电子密码锁的设计、仿真及实验.doc

PAGE PAGE 5 课题一 电子密码锁设计、仿真与实验 学习目标： 学会采用由SSI、MSI器件构建电子密码锁电路，掌握组合逻辑电路的一般设计方法；学会利用EDA软件（Proteus）对电子密码锁电路进行仿真；掌握电子密码锁电路的安装及调试方法。 任务与要求 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；实验测试逻辑功能。具体要求如下： （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式，密码输入通过键盘或按键输入。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，则保险箱被打开，密码控制电路的输出端 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二极管及蜂鸣器指示。 （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）选做内容：如果考虑一个开锁用的钥匙插孔输入端G，当开箱时（G＝1），密码输入才有效，试在上述电路基础上修改该电路。 课题分析及设计思路 （1）密码输入电路及密码设置电路的设计思路 由于密码输入及密码设置均采用十进制数形式，故可利用8421BCD码编码器分别实现，以一位密码输入及密码设置为例，其实现框图如下： 键盘或按键输入电路 键盘或按键输入电路 8421 BCD码编码器 反相电路 8421 BCD码 输出ABCD 十进制数密码输入 开关输入 电路 8421 BCD码编码器 反相电路 8421 BCD码 输出A1B1C1D1 十进制数密码设置输入 图1 密码输入及密码设置电路的实现框图 （2）密码控制电路的设计思路 分析以上设计任务与要求，密码控制电路的实现框图如下： 密码设置输入端A 密码设置输入端A1、B1、C1、D1 密码控制 电 路 密码代码输入端 A、B、C、D 锁被打开E 报警信号F 图2 密码控制电路的实现框图 相应的真值表如表1所示，由此可得输出逻辑函数表达式： 采用代数化简可得： 当然，根据上述密码控制电路的功能和异或门的特点，也很容易直接得到上述输出函数的逻辑表达式，由上述逻辑表达式可得到相应的逻辑电路图。 表1 密码控制电路真值表 A B C D A1 B1 C1 D1 E F 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 X X X X 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 X X X X 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 X X X X 1 1 1 1 1 1 0 101 1 0 1 0 0101 0 1 0 1 0 1 （3）TTL集成门电路与LED发光二极管的接口电路设计 TTL集成门电路除了可驱动门电路外，还能驱动一些其它器件如LED发光二极管。以集成反相器为例，有如下两种情况如图3（a）、(b)所示： 图3（a） 输出高电平时LED亮 图3 (b) 输出低电平时LED亮 电路中串接的电阻R1、R2为限流电阻，其作用是保护LED因过流而烧坏。其大小按如下公式进行选择： 上述两式中，ID为LED正常发光时的电流，VF为LED导通电压，VOH、VOL分别为反相器的高、低电平输出电压。如ID＝5mA，VF＝2.2V，VOH＝3.4V，VOL＝0.2V时，算得R1=240欧，R2=520欧。 注意：（a）图3（a）接法时，发光二极管的电流不能超过门电路的“最大拉电流”，图3(b) 接法时，发光二极管的电流不能超过门电路的“最大灌电流”，否则会导致输出电平的混乱。当然，如果该门电路处于整个逻辑电路的最末端，则发光二极管的电流可不受此限制。 (b) 如果门电路需要驱动较大电流的发光二极管，可采用三极管驱动的方法，如图4所示： 图4 三极管驱动的TTL-LED接口 图5 TTL与蜂鸣器接口，输出高电平时发声 （4）TTL集成门电路与蜂鸣器的接口电路设计 TTL集成门电路的输出高电平可直接驱动蜂鸣器发出声音，其接法如图5所示。 集成电路及元件选择 为了实现密码锁电路的功能，可采用