带报警器的密码电子锁和门铃电路 - 图文

电子课程设计

带报警器的密码电子锁和门铃电路

学院：电子信息工程学院 专业、班级： 姓名： 学号： 指导教师： 2014年12月31日

带报警器的密码电子锁和门铃电路

一、设计任务与要求

1）密码按键的按钮分别为 1，2….9 个 2）若密码正确指示灯会亮

3）设计门铃电路，按动门铃按钮，发生500Hz的蜂鸣器信号，并可使编码 电路清零，同时可解除报警。 4）密码有误码时在按下确定键后自动复位，当开锁时间超过5分钟时,则蜂鸣器发出 1KHz 的信号报警。

二、总体框图

1、总体框图

开锁电路

控制电路 报警电路 按键编码电路

计时电路 门铃电路

图2-1-1

2、各个模块的功能

（1）控制电路：这个模块是整个电路的主体，用它来控制我所设计的4位密码锁的分析功能。设计思路：为了实现锁的功能，所以我在控制电路中使用比较器，让输入的数据与预设的数据进行比较实现锁的功能。其功能为：将按键编码模块所输入的按键信息进行分析，用移位寄存器实现时序的功能，在用比较器进行输入与预设的比较。 （2）按键编码电路：这个模块是输入模块，用它来进行编码我所要输入的数据。 设计思路：将1到9这九个按键用BCD编码器编成二进制数。功能：将1到9九个按键变成二进制数，作为比较器的输入。并接到四输入与非门上，探测按键编码。

（3）计时电路：这个模块是为了实现计时功能的，用其控制报警电路。设计思路：用计数器实现计时功能，当密码输入在5分钟还未正确时，开始报警。功能：计时5分钟，控制报警电路。

（4）开锁电路：这是整个电路的输出端。设计思路：若密码正确按下确定键后指示灯亮，同时所有的芯片进行清零；若密码不正确指示灯不亮，同时计数器要计时并且各个清零端不起作用。

（5）报警电路：在密码错误和操作时间达到5分钟以上时会产生报警信号，报警信号产生的同时使各个芯片的清零端作用。

（6）门铃电路：在按下门铃按键的同时会使门铃电路中的蜂鸣器响，并且各个芯片的复位端口复位。利用高低电平的的切换确定蜂鸣器作用与否。

三、选择器件

1、移位寄存器74LS194

在密码锁的控制电路中74LS194起到了很大的作用，通过探测按键的按下来控制它的移位寄存从而使每个比较器进行使能。 74LS194的功能表

3-1-1（74LS194的逻辑符号） 表3-1-1

图

图3-1-2（74LS194内部原理图）

74LS194中D0～D1为并行输入端；Q0～Q3为并行输出端；SR为右移串引输入端；SL为左移串引输入端；S1、S0为操作模式控制端；MR为直接无条件清零端；CP为时钟脉冲输入端。该寄存器具有模式控制端S1、S0，当S1=1、S0=1时，同步并行输入；当S1=0、S2=1时右移；当S1=1、S0=0时，左移；当S1=0、S0=0时，时钟禁止。通过改变SR与SL的数值来改变串行输入的数据。 2、四位比较器74LS85

在此电路中74LS85用来进行输入密码与预设密码的比较从而验证密码的正确性。

图3-2-1（74LS85的逻辑符号）

74LS85的功能表

表3-2-1

图3-2-2（74LS85的内部原理图）

74LS85为集成四位比较器，用于比较A=(A1A2A3A4)和B=(B1B2B3B4)的大小，还有级联输入端，通过级联输入端可接成8为，16为，或更高位的比较器。 3、十进制计数器74LS160

在报警计时的电路中74LS160起到了计数的功能，并且在输出信号的复位功能中起到对按键次数进行计数，通过逻辑关系将最后的输出端的移位寄存器实现清零。

图3-2-3（74LS160的逻辑符号）

74LS160的功能表

表3-3-1

图3-3-1（74LS160的内部原理图）

74LS160为4位同步可预置数十进制加法器，，具有异步清零端。它有数据输入端A,B,C,D,同步置数端LOAD、异步清除端CLR和计数控制端ENT,ENP,RCO为进位输出端。

当CLR=0时异步清零，当LOAD=0、CLR=1时，CP脉冲上升沿时预设数。当LOAD=CLR=ENT=ENP=1时，电路工作在计数状态。当计数器数值为9时，RCO输出一个与QA端高电平部分相同宽度的高电平。

四、功能模块

（一）按键编码电路 1、整体电路

在编码电路中我用到了编码器74LS147和四输入与非门。图4-1-1为整个电路中的按键编码电路。（注意：实际所用的开关应该是自动开关，图中为了可观性用了手动开关）

图4-1-1（按键编码电路模块）

2、所用器件逻辑功能

1）BCD编码器（74LS147）

将1到9九个按键进行编码，转化为二进制数表示。并将得到的二进制数输入到比较器的输入端口，作为密码输入。 2）四输入与非门

将1到9九个按键转化为二进制数后，通过四输入与非门进行按键的探测，若有有按键按下指示灯将会闪一下。 3、模块整体的功能

将1到9九个按键进行编码编成二进制数，将此二进制数传入到比较器的输入端口作为输入的密码。与此同时用四输入与非门对按键的按下进行探测。 4、仿真图

图4-1-2（每一次的按下输入按键后有按键信号输出）

（二）控制电路 1、整体电路

在控制电路中我用到了移位寄存器74LS194、四个比较器74LS85、两个译码器74LS138、四个非门、一个四输入与非门和一个四输入或门。通过他们的组合实现所需要的密码比较关系图4-2-1为整个电路中的控制电路

图4-2-1（控制电路模块）

2、所用到的器件的功能 1）移位寄存器（74LS194）

将按键编码电路的输入信号作为移位寄存器的时钟信号，当按下按键时就会产生一个脉冲信号使移位寄存器移位。 2）译码器（74LS138）

将两个3线8线译码器连接成为4线16线译码器，并将移位寄存器的输出作为译码器的输入。译码后将其通过非门作为比较器的使能信号。 3）比较器（74LS85）

用经过译码的移位寄存信号作为各个比较器的使能信号，使比较器作用比较按下的按键是否与预设的密码是否一致 4）四输入与非门

四输入与非门将移位寄存器的信号集中，当移位寄存四次，即输入四个按键信号后使移位寄存器清零。 5）四输入或门

当每个比较器比较后，若与输入密码与预设密码一致时会让指示灯闪烁一下。通过指示灯可以知道有几个信号正确的。 3、模块整体的功能

将按键编码电路的输入信号作为移位寄存器的时钟信号，当按下按键时就会

产生一个脉冲信号使移位寄存器移位（即输入1）。再将移位寄存器的信号进行译码，译码所得的结果作为比较器的使能信号。若第一次输入的数据与第一个比较器中的预设密码吻合，就会输出高电平始指示灯亮。当输入第二个密码时移位寄存器中继续移位数据1，这时译码信号又使第二个比较器使能，这时第二个输入的信号就可以与第二个比较其中的预设密码进行比较。同理可得，当按键按下四次后，所有的比较器的比较完成。 （三）计时电路 1、整体电路

在计时电路中我用到了计数器74LS160、数字显示器、时钟信号发生器、一个二输入与非门。由他们一起组成如图4-3-1的电路，实现了计时并且到达5分钟时自动复位的功能。

图4-3-1（计时电路模块）

2、所用到器件的功能 1）计数器74LS160

在此模块中计数器起到及时的功能，计数300达到所要求的5分钟。所以由三个74LS160计数器级联形成300进制的计数器。 2）数字显示器

这个是这个模块中的测试显示。观察74LS160计时是否能达到300秒，并实现自动复位的功能测试。 3）时钟信号发生器

为了实现74LS160的计数功能必须要给他一个时钟信号让它不断计数。 4）二输入与非门

当计数达到300时，二输入与非门的输入端都为1，与非之后到了前两个74LS160的清零端，实现清零功能 3、模块整体的功能

在时钟信号发生器的作用下74LS160开始计数。为了实现5分钟的时间计时功能，我将三个74LS160计数器进行级联实现300进制计数器。并在输出端口接上二输入与非门，当计数达到300后与非门输出低电平使前两个计数器进行清零。这样就可以保证计数到达300时停止并且保持。 4、仿真图

图4-3-2（在有按键信息按下后开始计数）

（四）报警电路 1、整体电路

在这个模块中用到了蜂鸣器、三极管、非门、或门。由他们一起组成了图4-4-1的报警电路，实现了由开关A控制的报警电路。

图4-4-1（报警电路模块）

2、所用到器件的功能 1）蜂鸣器

当时间达到5分钟时会产生信号使蜂鸣器作用，起到报警提示作用 2）或门

或门的输出端接到了第三个计数器的清零端，也就是当计时达到300时，或门的一个输入端会输入低电平，并且将按键A按下时另外一个或门的输入端变为低电平，这样就实现了高位（第三个）74LS160计数器清零，同时应为高位计数器的清零蜂鸣器将不会作用。 3、模块的整体功能

当操作时间到达5分钟时，二输入与非门输出为0，与此同时蜂鸣器的下端口变为低电平，这时蜂鸣器开始作用。为了解除报警，安置了报警解除按键A键。在报警开始的同时（此时图中或门的一个输入端已经为低电平），按下A键高位的74LS160计数器将会清零。在计数器清零的同时，二输入与非门输出端也会变成高电平，从而蜂鸣器的下端口也会是高电平。这样实现了5分钟报警和报警的解除。

（五）开锁电路 1、整体电路

在这个模块中我用到了移位寄存器74LS194，计数器74LS160，锁存器74LS273。由他们和一些逻辑门的结合实现了图4-5-1的开锁电路。

图4-5-1（开锁电路模块） 2、所用器件的功能 1）移位寄存器74LS194

移位寄存器的时钟信号由比较器输出的信号控制，当有一个比较器比较之后时输入一个四输入或门会产生一个电平信号来确定移位寄存器的使能端使能。通过这个移位寄存器我们可以判断出比较后的正确的信号有几个。 2）计数器74LS160

计数器在这个模块中起到对按键信号计数，对上边的移位寄存器进行清零的功能。这个计数器的时钟端由按键信号和确定键来给予。当按键信息按下4次之后（密码信息不对的情况下）再按下确定键会使移位寄存器和计数器同时清零。但是当所输入的密码是正确的移位寄存器不进行清零。 3）锁存器74LS273

锁存器在这个模块中是对确定键S的信号和以移位寄存器输出作为输入的四输入与门作为锁存的对象。时钟端由确定键S提供。当密码正确并且按下确定键后指示灯会亮，与此同时计数器和移位寄存器清零端使能。 (六)门铃电路 1、整体电路

在这个电路中我用到了会产生500Hz蜂鸣信号的蜂鸣器。图4-6-1为总电路中的门铃电路。

图4-6-1（门铃电路模块）

2、模块的整体功能

当按下门铃按键时会使蜂鸣器作用，并且当门铃键按下时会使各个芯片的清零端使能，也就是说在门铃按键按下时其他的器件都不起作用。

五、总体设计电路图

（一）总体电路图

图5-1-1 （二）电路的总体工作情况。

1、首先我们要确定我们的预设密码，在四个比较器的下边的四个端口控制高低电平来确定我们的预设密码。在上述电路图中预设的密码为1、2、3、4（有顺序要求）。

2、当我们按下输入密码的1到9九个按键，这个9个十进制数由译码器译码变成4为二进制数，再经过非门进入比较器的四个输入端口。当有按键按下时会有按键信号使移位寄存器使能，移位变成0001。再由译码器译码，译码的信息作

为比较器的使能信号。也就是在按下第一个按键时第一个比较器使能，比较预设值于输入信号；在按下第二个信号时使第二个比较器使能，比较第二个比较器的预设值与输入值。第三、第四个按键按下时会产生相同的作用。这样就有了时序关系，不会产生同时比较，比较混乱的情况。

3、比较器比较后输出的信号通过一个四输入或门，当有一个比较器的输出端有高电平时（输入信号与预设密码相同）在这个四输入或门的输出端口会产生一个高电平信号。四输入或门的输出端连接到移位寄存器的时钟端，这样只要有一个比较正确的信号就会让移位寄存器右移进入一个1。当这四个信号都正确时，移位寄存器所接的四输入与门就会产生一个高电平信号。再按下确定键后会使锁存器锁存住高电平信号。同时起到清零作用的计数器74LS194会将移位寄存器清零。 4、当有按键按下后就会给计时器一个信号，使其计数。当到了5分钟时还没有输入正确的密码也没有按下门铃按键，就产生报警信号（即1000Hz蜂鸣器作用）。当按下报警复位按键后蜂鸣器不作用，并且所有模块的数据输出端清零。

5、按下门铃按键会使500Hz蜂鸣器作用，并且使各个模块的输出端清零，计数模块清零，并且不进行计数 （三）模块之间的连接

1、按键编码电路和控制电路之间的连接

两个模块之间加了一个四输入与非门，这个与非门是按键探测的元件，当有一个按键按下时四输入与非门会产生一个电平的变化，让输出端的移位寄存器右移进入一个1。

2、按键编码电路、计时电路、报警电路三者之间的连接

按键编码电路所产生的按键信号作为计时电路的开始信号，当有一个按键按下后计时电路就开始计时。这是通过控制时钟信号产生器来实现的。 计时电路计时到达5分钟时，在最后一个计数器74LS160输出端接上的与门会产生一个高电平信号，使蜂鸣器起作用。 3、控制电路与开锁电路之间的连接

在这两个模块之间用了一个移位寄存器连接，当比较器比较出正确的信号输入到移位寄存器时就会产生一个移位时钟信号。若四位密码都正确就会产生四个移位信号。再由确定按键按下就是使输入的密码输出，观察输入的密码是否正确。 4、门铃电路、控制电路和计时电路三者之间的连接

门铃电路的按键信号直接与控制电路中的移位寄存器相连，只要有门铃按键按下就会起到清零作用。

门铃电路的按键信号与计时电路的三个计数器的置数端相连，只要有门铃按键的信息就置数。 （四）功能仿真结果

1、当有一个按键按下时计时电路开始计时（如图5-4-1所示），并且每有一个按键按下时在控制电路的移位寄存器处都会有一个1移入

图5-4-1

2、当密码正确并且按下确定键后会使指示灯亮（如图5-4-2所示）

图5-4-2

3、当操作过程超过5分钟时会产生报警信号，并且按下报警复位端报警信号消失，并且复位。（如图5-4-3，图5-4-4所示）

图5-4-3

图5-4-4

4、当门铃电路的D键按下时会产生门铃信号，并且使各个模块输出端清零。（如图5-4-5所示）

图5-4-5

（五）实际功能的实现

图5-5-1

图5-5-2

六、课程设计心得感受

虽然课程设计花费了我许多的经历和时间但是当所有的功能都实现的时候那种成就感是任何东西都无法替代的。还有再解决了一个问题和当自己有了一个思路的时候那种高兴的感觉是从未有过的。我很感谢能拥有这样一次机会去设计一样东西，让我收获了很多。

在课程的设计中还是有很多的不足，课本上的东西应用的不灵活以及自己知识的匮乏都是我未来的学习中需要解决的。在设计中我也看到了书本与实际的联系和差距，我应该通过这样的设计来不断的丰富自己，在这种设计中我们可以学到更多的知识，同时也会巩固自己所学的知识。提高自己的逻辑能力和动手能力是非常必要的。

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