打开pdf格式的软件电子电路课程设计密码锁(满分实验报告)解析

2021年1月1日发(作者：谢世楞)
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电子电路课程设计报告
密码锁设计报告


摘要：
本系统是由键盘和报警系统所组成的密码锁。系统完成键盘
输入 、开锁、超时报警、输入位数显示、错误密码报警、复位等数
字密码锁的基本功能。
关键字：
数字密码锁 GAL16V8 28C64 解锁与报
警





1


2


电子电路课程设计报告

目录：
一、 系统结构与技术指标
1、 系统功能要求 ……………………………………… 4
2、 性能和电气指标 …………………………………… 5
3、 设计条件 …………………………………………… 5
二、 整体方案设计
…… ……………………………………6
………………………………………… 6
1、 密码设定
2、 密码判断
3、 密码录入和判断结果显示 ……………………………6
4、 系统工作原理框面 ……………………………………7

三、 单元电路设计
1、 键盘录入和编码电路图 ……………………………8
2、 地址计数和存储电路 ……………………………… 12
3、 密码锁存与比较电路 ………………………………… 12
2


3


电子电路课程设计报告
4、 判决与结果显示电路 ……………………………… 14
5、 延时电路 …………………………… …………………15
6、 复位 ………………………………… ……………17
7、 整机电路图 ………………………………………… 19
8、元件清单 …………………………………………… 19
四、程序清单

1、 第一片GAL ………………………………………………21
2、 第二片GAL ………………………………………………23
五、测试与调整
1、 单元电路测试 …………………………………………25
2、 整体指标测试 ………………………………………26
3、 测试结果 ………………………………………………26
六、设计总结
1、 设计任务完成情况 ……………………………………27
2、 问题及改进 …………………………………………27
3、 心得体会 ………………………………………… 28

3


4


电子电路课程设计报告
一、系统结构与技术指标


1. 系统功能要求
密码锁：用数字键方式输入开锁密码，输入密码时开
锁；如果输入密 码有误或者输入时间过长，则发出警报。
密码锁的系统结构框图如下图 所示，其中数字键盘用于输< br>入密码，密码锁用于判断密码的正误，也可用于修改密码。开锁
LED1亮表示输入密码正确并开 锁，报警LED2亮表示密码有误或
者输入时间超时。







开锁green
错误red
键盘密码锁
4


5


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2.性能和电气指标
2.1 开锁密码为8位十进制数字，由按键输入，按“确
认”键后，输入的数字有效。
2.2 输 入的8位数字与预设的密码相同时开锁，用绿灯
亮，红灯灭表示。数据有误时或输入的密码时间过长即报 警，红
灯亮。
2.3 输入的数字间隔时间小于或等于15s。超过时限则报
警，同时电子锁复位。
2.4 具有手动、自动复位功能。
3. 设计条件
3.1 电源条件：稳压电源提供+5V电压。
3.2 可供选择的元器件如表1-1所示
型号
74374
28C64
7485
名称及功能
锁存器
EEPROM 存贮器
4位比较器
5


6


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74161
74164

GAL16V8
F555
74123
4位二进制计数器
8位移位寄存器

可编程逻辑器件
定时器
可重触发器
表1-1 器件单

门电路、电阻、电容以及发光二极管自定。
二、整体方案设计
1密码设定
按照自己的学号设定密码，将密码预先存如28c 64芯片中。我的
学号是10001823，写入28c64中的数据为01 0A 0A 0A 01 08
02 03
2密码判断
通过4为比较器对预先存如的密码及手动在键盘上 输入的密码逐
个进行比较，把结果送入8为移存器进行结果判别
3密码录入和判别结果显示
6


7


电子电路课程设计报告
每 输入一位密码，比较器就比较一次，并且把结果送如移存
器进行移存，8位的比较结果送到GAL，判决 是否正确，并开锁
或报警。设定密码时，每输入一位，计数器加一。


4系统工作原理框图
整体方案如下：











7



8


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三、单元电路设计
1. 键盘录入和编码电路图
由于键盘有0~9，而ROM中数据以十进制存储，则要将案
件 进行10进制到2进制的转换。使用可编程逻辑器件GALl16V8,
电路非常简单，连线少，比较实 用。
将按键编号和输出四位二进制码相对应，列出真值表（表3-
1）。
序
号
0
1
2
3
4
5
按
键
A0
A1
A2
A3
A4
A5
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
0
0
0
1
0
1
0
1
8


D0 D1 D2 D3
9


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6
7
8
9



A6
A7
A8
A9
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
根据真值表，用CUPL语言写出逻辑关系：
D3=A0#A8#A9;
D2=A4#A5#A6#A7;
D1=A0#A2#A3#A6#A7;
D0=A1#A3#A5#A7#A9;
电路设计：
每个键按下，产生一个高电平脉冲，并把按下的数字键译码输
出
9


10


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U2
A01
2
3
4
5
6
7
8
9
11< br>CLKI0
I1
I2
I3
I4
I5
I6
I7
I8
OEI9
AM16V8
D0
IO0
IO1
IO 2
D3
IO3
IO4
IO5
IO6
IO7
A710
个数据键
19
18
17
16
15
1413
12
四位译码数据
A9
A8
GAL1
：输入键盘控 制，数字译码
R3R2
1k1k
98765432
RP2
RESPA CK-8
1

为保护电路，接入排阻。


时钟
机械键盘在使用过程中会产生机械抖动，即会产生多个脉冲
信号（有稍高频的毛刺），使输出的时钟不 稳定，影响后级工
作。可让CP触发输出，消除高频毛刺。由于密码通过机械开关
输入，频率很 低（因本次实验提供的开关不大方便操作，一般按
键频率不大于1hz），则触发低频略高即可，取5~ 10hz即可。
用F555做定时器，设计电路如下：
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R
V
C
C
4
8
U1
Q
DC
3
7
RA< br>2k
clock
C5
5
0.1uF
CV
RB
3k
G
N
D
C2
220u
2
TRTH
6< br>1
555
计时电路
f=1.43{(RA+2RB)*C}=1


q=(RA+RB)(RA+2RB)


555定时器的频率表达式为：f=1.43（(RA+2RB)*C）。
取RB=3K，RA=2K，C=220u,测试得f=7.1hz,能达到要求。
将clo ck接至G16V8的1脚，且使用触发输出：
CP.D=A0#A1#A2#A3#A4#A5#A6 #A7#A8#A9，此时在每次键按下时都
会产生一个脉冲，且消除了毛刺。
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2.地址计数与存储电路
将CP送入计数器，得到的是按键次数，也是ROM的地址信
号。每 接受到一个信号，74161就会向28c64送入一个地址，
28c64通过得到的地址把一位新的密 码送入74374和16v8由键盘
上得到的数一同寄存后在送入比较其中比较



CP
U12
3
4
5
6
7
10< br>2
9
1
D0
D1
D2
D3
ENP
E NT
CLK
LOAD
MR
74161
Q0
Q1
Q2
Q3
RCO
14
13
12
11
15
71
2
6
4
5
3
U11
A
B
C
D
BIRBO
RBI
LT
7448
QA
QB
QC
QD
QE
QF
QG
13
12
11
1 0
9
15
14
高



3.密码锁存与比较电路
由于CP信号对于按键稍有延迟，如将按键的译码与从ROM中取出的数据进行比较，则会出错，所以在比较器之前加一级锁存器，
在时钟CP的控制下，此时才能 实现输入密码与原有密码的对应位
同时到达比较器。电路如下：
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U5U6
Q0
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
2
5
6
9
12
15
16
19
10
1213
15
9
11
14
1
2
3
4
A0
A1
A2
A3
B0
B1
B2
B3
A A=B
A>B
7485

28C64
的数据脚

3
D0~D3
4
7
8
13
14
17
18
1
11
四位译码器输出数据

CP
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
OE
CLK< br>74ALS374
QAQA=B
QA>B
7
6
5
比较输出


锁存
密码比较
重要时序分析：
密 码锁从清零开始工作：当按下第一位密码时，按键的译码立
即输出，CP滞后输出，在CP的上升沿，7 4374锁存器开始工作，
锁入数据，此时送到锁存器口数据是键盘输入的译码和ROM地址
0 000（B）的数据，并不是地址0001的数据。所以在ROM中存入数
据从地址0开始。
时序如下图所示：




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电子电路课程设计报告






锁存时序图


4. 判决与结果显示
经 过7485，只能比较密码的1位，使用移存器就能将比较结
果先储存，经过8个脉冲周期后同时输出。 为节约GAL16V8的IO
口，可使用一片7485，先将5位比较结果处理，剩下的三位接到
GAL，再比较。在密码全部输入后，要按下“确认”键，则GAL判
断密码是否正确。
数 据经7485等后，数据到达74164时，数据有一定的延时。
假如74164的时钟=CP，当第一 的CP到来时，第一位的比较结果还
没从7485出来，即第一位锁进的不是第一位的比较结果。所以，
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电子电路课程设计报告
锁存的时钟应比CP慢，可以定义CP2=！CP，此时，CP2比CP的上
升沿晚的时间就是手按键 的时间。从而保证锁存8次后输出的就
是8
U8
9
R
8
SR G8
10
12
13
15
9
11
14
12
3
4
位的
U9
A0
A1
A2
A3< br>B0
B1
B2
B3
AA=B
A>B
74 85
比较结果
clear
。
CP2
C1->
3
74 85
输出
1
2
比较结果处理
其他控制电路
&
1D< br>4
5
6
10
11
12
13
U7
QA QA=B
QA>B
7
6
5
1
2
34
5
6
7
8
9
11
CLKI0
I1< br>I2
I3
I4
I5
I6
I7
I8
OEI9< br>AM16V8
IO0
IO1
IO2
IO3
IO4
IO 5
IO6
IO7
19
18
17
16
15
1 4
13
12
red,
开锁失败，报警
blue,
开锁成功< br>8
位输入完毕
修改密码
复位
确认
D2
D1
L ED-BIBY
LED-BIRY
74164
系统控制，显示开锁结果、
RO M
读写
操作控制：复位、修改密码
将输入密码和存储的密码进行比较


图3-5 8位密码比较结果处理

假如输入正确密码，并按下确认键，则成功开锁。
5.延时电路
指标要求当输入的 数字间隔小于或等于15s时超时报警。设
计采用74123可重触发器和7474 D触发器配合程序控制。电路图
如下：

15


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C1
14
220 u
U111:A
CX
R1
150k
15
1
2
3
RXCX
A
B
MR
74123
Q
Q
1 5s
定时
13
4
CPOT
tw=15s,t=0.33RC
在
B
的上升沿，开始跳转

74123可重触发器

B端输入，OT触发输出。tw=15s，tw=0.45RC,则 设定R=150K，
C=220u，则计算得出tw=14.8s。若要提高15s计时精度则选取更< br>精确得电容和电阻，且系数0.45可能有相应更正。




74123工作时序如下：

16


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电子电路课程设计报告

图 3-6-2 74123工作时序
在复位后，OT=0，开始输入后，当间隔时间小于15s时，OT=1，
当间隔时间大于15s时， OT=0。

由于74123受控制较弱，所以在实际链接电路的时候增加了一块
7 4161做触发器，使得触发稳定切周期不变。
6、复位
复位功能包括手动复位和自动复位。
手动复位：清除输入密码，将所有寄存器归零。则将74161、
74164、74123、7474的清零端全部接在一起，复位键（RS）按下，
GAL清零 端CLR输出一个低电平脉冲，方程为：CLR=！RS。
自动复位：如解锁完毕（即密码输入完成后，按下“ENT” ），
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电子电路课程设计报告
开锁或报警后，所有寄存器清零。 若将方程写成CLR=！ENT，此时
是组合逻辑输出，一按下“ENT”，就复位了，此时报警结果还 没输
出，74164全零输入，则肯定会报警，失去密码锁判断的意义。所
以复位一定在正确解 锁后开始，可以借助GAL内部的触发器来完
成这个功能：CLR.D=！ENT。GAL的时钟任为5 55的输出时钟，几
hz的脉冲。则在开锁后几百ms后复位，开锁是个瞬时动作即可。
为方 程式的简洁，复位方程可表示为：CLR.D=!(ENT#RS),此时
手动复位稍有延迟（ms级） ，在实际应用中，延时是完全可以忽略
的。








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19


电子电路课程设计报告
7、整体电路




8、所用元件清单
本设计除了老师建议的一些芯片，我还使用了少量其他数字
芯片， 完成了要求外的一些指标，使用的芯片如下：
19


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电子电路课程设计报告
型号 名称及功能
量
数
74374
28C64
7485
74161
74164
GAL16V8
F555
按键开关
74123
LED发光二极管
锁存器
EEPROM 存贮器
4位比较器
4位二进制计数器
8位移位寄存器
可编程逻辑器件
定时器
输入密码
可重触发器
显示译码是否成功
1
1
1
2
1
2
1
2
1
1
电容、电阻、导线若干，面包板一块。



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电子电路课程设计报告


四、程序清单
设计中使用2片GAL16V8，第一片主要用于译码，第二片主要
用于控制。

1． 第一片GAL
功能：键盘解码，产生时序电路需要的CP及CP2

管脚连接及命名：
cp
KEY0
KEY1
KEY2
KEY3
KEY4
KEY5
KEY6
KEY7
GND
VCC
OUT4
OUT3
OUT2
OUT1
CP1
KEY9
KEY8
CP2
GND


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电子电路课程设计报告
Name : GAL23;
Date : 2012-11-28;
Revision : 1.3
Designer : ZHUZI;
Company : NJUPT;
******INPUT********
PIN[1,11,12,15]=[CP,!OE,CP2,CP1];
PIN[2,3,4,5,6,7,8,9,13,14]=[KEY0,KEY1,
KEY4, KEY5, KEY6, KEY7, KEY8, KEY9];
******OUTPUT******
PIN[16,17,18,19]=[OUT1,OUT2,OUT3,OUT4];
******EQUATIONS*****
OUT4=KEY0#KEY8#KEY9;
OUT3=KEY4#KEY5#KEY6#KEY7;
OUT2=KEY0#KEY2#KEY3#KEY6#KEY7;
OUT1=KEY1#KEY3#KEY5#KEY7#KEY9;
CP.D=OUT1#KEY0#KEY2#KEY4#KEY6#KEY8;
CP2=!CP;

22


KEY2, KEY3
22

23


电子电路课程设计报告
******END ****

2． 第2片GAL
功能：处理密码比 较结果、延时判断处理、控制28C64的读
写操作、开锁和报警输出、电路复位
管脚连接及命名
：








CP
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
D8
OT
VCC



RED
GREEN
RENTER
RST
DELAY
OE
Name : GAL23;
Date : 2012-11-29;
Revision : 1.3
Designer : ZHUZI;
23


电子电路课程设计报告
Company : NJUPT;
******INPUT********
PIN[1,11]=[CP,!OE];
PIN[2,3,4,5,6,7,8,9]=[ D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8];
PIN 12=DELAY;
PIN 14=RENTER;
PIN 13=RST;
PIN 10=OT;

******OUTPUT******
PIN 15=GREEN;
PIN 16=RED;
******EQUATIONS*****
Q=D1&D2&D3&D4&D5&D6&D7&D8
GREEN.D=Q&ENTER;
RED.D=!Q&ENTER
******END ****


24


24

25


电子电路课程设计报告
五、测试与调整
1.单元测试
10进制数字输入
测试：先复位，再按住数字键，用示波器检测第一片GAL的
19~16脚，打开1号开关即K EY0，检测到D0D1D2D3=0101,则译码
正确，以此类推，输入0~9，GAL输出全部测 试正确。
CP脉冲
测试：将CP接到示波器一个通道观察，在有键按下时，观察
到 脉冲。由低电平跳变至高电平，且cp1与cp2相反
密码比较
测试：
1. 复 位后，依次输入正确密码（10001823），用示波器观察第
一片7485的第6脚，若全为高，则 正确，8位密码输入完毕后，
测试74164的移存输出脚，若全为1，则正确。
2. 输入错误密码1001822，7485在输入错误密码后，输出为0，且8
位输入完毕后，741 64的输出管脚中，第三脚为0，其余为1。则电路没有
问题。

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电子电路课程设计报告
延时判断
测试：
1. 用示波器观察74123的输出管脚第13脚，复位时，输出为
0，当 有键按下，输出跳变为1，并保持。15秒内无键按下，则输
出跳变为0，在15秒内有键按下，则输出 一直保持高电平。
则延时电路没有问题。
2整体测试
1. 按下“复位”键，看 到数码管立即显示为0，用示波器测试
74161、74164、74123的输出端全为低电平。说明 手动复位功能正
常。
2. 输入正确密码10001823后，按下“ENT”，看到绿灯亮 ，输
入错误密码07040400后，按下“ENT”，看到红灯亮。
说明密码判断正确。
3. 复位后，按下第一位密码0，不再按任何键，15秒后，红
灯亮。说明延时判断正确，并能报警。
3.测试结果
1，2测试都正确，但是第3测试时发现15秒延迟不准确，所以在
实际电路中移除延迟。
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27


电子电路课程设计报告

六、 设计小结

1. 设计任务完成情况
几大指标：10进制键盘输入
密码正确输入时开锁，错误时报警
输入数字间隔小于15S时不能报警，能复位
手动和自动复位

除了延迟报警外全部完成，且界面友好，更加人性化。
2. 问题及改进
问题1：测试时74123输出不稳定，时有跳变
原因：电源杂波较大，对电路的正常工作有较大干扰
改进：在74123的电源和地之间并接一个较大的电解电容
（220u）。
注：用 示波器观察电源电压，能明显看到很严重的杂波，则会
引起数字电路工作异常，就会出现意想不到的错误 ，因此，为提高
电路的稳定性和可靠性，在电路的电容和地之间应多加电容进行
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电子电路课程设计报告
滤波。
< br>问题2：在全部输入正确的情况下，74164有两个管脚为低电
平，但是7485的八次判断全 部为真，鉴定为74164损坏，尚未解
决
问题3：硬件电路繁琐、作品性价比太低
原因：用GAL16V8实现密码锁，所用器件和实现方法在报告中
已经十分详尽。



3. 心得体会
通过这次课程设计，我对电子电路的设计有了很深的认 识和
了解，并且了解到了电路设计的重要性。
在一开始设计电路图的时候，由于排版不好，在 实际操作的时
候导致接线混乱，通过适当的改进，让电路更加美观整齐。在设计
电路的时候，课 程指导老师给了很多的帮助，给我们点名思路。在
烧制两块GAL16V8芯片的时候，由于程序的错误 ，导致了电路不能
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电子电路课程设计报告
实现功能，在老师的帮助下，改进了程序，是的模块功能成功实现。
真个实验过程中遇到了很多困难，排错也用了很久，最终在老
师的帮助下成功实现了要求功能。 回想两个星期的实验周课程，自
己的思考和动手解决能力得到了很大的增强。
感谢杨英强老师这两周的精心指导！
附：电路完成图


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