电子锁及门铃电路设计

利用数字电路的理论和知识进行设计， 设计一个电子锁，密码为8位二进制代码，当开锁输入码与密码一致时，锁被打开，当开锁输入码与密码不一致时，则报警。

1.1设计内容及要求

1.1.1设计指标

·设计一个电子锁，其密码为8位二进制代码，开锁指令为串行输入码。 ·开锁输入码与密码一致时，锁被打开。

·当开锁输入码与密码不一致时，则报警。报警时间持续15秒，停3秒后再出现。 ·报警器可以兼作门铃使用，门铃时间为10秒。

·设置一个系统复位开关，所有的时间数据用数码管显示出来。

1.1.2原理框图

原始 密码 比 较 模 串行输入模块 块 计时 模块 扫描 电路 数码管 图1 原理框图

声响 模块 扬声器 2系统具体设计及参数计算

2.1设计思路

1、数据比较模块。数据比较模块是电子锁的核心部分。由于是八位数据比较，所以采用两片7485

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（四位数字比较器）级联方式。用高4位的芯片的输出端（YA=YB,YAYB）控制门铃和报警电路。

2、原始密码输入模块。由八个波段开关构成，表示每一位的数据，分别接到高位7485和低位7485上。另一端接5V电源，当按键接通时表示“1”，当案件未接通时，表示“0”。

3、串行密码输入模块。采用两片74194（四位双向通用移位寄存器）级联成八位数据输入模块，分别接到数据比较模块的高四位和低四位。具体输入电路见下文分析。

4、时钟模块。计时模块用来产生标准的秒脉冲给电路提供时序。可采用555定时器构成多谐振荡器，也可以使用8051单片机定时器产生标准方波。在电路仿真时采用软件自带的电压信号产生器。

5、计时模块。采用两片74290（二\\五分频十进制计数器）级联方式构成十进制、可显示0-99计时模块。芯片输出BCD码，由7448（BCD-7段译码器\\内部上拉输出驱动）驱动两个数码管（共阴极）。

6、显示模块。时间显示采用两个7段共阴极数码管。

7、门铃模块。采用单稳态触发器。可以用555定时器构成，也可以用集成芯片构成。我采用集成芯片74123（单稳态多谐振荡器）。

8、报警模块。采用多谐振荡器，周期18秒，占空比63%。由555定时器构成。 9、声响模块。采用直流驱动蜂鸣器。由门铃模块和报警模块驱动。

10、复位开关。若各模块的芯片有清零端\\使能端，则接到一起，设计一个复位开关控制。若没有，则将其接地端串联到一个复位开关。

2.2各模块详细设计

2.2.1数据比较和原始密码输入模块

器件选择

采用两片7485（四位数字比较器）级联方式。用高4位的芯片的输出（YA=YB,YAYB）控制门铃和报警电路。其引脚图和功能表如图2和表1所示。

图2 7485引脚图

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电路设计

表1 7485功能表

图3 数据比较模和原始密码输入模块电路图

如图3所示两片7485级联成八位数据比较模块，左边为低四位，右边为高四位。P口由5V VCC经编码开关接入，设定原始密码。Q口由串行数据输入模块接入。高位芯片5、6、7引脚输出电平表示开锁密码是否正确。若正确，则6脚为高，另两脚为低。若不正确，则5脚或7脚为高，六脚为低。5、7脚通过或门电路（7432）接报警模块。6脚接门铃模块。

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2.2.2串行输入模块

器件选择

采用两片74194（四位双向通用移位寄存器）级联成八位数据输入模块。其引脚图和功能表如图4和表2所示

______CR 0 1 1 1 1 S1 × 0 0 1 1 S0 × 0 1 0 1 cp × × ↑ ↑ ↑ 功能 清零 保持 右移 左移 并行输入 图4 74194引脚图 表2 74194功能表

电路设计

图5 串行输入模块电路图

如图5所示，两片7449构成八位串行输入并行输出模块，左侧为低位，右侧为高位。采用功能表第三行（右移）模式。输入密码时，按下[START]按键，使模块由清零进入工作状态。单刀双掷开关决定模块输入“1”或“0”。按下[PUT IN]轻触开关时，两芯片获得同步脉冲，此时所有数据向高位移动一位。低位的输出端QD连接高位的输入端SR，完成由低位向高位的数据传送。两芯片的输出端分别接到数据比较模块的低位和高位。

【注】由于实际应用中开关存在抖动现象，这里仅做原理阐述，并没有加入去抖电路，加入去抖电路后的电路见总电路图。

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2.2.3时钟模块

电路设计

图6 时钟模块电路图

如图6所示，由555定时器构成多谐振荡器，OUT为输出端，为计时模块产生秒脉冲。该电路产生周期为1Hz，占空比为53%的波形。

计算公式为：

高电平持续时间 T1=0.7(R1+R2)C1。 低电平持续时间 T2=0.7R2C1。

2.2.4计时模块

器件选择

采用两片74290（二\\五分频十进制计数器）级联方式构成十进制、可显示0-99计时模块。芯片输出BCD码，由7448（BCD-7段译码器\\内部上拉输出驱动）驱动两个数码管（共阴极）。74290引脚图如图7所示，7448引脚图如图8所示，74290功能表如表3所示。

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图7 74290引脚图 图8 7448引脚图

表3 74290功能表

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电路设计

图9 计时模块电路图

如图9所示，该电路为十进制、0~99显示电路。左侧为十位，右侧为个位。74290 A端为脉冲输入，低位的QD接到高位的A，完成十进制进位。输出BCD码进入7448数码管译码器。7448为内部上拉高效译码输出，用来驱动共阴极数码管。使用时需要串联保护电阻，经Multisim软件仿真，阻值大约280

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Ω。数码管K端接地。

2.2.5门铃模块

当输入密码一致时，系统开锁，并触发门铃模块。门铃模块采用由555电路构成的单稳态触发器。 稳态时间计算公式：

T=RC

电路设计

图10 门铃模块电路图

如图所示，由555定时器构成单稳态触发器。OUT 为输出端，驱动门铃（蜂鸣器）。 暂稳态持续时间约为10 秒。随后电路回到稳定状态。

由于555定时器的性质，触发端TRIG是下降沿触发，而不是低电平触发。若TRIG端低电平持续时间大于暂稳态时间，则系统进入到不稳定状态。所以在触发端TRIG之前加入RC电路和反相器。整个系统由高电平驱动，当触发电平由低变高时，TRIG端收到一个下降沿，随后电容充电完毕，TRIG回到高电平，整个过程持续时间小于暂稳态持续时间。

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2.2.6报警模块

图11 报警模块电路图

如图11所示，报警电路由555定时器构成多谐振荡器RST当作使能端。高电平触发。OUT为输出端，产生15秒高、3秒低的波形，触发蜂鸣器。经计算，该电路构成频率0.056Hz，占空比83%的波形输出。计算公式见上文时钟模块设计。

2.2.7声响模块

根据题目要求，门铃和报警模块公用一个蜂鸣器。因担心驱动能力不够，所以采用三极管放大电路。门铃和报警模块输出端通过反相器接到8550PNP三极管基极。当基极接收到低电平时，三极管导通,驱动蜂鸣器。电路图如图12所示

图12 声响模块电路图

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2.2.8按键去抖模块

采用美信公司的MAX6818按键消消抖器。其引脚图如图13所示，具体连接方式见总电路图。

图13 MAX6818引脚图 2.2.9系统复位电路

采用开关复位设计。即系统电源开关就是系统复位开关。设计图略。

2.3总电路图

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图14 总电路图

2.4元器件清单

元器件 电阻器 电容器 二极管 数码管 蜂鸣器 消抖器 三极管 波段开关 按键开关 单刀双掷开关 轻触开关 BCD译码器 十进制计数器 时基电路 反相器 数据比较器 或门电路 串入并出寄存器

标号 R0－R19 C1－C7 D1, D2 DS1, DS2 LS1 P1 Q1 S1 S2, S3 S4 S5 U1, U2 U3, U4 U5, U7, U13 U6 U8, U9 U10 U11, U12 封装 AXIAL-0.4 RAD-0.3 DO-41 LEDDIP-10 PIN2 SSOP TO-92A DIP_SW_8WAY_SMD SPST-2 TL36WW15050 SPST-2 DIP16 DIP14 DIP10 DIP20 DIP20 DIP20 DIP16 表4 元器件清单 型号 Res2 Cap Diode 1N4001 Dpy Red-CC Bell MAX6818 8550 SW DIP-8 SW-SPST SW-SPDT SW-PB SN74LS48N SN74LS290N LM555CN 74AC11204N SN74LS85N SN74LS32D SN74LS194AD 数量 20 7 2 2 1 1 1 1 2 1 1 2 2 3 1 2 1 2

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