数字逻辑大作业报告设计题目：电子密码锁班级: 1203105任课教师：张彦航计算机科学与技术学院1. 目录：1. 目录： (2)2. 设计目的及要求 (3)2.1设计目的： (3)2.2设计要求： (3)3. 工作原理、系统方框图 (4)3.1工作原理 (4)3.2系统方框图 (7)4. 各部分选定方案及电路组成、相关器件说明 (8)4.1输入单元 (8)4.2比较单元 (8)4.3记录步骤单元 (10)5. 调试过程 (10)6. 设计结论 (11)6.1设计综述 (11)6.2设计结论 (11)6.3设计缺陷 (11)7 设计心得与总结 (12)1： (12)2： (12)3： (13)8. 参考文献 (13)9. 附录 (14)附录一：总体器件表及相关器件的功能表、管脚分布 (14)键盘（真）： (14)比较单元： (15)计时单元： (15)附录二：总体设计图 (16)附录三：仿真结果 (17)附录四：小组各成员分工 (19)2. 设计目的及要求本次大作业中，我们选择了题目1：电子密码锁的设计。

2.1设计目的：通过利用现有电路元件或自行设计元件，调动学习过（主要关于编码器、锁存器、环形计数器方面）的知识，独立完成从设计、选片、连线、调试、排除故障到实现一个数字密码锁的全过程，并书写实验报告，从而利用技术解决比较复杂的实际问题，提升综合能力。

2.2设计要求：外部设计：1)设计一个开锁密码为4位数字的密码锁，外观上有一个八位数字键盘，一个输入密码完成开关，一个开始修改密码开关，两个指示灯，一红一绿，另有置于密码锁内部的电源开关和清空输入次数开关；用户使用：2)使用者可以通过一个八位数字键盘输入密码，第一次按下数字开关后即开始计时，五秒内完成密码输入后，按开锁键即可校验密码；3)如果密码正确，绿灯亮起，密码锁打开；如果密码错误，红灯亮起，密码锁不打开，使用者须继续输入密码；4)如果使用者输入密码正确，还可以选择修改密码（但新密码只能使用真键设置），输入新密码完成后，按下清空输入次数开关即可让密码锁继续正常工作；5)如果输入者连续两次输入错误密码，则密码锁内部锁死，即使输入正确密码也不能再次打开；6)如果输入者没在五秒内完成密码输入，密码锁也将自动锁死；内部实现：7)键盘设置的八个数字键盘中，有四个是伪键，四个是真键，密码锁只能识别真键，所有伪键都只影响按键次数，而不提供实际信息；8)密码锁的内部，输入的每位密码都将付诸比较（如果是伪键输入则比较结果恒为假），输入第四位或第八位密码并按下输入完成键后，输出总的比较结果；9)第一次按动按钮即触发一个计时器，使用外部时钟源（每秒一脉冲），五秒后锁定密码锁，此后的输入都不会起效；3. 工作原理、系统方框图3.1工作原理该密码锁由四部分组成：1)密码输入和修改部分：上图为一个输入单元：①、1D输入为1，2D输入为0时，左侧输出为1，右侧输出为0。

②、1D输入为0，2D输入为1时，右侧输出为1，左侧输出为0。

③、1D输入为1，2D 输入为1时，左侧输出为0，右侧输出为0。

④、1D输入为0，2D输入为0时，右侧输出为0，左侧输出为0。

伪键：伪键输入为10或01时输出为0。

修改：K1为单刀双掷开关，放在右侧时选择1D为1开锁，放在左侧时选择2D为1开锁。

密码检测部分：2)密码输出红绿灯：密码输入时间限制（五秒钟），和密码锁锁住的时间（五分钟）。

左侧的cp给1s的时钟，左侧cp给1分钟的时钟。

当左侧时钟计数满五秒时QD输出为1，右侧计时器开始计时计满五分钟时给左侧清零，重新开始进行密码的输入。

3)总体设计思路：密码输入从左侧开始1，无论1D或2D输入为1时，通过2的一个二选一来使3左侧计数器开始计数（五秒钟），在五秒内输入正确则计数停止，6输出端为1通过控制两个计数器之间的门来控制左侧二选一来使3左侧计数器停止计数。

若在五秒内输入3左侧计数器QD输出1，控制4右侧的计数器（五分钟）开始计数，并且控制5右侧二选一选择0而非cp端，使此时的密码输入是无效的。

当4右侧的计数器（五分钟）计满五分钟时给3左侧计数器清零，可以重新输入密码。

7处为密码修改部分，本应该为单刀双掷开关，由于在maxplusⅡ中无单刀双掷开关，而且输出不能为空，就把它们的输出连在了一起。

这是封装后的图：3.2系统方框图部分次要按键并未列举，如：确认完成输入密码按钮，开始修改密码按钮，确认完成修改密码按钮等。

部分次要单元亦并为列举。

4. 各部分选定方案及电路组成、相关器件说明只列举较为重要的若干单元。

4.1输入单元对于输入端，我们采用了以下几个输入端首先有8个密码值，分别用A B C D E_A E_B E_C E_D 表示，其中A B C D是真正用到的，而后面4个没有用到，起迷惑作用。

然后还有一个set端就是让整个电路初始化，对于密码锁，初始密码初始为A A A A 然后有shurumima 和xiugaimima 分别表示电路处于输入密码的状态和修改密码的状态然后有一个finish 和kaisuo 端其中finish是在修改完密码后，表示修改密码完毕kaisuo表示密码输入完，实施开锁操作。

开始使用电路的是，需要先按下set，使得整个电路到工作状态。

接着便是一个编码状态虽然给了8个输入值A B C D E_A E_B E_C E_D，但是真正用到的只有其中4个，另外4个只是迷惑作用。

所以对于4位密码，只需要4个状态，所以只需要2位码就能表示4中状态。

所以用了一个4—2编码器，对于A编码为00 ，对于B 编码为01，对于C编码为10，对于D编码为11.完成编码工作我们用到了74148芯片，这个芯片是一个8—3编码器，但是能够完成我们4—2编码器的工作。

其中eos这个输出端更是成为了后面各个计数器工作的时钟源。

对于比较密码的问题，我们是主要利用的锁存器来完成。

8个锁存器，存储现在的密码，每位密码如上面所说的需要用到两位码，所以总共用到8为锁存器。

用的是D锁存器。

4.2比较单元对于比较密码这个地方，我们觉得我们设计是有一个很有亮点的地方。

对于密码A B C D，我们如何区分A B C D 和A C B D 这两种不同的输入，因为输入端来自于同一个键盘，如何让输入的第一位密码和设定的第一位密码比较，而不是和设定的第二位密码比较。

这个时候，我们想到了控制使能端，我们又用到了另外4个D锁存器，这4个锁存器是用来锁存每一位密码的比较结果。

（总共4位密码，所以用4个），我们用的计时器，是一个4位计时器，工作状态是1000 0100 0010 0001 ，4位分别连着4个锁存器的使能端，虽然每次输入的值，与设定的密码的所有位数都比较了，但是每次能进入结果锁存器保存起来的，却只有一位，这一个设计，我们觉得是非常棒的。

其中计时器我们是利用4个D触发器来完成的，直接利用两个7474芯片，就可以完成。

比较密码说完，我们接着说修改密码。

如果密码输入正确，就可以修改密码。

修改密码的原理也很简单，我们用的锁存器来存密码，那么修改密码只需要，将锁存器里面的值换掉就可以。

同样面对着修改密码时的问题，我修改密码的时候，我重新设定的第一位密码，会不会存到放第二位密码的锁存器中呢。

同样利用上面所说的计时器，作为存密码的锁存器的使能端，就可以解决这个问题了。

当然修改密码的使能端还需要受到result的控制，密码输入对了才用资格修改密码。

所以修改密码和比较密码这两个过程主要用到就是12个锁存器，其中8用来保存密码，（比如密码为A A A A ,锁存器便保存为00 00 00 00），其余4个用来存这4为密码比较的结果。

还用到了一个计时器，当然计时器的时钟源是由键盘的8为输入密码值（A B C D E_A E_B E_C E_D）和set键控制。

因为计时器初始状态为0 0 0 0 ，按下set键后，便可以进入工作状态1 0 0 04.3记录步骤单元接下来再说记录步骤的问题吧，对于这个我们采用了7490这个芯片，对于输入如果连续两次输错密码，那么我们的电路将会锁死，也就是说就算重新输入了正确的密码，也是打不开的。

当然对于密码输入正确还有修改密码中的按键，我们会清零计数器的，这些按键是不会影响的，也就是说锁死的条件必须是连续输入错两次。

7490芯片是很常用的芯片便不多说了。

中间还用到了74257芯片，因为用到了2选1功能。

对了，对于开锁的时候，我们是要求必须输入完4位才有可能打开锁的，所以计数器为4或者8的时候，才有可能打开锁。

下面接着说计时功能，计时功能其实还是计数器的实用，我们再次选了7490芯片，计时5秒，我们的考虑是当你第一次按下一个密码键的时候便开始计时，计时是需要提供一个额外的时钟源的，时钟源的频率给1HZ就好了，那么当计数器遇到5次跳沿就好了，就说明5秒到了，当然中间如果成功输入密码正确，那么计数器将停止计时，并且当再次输入密码的时候，便开始再次计时。

那么我们考虑到这个功能如何实现。

这个时候我们想到前面编码过程中的EOS端口，那么我们需要再次用到一个锁存器，当有输入的时候利用EOS端口，将1存入锁存器，再让锁存器的输出与时钟源相与，当有输入的时候，那么锁存器的输出肯定是1，所以与时钟源相与还是时钟源本身，当输入密码正确，或者修改密码的时候，会将锁存器，再次打开，便让存进1，那么这个时候与时钟源相与便是0，便不会计时了，只有当再次输入密码的时候，再次将锁存器存入1，才能再次开始计时。

对于附加功能显示5秒倒计时，我觉得这个非常简单，但是好像maxplus2没有7端显示的原件呀，其实这个也非常容易实现的，利用计数器的3个端口表示5秒内的时间，还是很容易的，对于7端显示，我们只需要利用计数器的值对应上各个时间的值，画出真值表，利用7个卡诺图，便可以利用计数器的3个端口控制时间的显示，这个数字逻辑实验课上，已经做过了，比较容易实现。

5. 调试过程首先我们先调试的比较密码这个过程，正如上面所说的，开始时，由于set键，我们的初始密码是AAAA，我们最开始就是反复调试这个功能。

再接着我们调试修改密码，以及修改密码后能够比较新的密码。

再接着，我们调试了步骤计数器的功能，即能够在连续输错两次后，就算再次输入对密码后也不能开启。

再接着，我们调试了计时器的功能，即在5s后，就算输入对了密码，也不能打开。

当然在调试过程中，我们也遇到了许多问题，说影响深刻的吧，首先最开始的时候，当我们第一次输入完密码以后，能够正确打开，当第二次输入的时候，密码没有输入完，按下开锁键，便可以打开了。

原因是什么呀，哦，因为锁存器（还没有比较的位数）还保存着上一次的比较结果，对于这个问题，我们需要怎么处理，我们便在输出的时候用计数器控制了一下，当计数器为4或者8的时候才能打开锁。