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自主设计实验数字密码锁

密码输入

姓名

班级 学号

实验日期 2015.5.26 节次 1-4 教师签字 成绩

实验名称 数字密码锁

1.实验目的

(1)通过学习到的电工技术的知识,设计出一个数字密码锁,实现方便的开锁和解锁显示的功能,并增加三次输入错误的报警功能。

(2)通过学习进一步掌握相关电路仿真软件的使用,并自己学习相关电路仿真软件的知识。在电工课堂外有相关的收获。了解相关芯片的用途,补充电工课堂上的知识,并对前几个电工实验有更深的体会,学习自己设计教学内容,学会自学。

(3)巩固课堂上老师讲的有关各种芯片的以及逻辑和数字电路的知识,进一步学习各种芯片的实际用途。

2.总体设计方案或技术路线

(1)该密码锁的密码是由6位2进制数通过不同的排列顺序组合而成的。

(2)当人为通过数据来管输入正确时则点亮正确指示灯,显示输入正确。如果输入密码错误,就会使第二个发光二极管被点亮。

(3)通过译码器74LS138使一个输出端为零,此时就可以输入密码.通过D 触发器实现锁存功能,通过软肝个与非门来控制指示灯(发光二极管)的亮暗,显示输入的密码正确与否。

3.实验电路图

修改密码

逻辑组和模块

开锁信号

密码验证模块

4. 仪器设备名称、型号

仪器设备数量

双路直流稳压源 1

与非门芯片74LS00 2

译码器74LS138 1

触发器芯片74LS175 2

加法器芯片 74LS161 1

保护电阻若干

电容若干

蜂鸣器 1

二极管若干

数据开关若干

实验箱 1

5.理论分析或仿真分析结果

(1)、密码验证模块

该密码锁的密码是由6位2进制数通过不同的排列顺序组合而成的。当人为通过数据来管输入正确时则点亮正确指示灯,显示输入正确。如果输入密码错误,就会使第二个发光二极管被点亮。此模块通过译码器74LS138来实现,由译码器真值表可知每种输入对应唯一一个输出端为低电平。因此将该芯片的G1、G2A、G2B、A、B、C作为六位2进制的密码输入端,在Y0-Y7中任意选择一个做密码输入验证端,即设定密码。如上表所示,而改变所连的输出端即可改变选定的密码。由于0-Y7中有8个输入验证端,那么我们就能够设计8组2进制密码。分别对应不同的密码输入端,各个输入端对应的密码如下表所示:

密码与所选端对应表如下

密码设定端密码

Y0 100000

Y1 100001

Y2 100010

Y3 100011

Y4 100100

Y5 100101

Y6 100110

Y7 100111

(2)、锁定输出

通过74LS175芯片对输入的密码实现锁存,使输入稳定防止外界的干扰,电路图

在(4)中一并体现出来。

(3)、逻辑组和电路

与非门连接输入密码正确指示灯。正确密码输入端和错误密码输入端分别按照下图进行连接。

(4)、报警及锁定电路模块

用加法器芯片74LS161实现三次输入错误的控制,当连续输入三次出现错误

U6A

74LS00D

U5A

74LS12N

6

VCC

5V

X1

LED

X2

LED

10

16

R22MΩ

R32MΩ

1718VCC

Q0非

Q0 U4

74LS161D

QA 14QB 13QC 12QD 11RCO

15

A 3

B 4

C 5

D 6ENP 7ENT 10

~LOAD 9~CLR 1CLK

2

U6A

74LS00D

U7A 74LS00D 9

VCC

5V VCC

7

A1

555_VIRTUAL

GND

DIS OUT

RST VCC THR CON

TRI U5A

74LS12N

8U3

74ALS175M

1D 4CLK

9

1Q 2~CLR 12D 5

3D 124D 13~1Q 3~2Q 63Q 10~3Q 112Q 74Q 15~4Q

14

J3

Key = A 14

11

U8

BUZZER

200 Hz X1

LED

X2

LED

16

R22MΩ

R32MΩ

17181315

VCC

5

10

后Q

A Q

B

经与非门连接clr端,将加法器芯片74LS161清零。且此时与非门输出一

个低电平,与锁存器的清零端相连接,当清零时Q0端输出低电平使蜂鸣器报警,且低电平将逻辑组和电路锁定,此时任何密码输入操作均无效。在Vcc和寄存器clr端连接开关,当电路锁定后按下开关电平翻转成高电平后,此时才可再次输入密码。数字密码器重置,重新实现原来的验证密码功能,即(1)中介绍。

6.详细实验步骤及实验结果数据记录(包括各仪器、仪表量程及内阻的记录)

接通5V电源后,首先连接好电路,然后密码选择端Y7,选择100111,测的结果如下表J1J2J3J4J5J6LED1LED2

10 0 1 0 1 亮暗

1 1 0 1 1 1 亮暗

10 0 1 1 1 暗亮

输入正确的密码后指示灯点亮。当闭合开关k后,连续输入三次错误密码后,电路中蜂鸣器报警,之后电路锁闭,输入密码的操作无效,当按下复位键按钮后,重置电路,以上的功能又可以重复实现。

7.实验结论

通过本次实验成功的设计出了数字密码锁的系统电路,在输入正确密码时会有指示灯亮提示现象,输入错误密码会有指示灯2亮提示的现象。连续三次输入错误后,电路的蜂鸣器会响并实现电路的锁存电路,这是电路的密码输入操作无效。本次实验基本实现预先设定的功能,然而在局部电路中有管脚图不熟练或出现电路设计软件的管脚图和实际芯片的管脚图功能并不一致的情况。

8.实验中出现的问题及解决对策

问题:刚开始设计电路时,没有电路在密码输入方面设置密码输入的锁定功能,就是可以无限制次的输入密码,这样一来,此种设计严重降低了密码锁的安全性,即使用者可通过猜测的方法打开。同时没有时间的限制,也就是说长时间不输入密码也没有问题,这就会导致输入的过程中即便很长的时间,也不会让电路的密码输入状态重置。

解决对策:因此在后续的设计过程中加入了计数器,当检测到输入为三次错误时开启报警并关闭电路,极大地提高了密码锁的可靠性。没有实现的改进方案:增设时间控制器,在一定时间内没有输入密码就会导致该密码其重置。

9.本次实验的收获和体会、对电路实验室的意见或建议

收获和体会:通过本次自主设计实验我学到了更多的知识,同时,且实验的设计过程让我们的学习在实际应用中得以体现。在整个的实验设计过程中我不断发现问题,通过学习询问解决问题,也提升了自我发现问题和学习心知识的能力。特别的,老师和助教都能够很耐心的解答我的问题,对我的帮助特别大,通过适当的方法提升激发我的探究意识,让我获益良多。

意见或建议:专门开一个相关的设计教学课程,让学生能够系统的学习设计相关的知识,这样一来我们实现更多功能的电路设计就会更加容易,这样也会使我们的设计更加完善。我们自己设计花费大量的时间,并且学到的知识不知道应用是否正确得当,除此之外,学生在有关电工专业的资源过多,筛选并总结出有用的知识点在短时间内学习并完成,增加了我们很大的课业负担。在电路设计时,局部电路中有管脚图不熟练或出现电路设计软件的管脚图和实际芯片的管脚图功能并不一致的情况。

10.参考文献

[1] 哈尔滨工业大学电工基础教研室.电路理论基础.第四版.高等教育出版社

[2] 刘红梅.电路实验基础.第二版. 机械工业出版社

[3] 廉玉欣.电子技术基础实验教程.机械工业出版社

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