【正文】 911VSS8VDD16C R T 10CTC T = 1012I C 24 0 1 71314R15324710156911VSS8VDD16C R T 10CTC T = 1012I C 34 0 1 7開(kāi)始S W D P S TC 1 90 . 0 1 u報(bào)警電路計(jì)時(shí)開(kāi)始信號(hào)R 3 218kR 3 118k 圖 7 密碼輸入和設(shè)定電路原理圖 工作原理： 當(dāng)按下開(kāi)始按鍵時(shí)，電路處于密碼輸入等待時(shí)間，三個(gè) 4017 和計(jì)時(shí)電路進(jìn)入工作狀態(tài)。 密碼的輸入和校驗(yàn)電路由三個(gè) IC 解碼器組合而成，具體的設(shè)計(jì)方案 如圖 7 密碼輸入和設(shè)定電路原理圖所示。 密碼輸入 校驗(yàn) 和設(shè)定 電路設(shè)計(jì) 在這一部分，采用的是由微動(dòng)開(kāi)關(guān)制作的密碼輸入按鍵，是這個(gè)設(shè)計(jì)較為新穎的地方。新增的層堆棧管理功能，可以設(shè)計(jì) 32 個(gè)信號(hào)層， 16 個(gè)地電層， 16 個(gè)機(jī)械層。 Protel 99SE 由兩大部分組成：電路原理圖設(shè)計(jì)（ Advanced Schematic）和多層印刷電路板設(shè) 計(jì)（ Advanced PCB）。 在這里，用到的就是這個(gè)功能。 脈沖寬度計(jì)算公式： Tw≈(R+RW)C。在暫穩(wěn)態(tài)中，如果 Vi恢復(fù)為高電平（ VTR=1），但 VC 充電尚未達(dá)到 VCC的三分之二時(shí) （ VTH=0）， 555 定時(shí)器工作在保持狀態(tài)， VO為高電平， T 截止，電容器繼續(xù)充電。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器采用電阻、電容組成 RC 定時(shí)電路，用于調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的脈沖寬度 TW。 在本設(shè)計(jì)中， 555 定時(shí)器工作在定時(shí)狀態(tài)下， 也就是作為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。 5 腳： CO(或 VC)為控制電壓端。 2 腳： TR 低觸發(fā)端。D i sSR.. 5 圖 3 為 555 時(shí)基電路的電路結(jié)構(gòu)，由圖可知 555 電路由電阻分壓器、電壓比較器、基本 RS 觸發(fā)器、放電管和輸出緩沖器 5 個(gè)部分組成。此電路后來(lái)竟風(fēng)靡世界。蓄電池在生活中是很常見(jiàn)的，并且很容易得到，使用的周期也是比較長(zhǎng)的 ，易于更換等等。 其次，設(shè)計(jì)時(shí)考慮的最為重要的問(wèn)題是停電的問(wèn)題。具體的設(shè)計(jì)框圖如圖 1 控制電路總體設(shè)計(jì)框圖 所示 。 控制電路是這個(gè)設(shè)計(jì)的核心部分。當(dāng)然密碼的輸入時(shí)間電路可以調(diào)整的。為 了加大密碼的難度，可以多設(shè)計(jì)幾個(gè)密碼 按鍵 ，來(lái)提高對(duì)密碼難度和復(fù)雜性的要求，這些在看完整個(gè)電路后是很容易實(shí)現(xiàn)的，也就是依葫蘆畫(huà)瓢。同時(shí)，也帶來(lái)了很不好的一方面，那就是密碼的泄露。其次，在本設(shè)計(jì)中， 采用了 UPS 穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)， 即使 在突然斷電的情況下，密碼鎖能持續(xù)穩(wěn)定的工作。 電子密碼鎖的成本居高不下和維護(hù)的困難。在電子技術(shù)飛 2 速發(fā)展的今天 ， 具有防盜報(bào)警等功能的電子密碼鎖代替彈子鎖和密碼量少 、安全性差的機(jī)械式密碼鎖已是必然趨勢(shì)。 電子密碼鎖以其安全性高、成本低、功耗低、易操作等優(yōu)點(diǎn)受到越來(lái)越多人的歡迎。 抗干擾 。其中密碼輸入電路 融入了新的設(shè)計(jì)思路， 摒棄了傳統(tǒng)鍵盤(pán)，采用了微動(dòng)開(kāi)關(guān)，更好的保護(hù)了密碼。由于是基于數(shù)字電路和模擬電路進(jìn)行的設(shè)計(jì)，沒(méi)有非線(xiàn)性信號(hào)的輸入，使得電路的穩(wěn)定性得到了很大的提高，抗干擾能力也有所提升。 非線(xiàn)性信號(hào) 。因此近幾年一種新型的電子密碼鎖應(yīng)運(yùn)而生。 1 背景介紹及選題意義 選題的背景 密碼鎖是實(shí)際應(yīng)用極為廣泛的一種數(shù)字電路 ， 它的主要功能是用來(lái)對(duì)某些操作進(jìn)行加密保護(hù) ， 目的是避免無(wú)權(quán)人員使用某些設(shè)施或者進(jìn)行越權(quán)操作 ， 例如銀行自動(dòng)柜員機(jī)、自動(dòng)售貨機(jī)、門(mén)卡系統(tǒng)或者保險(xiǎn)柜中都含有這種密碼鎖。但是目前的電子密碼鎖大部分采用的是有單片機(jī)構(gòu)成的較為復(fù)雜的編程的設(shè)計(jì)方案。首先，整個(gè)電路是基于數(shù)字電路和模擬電路的，沒(méi)有非線(xiàn)性的信號(hào)輸入，使得電路的穩(wěn) 定性得到了很大的提高，抗干擾能力也有所提升。 傳統(tǒng)的密碼鎖鍵盤(pán)采用的是完整的鍵盤(pán)輸入，這是有一定得好處的，方便了用戶(hù)的使用，帶來(lái)了 友好的人機(jī)接觸。在這里主要闡述一種思想，所以 設(shè)計(jì)的是三位 密碼 的密碼電路， 因此 ，按鍵部分也就是有三個(gè) 密碼輸入 按鍵 和開(kāi)始 、 復(fù)位按鍵 ，每個(gè)按鍵的按下次數(shù)就是對(duì)應(yīng)的每一位的密碼。通常在知道密 3 碼的時(shí)候， 30 秒的時(shí)間足可以輸入密碼進(jìn)入。 設(shè)計(jì)總 體框圖 電子密碼鎖分為兩部分設(shè)計(jì)，分別是控制電路和電源電路 。 在電路的設(shè)計(jì)中，也體現(xiàn)了整個(gè)鎖體的設(shè)計(jì)要求，即報(bào)警時(shí)間的設(shè)計(jì)、密碼輸入時(shí)間的設(shè)計(jì)、鍵盤(pán)鎖定時(shí)間的設(shè)計(jì)等等。 交流電源供電方面， 使用小型變壓器作為變壓工具，并將其整流。在后備電源的設(shè)計(jì)時(shí)，考察市場(chǎng)后， 將后備電源定為 蓄電池。 圖 1 控制電路總體設(shè)計(jì)框圖 4 圖 2 電源部分電 路總體框圖 3 元件 及設(shè)計(jì)工具介紹 所用元件介紹 555 定時(shí)器 555 定時(shí)器是美國(guó) Sigics 公司 1972 年研制的用于取代機(jī)械式定時(shí)器的集成電路，因輸入端設(shè)計(jì)有三個(gè) 5 千歐姆 的電阻而得名。 圖 3 555 定時(shí)器 內(nèi)部結(jié)構(gòu) R 5KR 5KR 5KC1C2G1G2G3RdV i 1( T H )V i 2( T R )V C CTV c oR1VoV o 39。3 腳： OUT（或 Vo）輸出端。當(dāng) R 端接低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論 TR、 TH 處于 何電平，時(shí)基電路輸出為 “ 0” ，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。該端與放電管集電極相連，用做定時(shí)器時(shí)電容的放電。另外，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器也常用于 定時(shí)器 電路中，調(diào)整 RC 的值可以得到不同的定時(shí)值。電路進(jìn)入 暫穩(wěn)態(tài) 。因此，脈沖寬度即是由電容器 C 開(kāi)始充電至 VC等于 VCC的 三分之二的 這段暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間。 VDD 的范圍是 +3V 到 +15V 之間， 15 端 CR 為重置端。該軟件功能強(qiáng)大，人機(jī)界面友好，易學(xué)易用，仍然是大中院校電學(xué)專(zhuān)業(yè)必學(xué)課程，同時(shí)也是業(yè)界人士首選的電路板設(shè)計(jì)工具。 Protel 99SE 軟件沿襲了 Protel 以前版本方便易學(xué)的特點(diǎn)，內(nèi)部界面與 Protel 99 大體相同，新增加了一些功能模塊，功能更加強(qiáng)大。 密碼鎖穩(wěn)壓電源電路包括了變壓穩(wěn)流電路、后備電源充電電路、 停電檢測(cè)和電源切換電路三個(gè)部分。合上開(kāi)關(guān)的同時(shí)，報(bào)警電路也開(kāi)始工作。每次按下按鍵開(kāi)關(guān)的次數(shù)必須對(duì)應(yīng)該密碼設(shè)定部分的號(hào)碼相同，而且順序也要吻合，才能使控制輸出口產(chǎn)生一個(gè)高的控制信號(hào)，控制執(zhí)行電路，來(lái)打開(kāi)電磁鎖。密碼的設(shè)定則是由多路選擇開(kāi)關(guān)S1 進(jìn)行選擇設(shè)定。輸出的 低 電平輸出至 IC4（ 74LS08）。 在開(kāi)鎖電路 設(shè)計(jì)方案 里， IC4（ 74LS08）是 2 輸入端四與門(mén)， 由密碼輸入電路出來(lái)的控制信號(hào)輸入到 IC4（ 74LS08）和報(bào)警次數(shù)統(tǒng)計(jì)和鎖定電路輸出的鎖定鍵盤(pán)信號(hào)輸出相 與 。而 IC5（ 555 定時(shí)器）得定時(shí)時(shí)間是有公式： Tw≈*R*C 其中的 Tw就作為定時(shí)的時(shí)間。通過(guò)公式 Tw≈*R*C=22秒。只有在 180 秒的報(bào)警時(shí)間結(jié)束之后，才能重新輸入密碼。設(shè)計(jì)思路是：當(dāng)要 輸入密碼時(shí)，第一個(gè)計(jì)時(shí)電路開(kāi)始工作，也就是由 IC6（ 555定時(shí)器）組成的 30 秒計(jì)時(shí)電路 開(kāi)始工作， 當(dāng) IC（ 555 定時(shí)器） 30 秒的計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，由 IC7（ 555 定時(shí)器）組成的 180 秒計(jì) 時(shí)電路也進(jìn)行了工作。其中 C14 取用 30 微法的 電容， R12 采用1 兆歐的電阻 ，計(jì)算可得 Tw≈30 秒 。 經(jīng)由 T3（ 9018）的發(fā)射極送出的高電平加之 IC7（ 555 定時(shí)器）的 6 引腳上，使其高電平觸發(fā)翻轉(zhuǎn)。 其中 IC7（ 555 定時(shí)器）的定時(shí)設(shè)定也是由公式 ： Tw≈*R*C 來(lái)計(jì)算的，其中 C15=95 微法， R15=2 兆歐，計(jì)算可得 Tw≈180 秒。另一種情況，當(dāng)用戶(hù)的密碼輸入正確的時(shí)候， 在開(kāi)鎖電路， T7（ 9018）的集電極降為低電平輸出至 T4（ 9018），強(qiáng)制使 T4 的基極為低電位，解除報(bào)警。 工作原理： 電路設(shè)計(jì)如圖 10 報(bào)警次數(shù)統(tǒng)計(jì)和鎖定電路原理圖所示。在報(bào)警次數(shù)統(tǒng)計(jì)和鎖定電路中， IC8（ 74LS161）構(gòu)成的是 3 位計(jì)數(shù)器形式。在這 600 秒的時(shí)間里， IC10（ 555 定時(shí)器）的 3 引腳產(chǎn)生高電平信號(hào)的鎖定脈沖，經(jīng)過(guò)三極管 T9（ 9018）倒相后，送至開(kāi)鎖電路中 IC4（ 74LS08）的輸入端，使 IC4（ 74LS08）的輸出低電平，并使 IC5（ 555 定時(shí)器）處于不工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了鎖定的目的。而電路的電流預(yù)估為 100mA，可以計(jì)算出小型變壓器的功率為 。理論上 R=9V/=900（歐姆）。 但是經(jīng)過(guò)了整流橋之后的整流，電流中還是存在一部分的交流成分，這些交流成分可能會(huì)對(duì)電路中的觸發(fā)產(chǎn)生不可預(yù)見(jiàn)的影響。之后，電路中可以加入一個(gè) IC10（ 7809）穩(wěn)壓芯片，這樣，電路的電壓可以被穩(wěn)定下來(lái)。傳統(tǒng)的 UPS 價(jià)格昂貴，不適合一般家庭鎖具上的使用，并且在這里大材小用。其中 T11（ 9014） 是低噪聲的 NPN 三極管， T10（ 3CG21） 采用的是 NPN 型的高頻小功率三極管，因此，我選擇了 3CG21。 由 R2 R23 和 T10（ 3CG21）組成了電 壓 測(cè)試電路，可以測(cè)試出蓄電池的電壓情況，并選擇是否為蓄電池充電。當(dāng)蓄電池 的陰極電 流值 降低，并且降低到所設(shè)定的臨界值時(shí)，三極管 T10（ 3CG21）導(dǎo)通，并且使三極管 T11（ 9014）也導(dǎo)通，充電電路接通 為蓄電池充電。 停電檢測(cè)和電源切換電路設(shè)計(jì) 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i o nS iz eBD a t e : 30 M a y 2 00 9 S h e e t of F il e : E : \科技創(chuàng)新 電子密碼鎖 \電路圖部分 \ M y D e s i g n20 09 .D dbD r a w n B y:蓄電池電源直流穩(wěn)壓電源R 2650 kR 2820 kR 2740 kR 2930 kR 305. 1kT 1290 18T 1390 14D82C W 57W1繼電器V C C12345678I C 11A D 7 90C 250. 1uC 260. 1uV C CR 3550R 3420V C C 圖 13 停電檢測(cè)和電源切換電路原理圖 停電檢測(cè)和電源切換電路是為了保證電子鎖始終有電源供給的重要部分。 R2R2 R2 R29 還有 IC11（ AD790）構(gòu)成了電壓比較器。 特別指出的是 AD790 的連接方法。電容 C2 C26 采用的是去耦電容。 當(dāng)然，考慮到電磁開(kāi)關(guān)的供電問(wèn)題，設(shè)計(jì)時(shí)把電磁開(kāi)關(guān)的電源接在了蓄電池上，這也在無(wú)形中加重了蓄電池的負(fù)擔(dān)，因此，這也是這個(gè)設(shè)計(jì)并不完 美的地方。 總體 上來(lái)說(shuō)，這個(gè)設(shè)計(jì) 可以滿(mǎn)足人們的基本要求，但因?yàn)樗?平有限，此電路中也存在一定的問(wèn)題 和漏洞 ，譬如說(shuō)電路的密碼 的設(shè)定時(shí)，不能使用 000 作為密碼，因?yàn)樵?4017 的設(shè)定時(shí)，默認(rèn) 000 會(huì)直接將鎖打開(kāi)。 Nonlinear signal。 同時(shí)，這篇論文是在徐坤老師和李健老師的大力指導(dǎo)下完成的，無(wú)論是論文的選題、資料的查閱還是最終的定稿， 各個(gè)環(huán)節(jié)給予細(xì)心指引與教導(dǎo)，使我對(duì)電子設(shè)計(jì)有了深刻的認(rèn)識(shí)，使我得以最終完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，在此表示衷心感謝。在此我要表示衷心的感謝！特別要感謝的是我的家人， 一直給予我各方面的關(guān)懷和支持，讓我