數字時鐘電路設計
電子密碼鎖
摘要本文的電子密碼鎖利用數字邏輯電路，實現對門的電子控制，並且有各種附加電路保證電路能夠安全工作，具有極高的安全系數。
關鍵詞電子密碼鎖、電壓比較器、555單穩態電路、計數器、JK觸發器、UPS電源。
壹、引言
隨著人們生活水平的提高，如何實現家庭防盜這壹問題也變的尤其的突出，傳統的機械鎖由於其構造的簡單，被撬的事件屢見不鮮，電子鎖由於其保密性高，使用靈活性好，安全系數高，受到了廣大用戶的親呢。
設計本課題時構思了兩種方案：壹種是用以AT89C2051為核心的單片機控制方案；另壹種是用以74LS112雙JK觸發器構成的數字邏輯電路控制方案。考慮到單片機方案原理復雜，而且調試較為繁瑣，所以本文采用後壹種方案。
二、總體方案設計
1、設計思路
***設了9個用戶輸入鍵，其中只有4個是有效的密碼按鍵，其它的都是幹擾按鍵，若按下幹擾鍵，鍵盤輸入電路自動清零，原先輸入的密碼無效，需要重新輸入；如果用戶輸入密碼的時間超過40秒（壹般情況下，用戶不會超過40秒，若用戶覺得不便，還可以修改）電路將報警80秒，若電路連續報警三次，電路將鎖定鍵盤5分鐘，防止他人的非法操作。
2、總體方框圖
三、設計原理分析
電路由兩大部分組成：密碼鎖電路和備用電源(UPS)，其中設置UPS電源是為了防止因為停電
造成的密碼鎖電路失效，使用戶免遭麻煩。
密碼鎖電路包含：鍵盤輸入、密碼修改、密碼檢測、開鎖電路、執行電路、報警電路、鍵盤輸
次數鎖定電路。
1、鍵盤輸入、密碼修改、密碼檢測、開鎖及執行電路 .
其電路如下圖3-1-1所示：
圖3-1-1 鍵盤輸入、密碼修改、密碼檢測、開鎖、執行電路
開關K1~K9是用戶的輸入密碼的鍵盤，用戶可以通過開關輸入密碼，開關兩端的電容是為了提高開關速度，電路先自動將IC1~IC4清零，由報警電路送來的清零信號經C25送到T11基極，使T11導通，其集電極輸出低電平，送往IC1~IC4，實現清零。
密碼修改電路由雙刀雙擲開關S1~S4組成（如圖3-1-2所示）, 它是利用開關切換的原理實現密碼的修改。例如要設定密碼為1458，可以撥動開關S1向左，S2向右，S3向左，S4向右，即可實現密碼的修改，由於輸入的密碼要經過S1~S4的選擇，也就實現了密碼的校驗。本電路有16組的密碼可供修改。
圖3-1-2 密碼修改電路
由兩塊74LS112（雙JK觸發器，包含IC1~IC4）組成密碼檢測電路。由於IC1處於計數狀態，當用戶按下第壹個正確的密碼後，CLK端出現了壹個負的下降沿，IC1計數，Q端輸出為高電平，用戶依次按下有效的密碼，IC2~IC3也依次輸出高電平，送入與門IC5，使其輸出開鎖的高電平信號送往IC13的2腳，執行電路動作，實現開鎖。
執行電路是由壹塊555單穩態電路（IC13），以及由T10、 T11組成的達林頓管構成。若IC13的2腳輸入壹高電平，則3腳輸出高電平，使T10導通，T11導通，電磁閥開啟，實現開門，同時T10集電極上接的D5（綠色發光二極管）發亮，表示開門，20秒後，555電路狀態翻轉，電磁閥停止工作，以節電。其中電磁閥並聯的電容C24使為了提高電磁閥的力矩。
2、 報警電路
報警電路實現的功能是：當輸入密碼的時間超過40秒（壹般情況下用戶輸入不會超過），電路報警80秒，防止他人惡意開鎖。
電路包含兩大部分，2分鐘延時和40秒延時電路。其工作原理是當用戶開始輸入密碼時，電路開始2分鐘計時，超出40秒，電路開始80秒的報警。圖如下3-2-1所示
圖3-2-1 報警電路
有人走近門時，觸摸了TP端(TP端固定在鍵盤上，其靈敏度非常高，保證電路可靠的觸發)，由於人體自身帶的電，使IC10的2腳出現低電平，使IC10的狀態發生翻轉，其3腳輸出高電平，T5導通(可以通過R12控制T1的基極電流)，其集電極接的黃色發光二極管D3發光，表示現在電子鎖處於待命狀態,T6截止，C4開始通過R14充電(充電時間是40秒,此時為用戶輸入密碼的時間，即用戶輸入密碼的時間不能超過40秒，否則電路就開始報警, 由於用戶經常輸入密碼，而且知道密碼，壹般輸入密碼的時間不會超過40秒)，IC2開始進入延時40秒的狀態。
開始報警:當用戶輸入的密碼不正確或輸入密碼的時間超過40秒，IC11的2腳電位隨著C4的充電而下降,當電位下降到1/3Vcc時(即40秒延時結束時候),3腳變成高電位(延時時是低電平),通過R15使(R15的作用是為了限制T7的導通電流防止電流過大燒毀三極管)T7導通,其集電極上面接的紅色發光二極管D4發亮,表示當前處於報警狀態,T8也隨之而導通,使蜂鳴器發聲,令賊人生怯,實現報警.
停止報警:當達到了80秒的報警時間，IC10的6,7腳接的電容C5放電結束,IC10的3腳變成低電平,T5截止,T6導通,強制使強制電路處於穩態，IC11的3腳輸出低電平,使T7,T8截止,蜂鳴器停止報警；或者用戶輸入的密碼正確，則有開鎖電路中的T10集電極輸出清除報警信號，送至T12（PNP），T12導通，強制使T7基極至低電位，解除報警信號。
3、報警次數檢測及鎖定電路
若用戶操作連續失誤超過3次，電路將鎖定5分鐘。其工作原理如下：當電路報警的次數超過3次，由IC9（74161）構成的3位計數器將產生進位，通過IC7，輸出清零信號送往74161的清零端，以實現重新計數。經過IC8（與門），送到IC12（555）的2腳，使3腳產生5分鐘的高電平鎖定脈沖（其脈沖可由公式T=1.1RC計算得出），經T9倒相，送IC6輸入端，使IC6輸出低電平，使IC13不能開鎖，到鎖定的目的。電路圖如下3-3-1所示：
圖3-3-1報警次數檢測及鎖定電路
4、備用電源電路
為了防止停電情況的發生，本電路後備了UPS電源，它包括市電供電電路，停電檢測電路，電子開關切換電路，蓄電池充電電路和蓄電池組成。其電路圖如下3-4-1所示：
220V市電通過變壓器B降壓成12V的交流電,再經過整流橋整流,7805穩壓到5V送往電子切換電路，由於本電路功耗較少，所以選用10W的小型變壓器。
圖3-4-1 電源電路
由R8，R9，R6，R7及IC14構成電壓比較器，正常情況下，V+<V- IC14輸出高電平，繼電器的常閉觸點和市電相連；當市電斷開，V+>V- IC14輸出高電平，由T3，T4構成的達林頓管使繼電器J開啟，將其常開觸電將蓄電池和電路相連，實現市電和蓄電池供電的切換，保證電子密碼鎖的正常工作（視電池容量而定持續時間）。其電路圖如下3-4-2所示：
圖3-4-2停電檢測及電子開關切換電路
T1，T2構成的蓄電池自動充電電路，它在電池充滿後自動停止充電，其中D1亮為正在充電，D2為工作指示。由R4，R5，T1構成電壓檢測電路，蓄電池電壓低，則T1，T2導通，實現對其充電；充滿後，T1，T2截止，停止充電，同時D1熄滅，電路中C4的作用是濾除幹擾信號。其電路圖如3-4-3所示：
圖3-4-3 蓄電池自動充電電路
五、總結與體會
以上為實習期間所設計的電子密碼鎖電路，它經過多次修改和整理，以是壹個比較不錯的設計，可以滿足人們的基本要求，但因為水平有限，此電路中也存在壹定的問題，譬如說電路的密碼不能遺忘，壹旦遺忘，就很難打開，這可以通過增加電路解決，但過於復雜，本次設計未其中；用開關作74LS112的CLK脈沖，不是很穩定，可以調換其它高速開關或計數脈沖；電路密碼只有16種可供修改，但由於他人不知道密碼的位數，而且還要求在規定的時間內按壹定的順序開鎖，所以他人開鎖的幾率很小；電路中未加顯示電路，但可通過其它數字模塊實現這壹功能。這需要壹段時間的進壹步改進，如果有好的意見，希望老師給以支持。
通過這三周的學習，我感覺有很大的收獲：首先，通過學習使自己對課本上的知識可以應用於實際，使的理論與實際相結合，加深自己對課本知識的更好理解，同時實習也段練了我個人的動手能力：能夠充分利用圖書館去查閱資料，增加了許多課本以外的知識。能對protel 99、和EWB等仿真軟件操作，能達到學以致用。對我們學生來說，理論與實際同樣重要，這是我們以後在工作中說明自己能力的壹個重要標準。
在實習中，我感受到了老師對學生的那種悔人不卷的精神，每天的固定時間，老師都來給我們指導，使我們少走彎路，順利完成實習任務，請允許我向妳們致意崇高的敬意，感謝妳們，老師！
參考文獻
[1] 康華光.電子技術基礎（第四版）.北京：高等教育出版社，1998
[2] 《無線電》第2002年合訂本。