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    西安交通大学电子技术实习电子密码锁实验报告

    时间：2020-11-02 11:44:03 来源：蒲公英阅读网 本文已影响人 蒲公英阅读网手机站

    相关热词搜索：密码锁 电子技术 西安交通大学

    　：

    　电子技术实验报告 —— 电子密码锁设计

    　 班级：

    　 物联网 81 姓名：

    　 李威江 学号：

    　 2184411027

    　 日期：2020 年 7 月 12 日

    　 目 目 录 一．实验目的 .......................................................................................................... 3 二．项目设计概要 ................................................................................................... 3 1. 设计实现的目标 ............................................................................................ 3 2. 整体设计概述 ............................................................................................... 3 3. 项目设计特点 ............................................................................................... 3 三．系统设计方案 ................................................................................................... 4 1. 系统功能模块设计示意图：

    　......................................................................... 4 2. 密码锁输入电路的总概括 ............................................................................ 5 3. 密码锁输入电路各主要功能模块的设计 ...................................................... 5 4. 密码锁控制电路的设计 ................................................................................ 6 5. 密码锁显示电路的设计 ................................................................................ 7 6. 密码锁的整体组装设计 ................................................................................ 8 四．仿真测试结果及分析........................................................................................ 9 1. 键盘输入去抖电路的仿真：

    　............................................ 错误! ! 未定义书签。

    　2. 密码锁输入电路的仿真 ................................................... 错误! ! 未定义书签。

    　3. 密码锁控制电路的仿真 ................................................... 错误! ! 未定义书签。

    　五．项目总结 ......................................................................................................... 10 六．结束语 ............................................................................................................. 11

    　一．实验目的 数字逻辑电路专题实验是对“数字逻辑”课程内容的全面、系统的总结、巩固和提高的一项课程实践活动。根据数字逻辑的特点，选择相应的题目，在老师的指导下，由学生独立完成。目的是通过实验使学生掌握数字逻辑电路设计的基本方法和技巧，正确运用 QuartusⅡ软件及实验室多功能学习机硬件平台，完成所选题目的设计任务，并掌握数字逻辑电路测试的基本方法，训练学生的动手能力和思维方法。通过实验，一方面提高运用数字逻辑电路解决实际问题的能力，另一方面使学生更深入的理解所学知识，为以后的计算机硬件课程的学习奠定良好的基础。

    　二．项目设计概要 1. 设计实现的目标

    　设计一个具有较高安全性和较低成本的通用电子密码锁，其具体功能要求如下：

    　 (1) 数码输入：每按下一个数字键，就输入一个数值，并在显示器上的最右方显示出该数值，同时将先前输入的数据依序左移一个数字位置。

    　(2) 数码清除：按下此键可清除前面所有的输入值，清除成为“0000”。

    　(3) 密码更改：按下此键时会将目前的数字设定成新的密码。

    　(4) 激活电锁：按下此键可将密码锁上锁。

    　(5) 解除电锁：按下此键会检查输入的密码是否正确，密码正确即开锁。

    　2. 整体设计概述

    　作为通用电子密码锁，主要由三个部分组成：数字密码输入电路、密码锁控制电路和密码锁显示电路。

    　作为电子密码锁的输入电路，可供选择的方案有数字机械式键盘和触摸式数字键盘等多种。

    　根据以上选定的输入设备和显示器件，并考虑到实现各项数字密码锁功能的图 具体要求，整个电子密码锁系统的总体组成框图如图 4.1 所示。

    　(1) 密码锁输入电路包括时序产生电路、键盘扫描电路、键盘弹跳消除电路、键盘译码电路等几个小的功能电路。

    　(2) 密码锁控制电路包括按键数据的缓冲存储电路，密码的清除、变更、存储、激活电锁电路( 寄存器清除信号发生电路)， ， 密码核对( 数值比较电路) ，解锁电路(开 开

    　/ 关门锁电路) 等几个小的功能电路。

    　(3) 的 七段数码管显示电路主要将待显示数据的 BCD 码转换成数码器的七段显示驱动编码。

    　3. 项目设计特点

    　我们将整个电路分成三个模块，键盘输入电路，控制电路和数据输出电路，分别设计后将三者结合即可，十分灵活。

    　三．系统设计方案 1. 系统功能模块设计示意图：

    　键盘扫描电路密码锁输入电路七段数码管显示电路密码锁控制电路按键输入扫描信号键盘 弹跳消除电路 键盘译码电路时序产生电路寄存器清除信号发生电路开 / 关门锁电路 数值比较电路 按键数据缓存器BCD 至七段译码电路

    　 2. 电子密码锁的输入电路 输入电路由键盘扫描电路、弹跳消除电路、键盘译码电路、按键数据缓存器，加上外接的一个 3×4 矩阵式键盘组成。

    　矩阵式键盘是一种常见的输入装置，在日常的生活中，矩阵式键盘在计算机、电话、手机、微波炉等各式电子产品上已经被广泛应用。图 4.3 是一个 3×4 矩阵式键盘的面板配置图，其中数字 0～9 作为密码数字输入按键，*作为“上锁”功能按键，#作为“解锁/清除”功能按键。

    　弹跳消除电

    　 路键盘译码电

    　 路按键数据缓存器1 2 34 5 67 8 9* 0 #键盘扫描电路工作时钟脉冲信号键盘输入 按键数据键盘扫描信号1 2 34 5 67 8 9* 0 #键盘扫描信号KY3(00)

    　1110KY2(01)

    　1101KY1(10)

    　1011KY0(11)

    　0111KX2KX1KX0经提升电阻至 VCC

    　 按键位置与数码关系如下

    　3.

    　密码锁输入电路各主要功能模块的设计

    　1) 时序产生电路

    　 本时序产生电路中使用了三种不同频率的工作脉冲波形：系统时钟脉冲(它是系统内部所有时钟脉冲的源头，且其频率最高)、弹跳消除取样信号、键盘扫描信号。

    　2) 键盘扫描电路

    　 扫描电路的作用是用来提供键盘扫描信号(表 4.1 中的 KY3～KY0)的，扫描信号变化的顺序依次为 1110－1101－1011－0111－1110......依序地周而复始。

    　3) 弹跳消除电路

    　由于本设计中采用的矩阵式键盘是机械开关结构，因此在开关切换的瞬间会在接触点出现信号来回弹跳的现象，对于电子密码锁这种灵敏度较高的电路这种弹跳将很可能会造成误动作输入，从而影响到密码锁操作的正确性。

    　4) 键盘译码电路

    　上述键盘中的按键可分为数字按键和文字按键，每一个按键可能负责不同的功能，例如清除数码、退位、激活电锁、开锁等 5) 按键存储电路

    　因为每次扫描会产生新的按键数据，可能会覆盖前面的数据，所以需要一个按键存储电路，将整个键盘扫描完毕后的结果记录下来。按键存储电路可以使用移位寄存器构成。

    　4. 密码锁控制电路的设计

    　密码锁的控制电路是整个电路的控制中心，主要完成对数字按键输入和功能按键输入的响应控制。

    　1 1 ．数字按键输入的响应控制

    　(1) 如果按下数字键，第一个数字会从显示器的最右端开始显示，此后每新 按一个数字时，显示器上的数字必须左移一格，以便将新的数字显示出来。

    　(2) 假如要更改输入的数字，可以按倒退按键来清除前一个输入的数字，或者按清除键清除所有输入的数字，再重新输入四位数。

    　(3) 由于这里设计的是一个四位的电子密码锁，所以当输入的数字键超过四个时，电路不予理会，而且不再显示第四个以后的数字。

    　2 2 ．功能按键输入的响应控制

    　(1) 清除键：清除所有的输入数字，即做归零动作。

    　（ 2) 激活电锁键：按下此键时可将密码锁的门上锁。( ( 上锁前必须预先设定一个四位的数字密码。) )

    　(3) 解除电锁键：按下 此键会检查输入的密码是否正确，若密码正确无误则开门。

    　5. 密码锁显示电路的设计

    　直接采用四个 4 4- -7 7 译码器来实现。

    　 上锁工作模式· 清除原先储存于组件中的密码· 输入旧密码后变更密码· 将新密码回存于存储组件中· 密码锁激活上锁 开锁工作模式· 检查输入的密码是否有效· 核对输入密码是否有效· 都正确后解除电锁 输入文字模式· 开始输入 4 位数字，在输入数字时可能使用到清除键

    　6. PIN_45PIN_51PIN_48PIN_53PIN_52PIN_121PIN_122SEG7_SM2[6..0]OUTPUTPIN_30PIN_40PIN_32PIN_42PIN_41PIN_44PIN_43SEG7_SM1[6..0]OUTPUTPIN_133PIN_134PIN_135PIN_139PIN_141PIN_142PIN_143SEG7_SM3[6..0]OUTPUTPIN_120PIN_115PIN_118PIN_113PIN_114PIN_104PIN_112SEG7_SM4[6..0]OUTPUTDIN4[3..0] DOUT7[6..0]YMQinst7DIN4[3..0] DOUT7[6..0]YMQinst8DIN4[3..0] DOUT7[6..0]YMQinst9DIN4[3..0] DOUT7[6..0]YMQinst10DATA_BCD[7..4]DATA_BCD[3..0]DATA_BCD[11..8]DATA_BCD[15..12]6.

    　密码锁的整体组装设计

    　PIN_101VCCCLK_1KINPUTPIN_96PIN_94PIN_93PIN_100PIN_97VCCKEY_IN[4..0]INPUTPIN_4enlockOUTPUTPIN_45PIN_51PIN_48PIN_53PIN_52PIN_121PIN_122SEG7_SM2[6..0]OUTPUTPIN_30PIN_40PIN_32PIN_42PIN_41PIN_44PIN_43SEG7_SM1[6..0]OUTPUTPIN_133PIN_134PIN_135PIN_139PIN_141PIN_142PIN_143SEG7_SM3[6..0]OUTPUTPIN_120PIN_115PIN_118PIN_113PIN_114PIN_104PIN_112SEG7_SM4[6..0]OUTPUTDATA_N[3..0]DATA_F[3..0]FLAG_NFLAG_FCLKENLOCKDATA_BCD[15..0]CTRLinstCLK_1KKEY_IN[4..0]CLK_SCAN[3..0]DATA_N[3..0]DATA_F[3..0]FLAG_NFLAG_FCLK_CTRCLK_DEBOUNCEKEYBOARDinst3DIN4[3..0] DOUT7[6..0]YMQinst7DIN4[3..0] DOUT7[6..0]YMQinst8DIN4[3..0] DOUT7[6..0]YMQinst9DIN4[3..0] DOUT7[6..0]YMQinst10DATA_BCD[15..0]DATA_BCD[7..4]DATA_BCD[3..0]DATA_BCD[11..8]DATA_BCD[15..12]

    　四．测试结果及分析 1. 键盘输入去抖电路的仿真

    　 图为键盘输入去抖电路的仿真结果图，图中的输出信号 QQ0，QQ1，D_OUT1，DD0，DD1 是为便于仿真时观察中间结果而增加的观测点的输出，调试好后程序中的相应语句应注释掉。

    　2．密码锁输入电路的仿真

    　 图为密码锁输入电路的仿真结果图，图中的输出信号 CLK_SCAN，C_DEBOUNCE 是为便于仿真时观察中间结果而增加的观测点的输出，调试好后程序中的相应语句应注释掉。

    　3．密码锁控制电路的仿真

    　图分别是两个密码锁控制电路仿真结果图。其中图 4.11 的仿真过程为先输入上锁密码“1234”，再按下上锁键激活电锁，接着输入万能解锁密码“8888”，最后按下解锁键解锁。

    　五．项目总结 实验难度较大，光是思考如何用电路板代替矩阵式键盘就花费了不少精力，而去抖电路等知识点又是未接触过的新知识，理解起来比较复杂，最后是与其他同学讨论并套用课程中给出的代码才勉强让电路运行，总体并不够完善。

    　六．结束语 数字逻辑专题实验对我们进一步理解所学理论知识、深化对数字逻辑电路的认识有着不可替代的重要作用。计算机本身就属于工科专业，要求学生具备较高的动手实践操作能力，不能仅仅局限于课本知识的学习。数字逻辑专题实验与数字逻辑课程一脉相承，在我们刚学完理论知识后就能得到相应的实践能力训练，把所学知识应用到自己的设计题目过程中去，是一个难得的机会。

    　专题实验不仅使我对所学知识有了更加深入的理解，也让我了解了数字逻辑电路的基本设计过程和调试方法，并能够利用 QuartusⅡ软件及实验室提供的多功能学习机硬件平台完成一些比较简单的数字逻辑电路题目的设计任务。同时，对数字逻辑电路的深入理解也为我以后的计算机硬件课程的学习奠定了良好的基础。另一方面，实验增强了我的团队合作意识和能力，这对我今后的发展大有裨益。

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