使用穿孔钥匙的电子锁.docx
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使用穿孔钥匙的电子锁.docx
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使用穿孔钥匙的电子锁
课程设计(论文)说明书
题目:
使用穿孔钥匙的电子锁
院(系):
信息与通信学院
专业:
电子信息工程
学生姓名:
学号:
指导教师:
2012年12月5日
摘要
本课程设计使用分立元件实现门电路设计和实现了一个电子锁系统。
该系统的电路由三部分组成:
电平产生电路、逻辑门电路和现象产生电路。
其中电平发生电路为使用发光LED和光敏二极管来产生电平信号;核心电路为逻辑门电路,为一个四输入与非门,对前级电路产生的电平进行判断,后级为显示电路为使用非门来显示两个状态。
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还有一个现象产生电路也一起介绍。
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关键词:
发光二极管;光敏二极管;三极管;非门;四输入与非门
Abstract
Thistopicresearchworkaselectroniclock,Subjectrequirementsfordoesnotuseintegratedgatechip,Sothedesignofthecircuitfortheuseofdiscreteelementtorealizegate.Circuitconsistsofthreeparts,Levelproducecircuit,Logicgate,Phenomenoncircuit.ThelevelgeneratingcircuitfortheuseoflightLEDandphotosensitivediodetoproducelevelsignalwhichafourinputnandgatewhichisusedtojudgethelevelsignal.Thelatterstagefordisplaycircuitforusenotgatetodisplaytwostate.
Keywords:
Lightemittingdiode;Photosensitivediode;triode;Notgate;Fourinputnandgate
引言…………………………………………………………………………………………………3
方案选择…………………………………………………………………………………………3
1.电路设计框架及思路……………………………………………………………………3
1.1逻辑设计思路………………………………………………………………………………4
2.各主要部分电路的设计…………………………………………………………………4
2.1钥匙插入时的的电平产生电路……………………………………………………………4
2.1.1四输入与非门电路………………………………………………………………………5
2.1.2TTL非门电路……………………………………………………………………………5
2.1.3蜂鸣器的驱动电路………………………………………………………………………5
3.PCB板的制作……………………………………………………………………………6
3.1PCB板的绘制………………………………………………………………………………6
3.1.1调试仪器…………………………………………………………………………………6
3.1.2调试过程和方法…………………………………………………………………………6
4.实验有关数据………………………………………………………………………………6
5.结论…………………………………………………………………………………………6
5.1测量结果……………………………………………………………………………………6
5.1.1设计的缺点和改进…………………………………………………………………………6
5.1.2设计心得……………………………………………………………………………………7
谢辞…………………………………………………………………………………………………8
参考文献…………………………………………………………………………………………9
附录1………………………………………………………………………………………………10
附录2………………………………………………………………………………………………11
附录3………………………………………………………………………………………………11
引言
随着现代模拟电子技术和数字电子技术的高速发展,电路的高度集成话,电子的产品无处不在,基本上每个人手里都会有一部数码产品。
而我们平时经常使用的电子锁也开始了电子技术之旅,而且性能上也不亚于传统技术的机械锁,而且告别了传统机械锁的笨重,外露的缺点,并且造价低廉,并且防盗功能可根据人们自己设定,防盗能力有了大部提升。
本次要求设计的电子锁为不使用现成的集成门电路,而电路中必须出现门电路,所以需要用到三极管来搭成分立式的门电路,其中钥匙为“开孔闭合开孔闭合”时为合法的状态,所以电路中需要搭配两个非门。
由于电路都是使用分离元件,所以电路中会出现大量的晶体管。
方案选择:
(1)选择的晶体管的类型为MOS管搭成CMOS电路,MOS管为电压型控制的晶体管,其搭成的门电路具有静态功耗低的特点,缺点是价格高,控制复杂。
(2)选择普通的BJT三极管搭成TTL电路,BJT三极管为电流型器件,静态功耗比MOS管电路稍高,但是控制简单,价格低廉。
由于课题的设计中要求必须控制成本,且考虑到电路的规模不是很大,功耗方面无需考虑太多,故使用BJT型三极管为主要器件。
1.电路设计框架及思路
合法
图1系统原理流程框图
1.1逻辑设计思路
逻辑真值表:
由于钥匙为“开孔、闭合、开孔、闭合”时为合法的状态,涉及到四个电平状态,故使用数字电路中的“1”为“开孔”,“0”为“闭合”。
故可列出真值表:
表1逻辑正值表
A
B
C
D
Z
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
0
0
0
1
1
1
0
1
0
0
0
0
1
0
0
1
0
1
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
0
0
0
1
1
0
1
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
0
真值表中A、B、C、D为钥匙口的四个状态,“0”为闭合,“1”为开孔,Z为钥匙的合法与非法状态,“0”为非法,“1”为合法。
有真值表得出,但A,B,C,D状态为“1010”时为合法状态,所以需要搭配一个四输入的与非们,即可得出合法状态。
2.各主要部分电路的设计
2.1钥匙插入时的的电平产生电路
图2逻辑电平产生电路
钥匙插入时需要产生四个电平信号,采用发光LED和光敏二极管,当光敏二极管被照射时导通,9014三极管导通,输出低电平,当光敏二极管被挡住时,光敏二极管截止,9014三极管截止,输出高电平。
2.1.1四输入与非门电路
图3四输入与非门电路
用五个二极管搭成五个PN结,构成一个四射极BJT型三极管,当输入端有一个为低电平时,任意一个PN导通,二极管的嵌位电压在0.9V左右,三极管Q1的基极电位为0.2V左右,小于三极管射极导通电压0.7V,Q1截止,Q2导通,Q3截止,输出高电平,当输入全部为高电平时,Q2,Q3,全部导通,输出为低电平。
2.1.2TTL非门电路
图4TTL非门电路
TTL非门电路的原理与四输入与非门类似,当输入为低电平是,Q1的基极电压被嵌位在0.9V左右,Q2处于截止,处于高阻状态,Q3导通,输出高电平;当输入高电平时,Q1基极电位嵌位在2.1V左右,Q2,Q3,Q4都导通,输出低电平。
2.1.3蜂鸣器的驱动电路
图5蜂鸣器驱动电路
当插入正确的钥匙时,蜂鸣器会响起来提示插入的钥匙是正确的。
3.PCB板的制作
3.1PCB板的绘制
画完原理图,在multisim中仿真通过后,就可以开始画PCB图了。
画PCB时,要注意信号之间的互相影响,不过由于这个课题不涉及的交流的信号,所以可根据原理团的排列进行布局,这样在布线的时候就比较简洁。
板子的电源线和地线要有合适的大小。
3.1.1调试仪器
自己制作的LTC线性直流稳压电路1个
数字万用表1个
3.1.2调试过程和方法
电路板做好后即可进行硬件调试步骤如下:
(1)检查腐蚀的电路板电路是否有断缺、虚焊以及短路;
(2)焊机元器件,完了后检查是否全部安装正确;
(3)接上5V电源,逐级检查个输出级的电平信号;
(4)测试各点的输入电流,输入电压,计算电路的功耗。
4.实验有关数据
当光照光敏二极管时,二极管的导通内阻为1.67K,射极电压为4.55V,可以开启下级三极管,输出高电平达到4.64V,光敏二极管截止时,射极电压为0.03V,三极管截止,输出低电平为0.24V,达到低电平。
非门的输出高电平为4.56V,低电平为0.23V。
四输入与非门的输出高电平为3.56V,可以驱动发光LED,低电平为0.13V,不能驱动发光LED。
5.结论
5.1测量结果
本设计的穿孔钥匙电子锁,可以实现其功能,即钥匙为“开闭开闭”时绿灯亮,而且增加了一级为合法钥匙时,蜂鸣器提示的功能。
其余15个状态均为红灯,电路达到要求。
电路中还额外增加了开关控制电路功能,把四个产生电平的部分模拟成一个锁头,钥匙是用废旧铜板钻孔成的16把钥匙,更具形象性。
5.1.1设计的缺点和改进
本次设计的电子锁因为不能用集成芯片,则需要自己用分立元件搭建,这就使得电路复杂了点,不过它的原理简单,相当于自己设计了TTL门电路芯片。
由于是TTL电路,电路的功耗比较大,所以电路板需要改进的地方就是进一步计算各个参数,减小电路的静态功耗。
5.1.2设计心得
通过本次课程设计,我进一步了解了各种门电路的结构和原理,并用其成功的搭建了电路。
在设计过程中与遇到了一些问题,通过一步步逐级检查调试得出错误所在,然后解决问
题,在这过程中我也学到了很多东西。
完成这次课程设计也是我做板子的水平提高了许多,也使我认识到我们在平时应该多把理论知识用到实际上去。
由于平时经常在科协里做东西,这个课设对我来说也不是太头疼的事,但是我知道“勿以善小而不为”的道理,不要以为简单就随便做。
所以我也认真的参与进去了。
由于中间夹着广西区电子设计大赛,占去很多时间,但是我依然按时的完成了。
只是没能把电路板设计得更好,所以有些遗憾。
希望以后会有更大的进步。
为自己出去工作打好基础。
谢辞
这次课程设计能够顺利完成,在这里要首先感谢我的指导老师武小年老师,在百忙中他给予我好的建议和耐心指导,他的耐心给予了我极大的鼓励,使我有信心完成并且能够很好地完成这次课程设计;同时还要感谢帮助过我的同学们,我们都在一起进步;感谢学院提供给了我们做电路板的条件,让我们亲身体验电路板不只是工业才能做出来的,作为学生的我们也能设计出来,学有所用;最后,还要感谢各种资料的编者们,为我们提供了大量的知识信息,来方便我们完成本次课程设计。
参考文献
【1】《数字电子技术基础》高等教育出版社阎石主编
【2】《电子技术基础》高等教育出版社康华光主编
【3】《单片机原理》高等教育出版社罗惠徐主编
【4】《DXP》电子工业出版社阎石主编
附录1
1总原理图
图6电源开关和电平产生电路
图7与非门电路
附录2
PCB电路
图8
附录3
仿真电路
图9单组光敏二极管高电平电路
图10单组光敏二极管低电平电路
图11四输入与非门输出高电平电路
图12四输入与非门输出低电平电路
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- 关 键 词:
- 使用 穿孔 钥匙 电子锁