基于數字電路的密碼鎖設計方案

在日常生活和工作中， 家庭和工作的安全、單位的檔案、財務報表和一些個人數據大多采用加鎖的辦法來保存。目前 使用最多的彈子鎖鑰匙容易丟失或損壞。用機械密碼鎖的保 險箱雖然安全系數高，但制造精度要求高，結構復雜，成本也 高，還容易被損壞。人們經常需要攜帶很多把鑰匙，這給使用 帶來極大的不便，并且鑰匙丟失后安全性會大大降低。為了滿 足人們對安全和便捷的雙重需求，用密碼代替鑰匙的電子密 碼鎖應運而生。由于密碼鎖的功能、安全性是機械鎖所無法比 擬的，所以如果能夠在保證安全可靠的前提下降低成本，電子 密碼鎖將具有廣闊的發展前景。本文設計了基于數字電路的 密碼鎖，制作了相應的電路，并進行了波形測試。

1、總體設計方案

本密碼鎖是由密碼設置電路、發射電路、解碼電路、顯示電路和電源電路五部分組成。圖 1 為設計方案圖。電源電路為整個系統提供+9V 的電源，通過密碼設置電路設置密碼，之后運用按鍵來輸入密碼，如果密碼正確，發射電路將輸出一定 頻率的方波信號，經解碼電路解碼后，由顯示電路的綠色發光 二極管來顯示密碼正確。

2、原理介紹

采用LM7809、整流橋堆、CD4017、NE555、LM567 等接口芯片來設計本密碼系統。用接口芯片構建一個簡單的系統

圖 1 設計方案圖

控制電路。在本密碼系統中，按要求按下按鍵，即輸入正確的密碼，NE555 電路就能正常工作，解碼電路解碼后，繼電器吸合，電路導通，綠色發光二極管發光；如果密碼不正確，則發光 二極管將不會發光。

用戶設置密碼后，經過密碼設置電路將用戶輸入的密碼與原來保存的密碼進行比對，判斷密碼正確與否，然后將管腳的高低電平發送到解碼電路控制是否解鎖。密碼鎖系統由用于密碼選擇的按鍵S0-S9 組成，輸入CD4017，如果密碼正確，則選通在 Q7 端輸出觸發脈沖觸發可控硅Q2 導通，LED1紅燈亮，NE555 產生一定頻率的信號發射出去。LM567 接收，如果頻率一致，則鎖定，輸出使繼電器吸合，LED2 綠燈亮，則密碼鎖被打開。如果密碼不正確，則電路不工作。

2.1密碼設置電路

CD4017 是一種由計數器和譯碼器組成的十進制計數/ 分頻器。譯碼輸出實現對脈沖信號的分配，Q0，Q1，Q2……Q9依次出現高電平，并且此高電平與時鐘同步，寬度等于時鐘周 期。CD4017 提供了 2 輸入譯碼選通和無毛刺譯碼輸出，以及快速操作。它具有 10 個譯碼輸出端和 3 個輸入端：RST、CLK和CKEN。具有脈沖整形功能的CD4017 時鐘輸入端的施密特觸發器對輸入時鐘脈沖的上升時間和下降時間沒有限制。當CKEN 為低電平時，計數器在時鐘上升沿計數；當 CKEN 是高電平時，計數功能無效。CR 是高電平時，計數器清零。防鎖選通能夠確保計數順序正確。譯碼輸出只在相應的時鐘周 期內維持高電平，通常為低電平狀態。CD4017 有 1 個進位輸出端CO，每輸入 10 個計數脈沖，CO 可以得到 1 個進位正脈沖，此進位脈沖可以作為下一級的時鐘信號。圖 2 為密碼設置電路。此密碼系統的初始密碼為 2078535，當Q0Q1Q2Q3Q4 Q5Q6 依次輸出高電平之后，Q7 就輸出高電平。

圖 2 密碼設置電路

CD4017 可以直接被用作順序脈沖發生器，因為當脈沖連續輸入時，其相應的輸出端會依次變為高電平。該電路有10 個按鍵S0-S9，用來輸入密碼。通過 CD4017 輸入編碼，在密碼輸入有效的時間里，如果 10 個按鍵中有按鍵按下，則 CR 產生一個脈沖，用于控制密碼的輸入。

2.2發射電路

NE555 時基電路是將模擬功能與邏輯功能巧妙結合起來的器件，是一種應用廣泛的集成電路，是密碼鎖的發射電路 部分。具體的發射電路如圖 3 所示。

圖 3 發射電路

2.3解碼電路

LM567 是一種工作頻率小于 500KHZ 的鎖相環電路音調譯碼器。當LM567 的 3 管腳輸入頻率在其帶寬內，幅度大于等于 25mV 的信號時，8 管腳從高電平變為低電平，而 2 管腳則輸出由頻率/ 電壓變換得到的調制信號；如果 LM567 的2 管腳輸入音頻信號，則其 5 管腳將輸出由 2 管腳輸入的調制信號調制的調頻方波信號。中心頻率帶寬和輸出延遲可以 由外接元器件獨立設定。它主要用于振蕩、調制、解調以及遙 控編碼、譯碼電路等。輸入信號在通帶內時，它可以提供飽和 晶體管對地開關。該電路由 I 與Q 檢波器構成。壓控振蕩器驅動振蕩器確定譯碼器中心頻率，主要用于電力線載波通信、對 講機亞音頻譯碼、遙控等。圖 4 為解碼電路。

圖 4 解碼電路

2.4顯示電路

繼電器是一種常用于自動控制電路的電子控制元件。它包括控制系統和被控制系統，前者也稱為輸入回路，后者又稱為輸出回路。當輸入達到一定值時，輸出將發生跳躍式變化， 它的輸入可以是電、磁、聲、光、熱等各種信號。事實上，它是一個 “自動開關”，使用較小的電流來控制較大的電流。它具有自動 調節、安全保護、電路轉換等功能。顯示電路圖如圖 5 所示。若按下按鍵 2078535，LED 燈亮，則表示密碼輸入成功。

圖 5 顯示電路

2.5電源電路

在電子產品中，常見的三端集成穩壓器有lm78 系列和lm79 系列等，前者是正電壓輸出的，后者是負電壓輸出的。其中三端IC 是指用于穩壓的集成電路只有輸入端、輸出端和接地端三個管腳。

整流橋的作用是把交流轉換成直流。整流橋是利用二極管的單向導通原理來實現整流的，所以當整流橋與交流電路 連接時，可以使電路中的電流只流向一個方向，即所謂“整 流”。整流器有單相橋式全波整流器和三相橋式全波整流器。 其中，單相橋式全波整流器是用四個二極管組成的，三相橋式 全波整流器是用六個二極管組成的，它們分別用于單相線路 和三相線路。電源電路如圖 6 所示，電路中所需的 +9V 電源是由LM7809 三端穩壓器提供的。

圖 6 電源電路

3實物制作與測試

圖 7 為密碼鎖的實物圖。輸入密碼（即按下按鍵） 2078535，紅色二極管 LED1 亮，調節電路，綠色發光二極管 LED2 亮，則設計成功，當 Q0，Q1，Q2，Q3，Q4，Q5，Q6 依次輸出高電平后，Q7 將輸出高電平。Q0 對應S2 按鈕，Q1 對應S0 按鈕，Q2 對應 S7 按鈕，Q3 對應 S8 按鈕，Q4 對應 S5 按鈕，Q5對應S3 按鈕，Q6 對應S5 按鈕，所以按鍵密碼為 2078535。

圖 7 密碼鎖的實物圖

當輸入正確密碼（2078535）后，紅色發光二極管 LED1 會變亮，R13 和 R14 的交接點、R15 和 C7 的交接點、RP1 和 R12 的交接點同時也應有信號輸出，且信號的頻率會隨著RP1，RP2 的調節而發生變化，表示信號產生電路正常工作。

圖 8 為NE555 的輸出波形圖，由圖可以看出，NE555 的輸出為標準的方波信號，頻率為 704Hz，峰峰值 5.52V，周期為 1.40ms。

圖 8 NE555 的輸出波形圖

圖 9 為LM567 的輸入波形圖，由圖可以看出，LM567 的輸入波形也是方波信號，頻率為 704Hz，峰峰值 5.16V，周期為 1.40ms。

圖 9 LM567 的輸出波形圖

當輸入正確密碼（2078535） 后，通過調節RP1，RP2 和RP3，使LM567 的自身頻率與NE555 電路產生的頻率一致時，繼電器吸合，綠色發光二極管發光，表示信號接收及輸出 電路正常工作，密碼正確。

4結語

本文設計制作了基于數字電路的密碼鎖，它由 NE555 定時器、LM567 通用鎖相環電路音調譯碼器、CD4017 十進制計數/ 分頻器、LED 顯示系統、LM7809 三端穩壓器等組成。當輸入正確密碼（2078535）后，紅色發光二極管 LED1 會變亮， 表示信號產生電路正常工作。綠色發光二極管亮，表示信號接 收及輸出電路正常工作，密碼正確。