在日常生活和工作中， 家庭和工作的安全、單位的檔案、財(cái)務(wù)報(bào)表和一些個(gè)人數(shù)據(jù)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(jī)械密碼鎖的保 險(xiǎn)箱雖然安全系數(shù)高，但制造精度要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本也 高，還容易被損壞。人們經(jīng)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(huì)大大降低。為了滿 足人們對(duì)安全和便捷的雙重需求，用密碼代替鑰匙的電子密 碼鎖應(yīng)運(yùn)而生。由于密碼鎖的功能、安全性是機(jī)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(fā)展前景。本文設(shè)計(jì)了基于數(shù)字電路的 密碼鎖，制作了相應(yīng)的電路，并進(jìn)行了波形測(cè)試。

1、總體設(shè)計(jì)方案

本密碼鎖是由密碼設(shè)置電路、發(fā)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(shè)計(jì)方案圖。電源電路為整個(gè)系統(tǒng)提供+9V 的電源，通過密碼設(shè)置電路設(shè)置密碼，之后運(yùn)用按鍵來輸入密碼，如果密碼正確，發(fā)射電路將輸出一定 頻率的方波信號(hào)，經(jīng)解碼電路解碼后，由顯示電路的綠色發(fā)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(shè)計(jì)本密碼系統(tǒng)。用接口芯片構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)

圖 1 設(shè)計(jì)方案圖

控制電路。在本密碼系統(tǒng)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(dǎo)通，綠色發(fā)光二極管發(fā)光；如果密碼不正確，則發(fā)光 二極管將不會(huì)發(fā)光。

用戶設(shè)置密碼后，經(jīng)過密碼設(shè)置電路將用戶輸入的密碼與原來保存的密碼進(jìn)行比對(duì)，判斷密碼正確與否，然后將管腳的高低電平發(fā)送到解碼電路控制是否解鎖。密碼鎖系統(tǒng)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(fā)脈沖觸發(fā)可控硅Q2 導(dǎo)通，LED1紅燈亮，NE555 產(chǎn)生一定頻率的信號(hào)發(fā)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(shè)置電路

CD4017 是一種由計(jì)數(shù)器和譯碼器組成的十進(jìn)制計(jì)數(shù)/ 分頻器。譯碼輸出實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖信號(hào)的分配，Q0，Q1，Q2……Q9依次出現(xiàn)高電平，并且此高電平與時(shí)鐘同步，寬度等于時(shí)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(gè)譯碼輸出端和 3 個(gè)輸入端：RST、CLK和CKEN。具有脈沖整形功能的CD4017 時(shí)鐘輸入端的施密特觸發(fā)器對(duì)輸入時(shí)鐘脈沖的上升時(shí)間和下降時(shí)間沒有限制。當(dāng)CKEN 為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器在時(shí)鐘上升沿計(jì)數(shù)；當(dāng) CKEN 是高電平時(shí)，計(jì)數(shù)功能無效。CR 是高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零。防鎖選通能夠確保計(jì)數(shù)順序正確。譯碼輸出只在相應(yīng)的時(shí)鐘周 期內(nèi)維持高電平，通常為低電平狀態(tài)。CD4017 有 1 個(gè)進(jìn)位輸出端CO，每輸入 10 個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，CO 可以得到 1 個(gè)進(jìn)位正脈沖，此進(jìn)位脈沖可以作為下一級(jí)的時(shí)鐘信號(hào)。圖 2 為密碼設(shè)置電路。此密碼系統(tǒng)的初始密碼為 2078535，當(dāng)Q0Q1Q2Q3Q4 Q5Q6 依次輸出高電平之后，Q7 就輸出高電平。

圖 2 密碼設(shè)置電路

CD4017 可以直接被用作順序脈沖發(fā)生器，因?yàn)楫?dāng)脈沖連續(xù)輸入時(shí)，其相應(yīng)的輸出端會(huì)依次變?yōu)楦唠娖?。該電路?0 個(gè)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(shí)間里，如果 10 個(gè)按鍵中有按鍵按下，則 CR 產(chǎn)生一個(gè)脈沖，用于控制密碼的輸入。

2.2發(fā)射電路

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

圖 3 發(fā)射電路

2.3解碼電路

LM567 是一種工作頻率小于 500KHZ 的鎖相環(huán)電路音調(diào)譯碼器。當(dāng)LM567 的 3 管腳輸入頻率在其帶寬內(nèi)，幅度大于等于 25mV 的信號(hào)時(shí)，8 管腳從高電平變?yōu)榈碗娖?，?2 管腳則輸出由頻率/ 電壓變換得到的調(diào)制信號(hào)；如果 LM567 的2 管腳輸入音頻信號(hào)，則其 5 管腳將輸出由 2 管腳輸入的調(diào)制信號(hào)調(diào)制的調(diào)頻方波信號(hào)。中心頻率帶寬和輸出延遲可以 由外接元器件獨(dú)立設(shè)定。它主要用于振蕩、調(diào)制、解調(diào)以及遙 控編碼、譯碼電路等。輸入信號(hào)在通帶內(nèi)時(shí)，它可以提供飽和 晶體管對(duì)地開關(guān)。該電路由 I 與Q 檢波器構(gòu)成。壓控振蕩器驅(qū)動(dòng)振蕩器確定譯碼器中心頻率，主要用于電力線載波通信、對(duì) 講機(jī)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(dòng)控制電路的電子控制元件。它包括控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)，前者也稱為輸入回路，后者又稱為輸出回路。當(dāng)輸入達(dá)到一定值時(shí)，輸出將發(fā)生跳躍式變化， 它的輸入可以是電、磁、聲、光、熱等各種信號(hào)。事實(shí)上，它是一個(gè) “自動(dòng)開關(guān)”，使用較小的電流來控制較大的電流。它具有自動(dòng) 調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、電路轉(zhuǎn)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(chǎn)品中，常見的三端集成穩(wěn)壓器有l(wèi)m78 系列和lm79 系列等，前者是正電壓輸出的，后者是負(fù)電壓輸出的。其中三端IC 是指用于穩(wěn)壓的集成電路只有輸入端、輸出端和接地端三個(gè)管腳。

整流橋的作用是把交流轉(zhuǎn)換成直流。整流橋是利用二極管的單向?qū)ㄔ韥韺?shí)現(xiàn)整流的，所以當(dāng)整流橋與交流電路 連接時(shí)，可以使電路中的電流只流向一個(gè)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(gè)二極管組成的，三相橋式 全波整流器是用六個(gè)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(wěn)壓器提供的。

圖 6 電源電路

3實(shí)物制作與測(cè)試

圖 7 為密碼鎖的實(shí)物圖。輸入密碼（即按下按鍵） 2078535，紅色二極管 LED1 亮，調(diào)節(jié)電路，綠色發(fā)光二極管 LED2 亮，則設(shè)計(jì)成功，當(dāng) Q0，Q1，Q2，Q3，Q4，Q5，Q6 依次輸出高電平后，Q7 將輸出高電平。Q0 對(duì)應(yīng)S2 按鈕，Q1 對(duì)應(yīng)S0 按鈕，Q2 對(duì)應(yīng) S7 按鈕，Q3 對(duì)應(yīng) S8 按鈕，Q4 對(duì)應(yīng) S5 按鈕，Q5對(duì)應(yīng)S3 按鈕，Q6 對(duì)應(yīng)S5 按鈕，所以按鍵密碼為 2078535。

圖 7 密碼鎖的實(shí)物圖

當(dāng)輸入正確密碼（2078535）后，紅色發(fā)光二極管 LED1 會(huì)變亮，R13 和 R14 的交接點(diǎn)、R15 和 C7 的交接點(diǎn)、RP1 和 R12 的交接點(diǎn)同時(shí)也應(yīng)有信號(hào)輸出，且信號(hào)的頻率會(huì)隨著RP1，RP2 的調(diào)節(jié)而發(fā)生變化，表示信號(hào)產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)的方波信號(hào)，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(hào)，頻率為 704Hz，峰峰值 5.16V，周期為 1.40ms。

圖 9 LM567 的輸出波形圖

當(dāng)輸入正確密碼（2078535） 后，通過調(diào)節(jié)RP1，RP2 和RP3，使LM567 的自身頻率與NE555 電路產(chǎn)生的頻率一致時(shí)，繼電器吸合，綠色發(fā)光二極管發(fā)光，表示信號(hào)接收及輸出 電路正常工作，密碼正確。

4結(jié)語

本文設(shè)計(jì)制作了基于數(shù)字電路的密碼鎖，它由 NE555 定時(shí)器、LM567 通用鎖相環(huán)電路音調(diào)譯碼器、CD4017 十進(jìn)制計(jì)數(shù)/ 分頻器、LED 顯示系統(tǒng)、LM7809 三端穩(wěn)壓器等組成。當(dāng)輸入正確密碼（2078535）后，紅色發(fā)光二極管 LED1 會(huì)變亮， 表示信號(hào)產(chǎn)生電路正常工作。綠色發(fā)光二極管亮，表示信號(hào)接 收及輸出電路正常工作，密碼正確。