输入密码错误，取消键可帮用户清除错误密码（在3次机会内且不能按到伪键）。

（2）拓展功能后仿真电路图

上图最终实现密码锁以下功能：

1，显示密码输入位数（中间八个LED灯，灯亮表示一位密码输入）。

2，输入正确密码（第一键按2次，第二键按3次，第三个键按1次，必须按顺序输入）可开锁（即右上角的灯亮代表密码正确）。

3，3次机会输入（用右下角显示数码管显示，到0时，相当于按了伪键2，需内部操作重置）。

4，两个伪键，（一按到伪键1，数码管归0，即没机会再次输入，需内部操作员重置。一按到伪键2，虽然能输入密码但是不可能输对，需内部操作员重置才行）。

5，前三次输入错误密码时，只须按取消键即可重新输入。当然你不能按到伪键。

6，内部操作键（内部人员操作）可帮用户重新获得3次输入密码错误，取消键可帮用户清除错误密码（在3次机会内且不能按到伪键）。

7，用户在输入第一个密码后，必须在9秒内输入完全部密码，否则，输入不了密码。如上图所示必须按取消才能重新输入密码。（当然是在三次机会内）。

（3） 原理简介：

ONE：该密码锁的主体部分用三片4017芯片级联（前一个的输出通过一个非门接到下一个的RESET端）来控制先按什么键，再按什么键，按几次。最后一片4017与CD4013芯片的DATER相连接来实现记住最后一片芯片的输出结果，用SURE键来控置CD4013的CLK。而SU键通过控制74192来控制“机会倒计时器”。当然，内部操作键

通过逻辑门控制密码清除，“机会倒数计时器”和“输入时间倒数

计时器”的重新置数（分别置3和9），清除伪键的乱码功能和输入密码位数显示功能。取消键通过逻辑门与741相连接，控制密码输入位数的清除，还有重新给“输入时间倒数计时器”置9的功能。通过第一个灯的亮灭来控制“输入时间倒数计时器”的DOWN键来实现倒数功能。最后，当“输入时间倒数计时器”显示为0时，此时“输入时间倒数计时器”通过逻辑门与７４１６４的置数端（ＳＥＲＩAL ＩＮＰＵＴ）相连，来控制密码输入位数的显示，同时通过逻辑门与第３片４０１７的时钟使能端（ENABLE CLOCK） 相连来达到截住密码的功能。当“机会倒数计时器”显示为0时，此时相当于按了伪键，需内部操作员重置。

TWO：另外，由于仿真平面有限，其中当“机会倒数计时器”显示为0时，将频率为1KHz的方波信号源通过逻辑门与音响连接的发音部分未能在仿真画出。还有当输入密码正确时，将频率为2Hz的方波信号源通过逻辑门与音响连接的发音部分也未能画出。

四 电路调试

1， 仿真调试：

出现的问题：在设计“输入时间倒数计时器”部分时，我用内部操作键和取消

键通过逻辑门与CD40192的LOAD相连，实现给“输入时间倒数计时器”置9。再用“输入时间倒数计时器”的显示数值通过逻辑门和CD4013将“输入时间倒数计时器”显示0时的状态记住并反馈给CD40192的CLEAR端，这样一来，就出现按内部操作键和取消键时，有时可置数，有时不行。

解决问题：我拉一个LED等接在CD40192的LOAD端，灯暗时本应置数，但不置数。为什么？仿真的芯片不可能坏，那是什么原因？这时，我再拉一个LED灯接在CD40192的CLEAR端，发现灯亮了，我再查CD40192的芯片资料，发现置数时，CLEAR必须接低电平，所以我发现问题的所在，经过分析，我发现各逻辑门有延迟，虽然理论上让CLEAR端和LOAD同时改变为相反电平，但是实际总有先后，如果CLEAR先为高电平，此时就置不了数。因此此想法（让CLEAR端和LOAD同时改变为相反电平）不可行。最后我采用将“输入时间倒数计时器”的显示数值通过逻辑门和CD40192的DOWN端相接，实现“输入时间倒数计时器”显示为0时，不再继续从9开始倒数。 2， 实际电路调试：

（1）出现问题：刚接完，接通电源，按密码输入键，但是他不显示密码输入位数。 解决问题，我拉一LED灯接在741的CLOCK端，发现没问题，符合经分析后正确的状态，想想，会不会芯片坏掉了。在换时发现芯片的VSS接地端没接好。接好后，问题解决。

（2）出现问题：输入密码正确后，密码灯亮了，但是不唱歌。

解决问题，我拉一LED灯接在两输入端与非门的一个输入端（这输入端接密码灯，另一输入端接频率为2Hz的方波信号源，发现灯亮，难到是信号源的问题，就在我拔掉密码灯去检验信号源时，音乐响了，这时我又接上，也可以。但重新开始又不行，移

开密码灯又可行。这时我从4013的输出端引与输入密码灯等价的线，发现可现，所要输入正确密码就灯亮，唱歌的功能实现。但我不知道原因，我想可能是LED密码灯亮后相当于断路，而LED灯的一端又接地，所以不行吧。 （3）（3）出现问题：按密码输入键，发现不工作。

解决问题：我最初以为键坏了，我就拉条长线直接把键接到LED灯，发现键没坏，问题的所在是我接错了键的输出端，接到平时是高电平的端口去了，本应接到平时是低电平的端。改完后，正确。

五 实验结果总结及电路实物照片

1，经仿真，调试，修改，接线，调试，修改，密码锁水到渠成，实物图如下：

注： 将仿真图打印，对着其接线，接好打X，提高可靠性。

注:你还有3次机会，但此次机会，你只有2秒时间可输入密码了

注：你曾开启过密码2次，，对不？

2， 以上实物图实现电子密码锁以下功能：

（1）显示密码输入位数（中间八个LED灯，灯亮表示一位密码输入）。 （2）输入正确密码（第一键按2次，第二键按3次，第三个键按1次，必须按顺序输入）可开锁（即右上角的灯亮代表密码正确）。

（3）3次机会输入（用右下角显示数码管显示，到0时，相当于按了伪键2，需内部操作重置）。

（4）两个伪键，（一按到伪键1，数码管归0，即没机会再次输入，需内部操作员重置。一按到伪键2，虽然能输入密码但是不可能输对，需内部操作员重置才行）。

（5）前三次输入错误密码时，只须按取消键即可重新输入。当然你不能按到伪键。

（6）内部操作键（内部人员操作）可帮用户重新获得3次输入密码错误，取消键可帮用户清除错误密码（在3次机会内且不能按到伪键）。

（7）用户在输入第一个密码后，必须在9秒内输入完全部密码，否则，输入不了密码。如上图所示必须按取消才能重新输入密码。（当然是在三次机会内）

(8)输入密码正确，灯亮，唱悦耳歌，密码错误灯不亮。3次机会用完或按到伪键2，会报警。

（9）记录第几次登陆开启过密码锁，提高安全性。

六 存在问题及改进思路

1， 存在问题：除芯片多，接线复杂外，暂时没发现。

2， 如果时间允许下：我想继续拓展该密码锁的功能，如

（1）改密码（当然此时可改3个4017的输出来改密码）； （2）密码工作后，3分钟内如用户每取消，密码自动清0（利用RC放电可实现）；

（3）主人在忘记该密码时，有其他方案（在加多3个4017的级联，可实现）；

（4）用户在紧急时，有捷径开启密码锁；

七 心得体会

衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴。从看题到此时，我在地狱待了6天，此时即将进入天堂。回眸这近一礼拜的辛苦历程感触颇多。然站在进入天堂的发言台上，千言万语去齐聚喉咙，交通堵塞了。感动处，愕然间，唯剩些许在键盘上敲打几字的力气：

1， 不听老师言，吃亏在眼前，当然对此我无多深体会，充其量闲

侃罢了，毕竟我恭恭敬敬的地按老师说的做，如，打印仿真图，对着其接线，接好的线打X，避免出错；这样面对如此复杂的仿真电路我处理起来像希特勒打波兰，如鱼得水，即快又正确。这也是我在调试过程为什么没什么问题的缘由。此过程虽然慢，接了足足7个小时，但是看到别人电路比我简单，接了一天还是错的，我内心又多了些许平静，的确，这悬殊地对比不就是

杨老师“慢就是快”的经典名言么？

2， 每一次错误，都是上帝的恩赐，就像杨老师说的一样。但是这

回我有没多大的感觉，也许又是我太听话的缘故。我有“成败皆英雄”的良好心态，遇到问题，心静如夤夜，不像某些人接完电路，不行，哭天抢地，全然忘却自己是已长大的大学生，搞到隔邻以为是谁牺牲了！最重要的是，我手持老师馈赠给我的利剑----LED灯，哪部份坏了，把灯接到哪里，逻辑分析，该亮的亮就证明是对的，该亮不亮，就找到问题的肯綮，对症下药，效果比西药疗效还快，还无副作用。

3， 囿于仿真面板、实验箱开关、面包板、、时间有限，8科考试压

力，有太多想法未能实现。但在有限的时间内，已尽力，无悔，仅有点遗憾。

4， 总的来说，通过这次实验，我对数字电子技术处理问题的方法

有更深的理解，也学会了如何查资料，获取所要的知识，也学会了排除故障的能力，最重要的是我用心去写实验报告，收获颇丰。

八 附录 表一：主体芯片 芯片名词 CD4017 芯片数量 3 CD40192 CD4013 741 表二：逻辑门芯片 CD4002 CD4011 CD4012 CD4069 总计18个芯片

3（十进制加、减法计数器） 2（2个D触发器） 1 3（2个4输入端或非门） 3（4个2输入端与非门） 2（2个4输入端与非门） 1（6与非门）