電子密碼鎖的設(shè)計(jì)案例分析（用Multisim200l軟件）

電子電路設(shè)計(jì)常用的方法是試驗(yàn)設(shè)計(jì)法，一般都包括設(shè)計(jì)方案提出、方案驗(yàn)證、方案修改3個(gè)階段。

傳統(tǒng)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)法通常采用手工搭接實(shí)驗(yàn)電路來完成，往往需要經(jīng)過試驗(yàn)和修改的反復(fù)過程，直到設(shè)計(jì)出正確的電路。隨著電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了在計(jì)算機(jī)平臺上的EDA(電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)技術(shù)，這種技術(shù)除了具有強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能外，還具有測試、仿真分析、管理等功能。在EAD桌面設(shè)計(jì)環(huán)境下用計(jì)算機(jī)來完成電路的系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)和仿真。目前常用的EDA技術(shù)軟件有Muhisim、.Ptotel、PspICe、Orcad等，其中Muhisim軟件被譽(yù)為計(jì)算機(jī)中的實(shí)驗(yàn)室，具有界面交互好、畫面形象直觀等特點(diǎn)。 1 MulTIsim2001軟件簡介

Muhisim2001是加拿大IIT(InteracTIve Image Tech-nologies)公司研制開發(fā)的專門用于電子電路仿真的虛擬EWB(電子工作臺)軟件，與其他軟件相比，該軟件有龐大的元件庫，提供_r約16 000種元件和模型，特別是有大量與現(xiàn)實(shí)元件對應(yīng)的元件模型，用戶可以自定義元器件的屬性，還可以建立自己的元件庫，便于調(diào)用，最大限度降低設(shè)計(jì)失誤，增強(qiáng)仿真電路的實(shí)用性;還具有人性化的測試功能，允許多臺測試儀表(如失真儀、頻譜分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀等)與電路圖一起放置在同一操作界面上，進(jìn)行各項(xiàng)測試，允許元件的連線任意走向，可以根據(jù)電路圖大小，程序自動(dòng)調(diào)整電路窗口尺寸，不需要人為設(shè)置。

該軟件提供了多種軟件仿真器，無論是模擬電路、數(shù)字電路、CPLD/FPGA或非常復(fù)雜的數(shù)字器件(cPu、存儲器)，還是復(fù)雜的模一數(shù)混合電路，都能進(jìn)行仿真分析并觀察到結(jié)果。

MulTIsim2001軟件還提供字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換儀等數(shù)字儀器，可以解決數(shù)字電路中的信號產(chǎn)生、多路波形觀測和時(shí)序比較，特別是特有的虛擬儀器、邏輯轉(zhuǎn)換儀可以實(shí)現(xiàn)真值表、邏輯表達(dá)式和邏輯電路三者之間的相互轉(zhuǎn)換，為數(shù)字電路的設(shè)計(jì)帶來極大的方便。Muhisim200l軟件在數(shù)字電路中的作用尤其突出。

2 電子密碼鎖的組成及原理

2.1 電子密碼鎖的組成

電子密碼鎖用CMOS集成電路組成，由開鎖及延時(shí)保持電路、錯(cuò)鍵閉鎖電路、主控制電路、除錯(cuò)控制電路、繼電器開關(guān)電路、開鎖顯示電路等組成。輸入密碼時(shí)必須按一定的順序輸入，并且要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)輸入完，否則，即使輸對密碼也開不了鎖。另外，該鎖還具有錯(cuò)鍵閉鎖和消除錯(cuò)鍵的功能。電子密碼鎖組成框圖如圖1所示。

2.2工作原理

設(shè)有4個(gè)密碼的電子密碼鎖的仿真原理圖如圖2所示。

a)主控制電路：由邊沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器完成。JK=0l時(shí)，當(dāng)控制端CP出現(xiàn)上升沿時(shí)，Q為低電平，使繼電器線圈得電吸合，觸發(fā)開關(guān)動(dòng)作，接通電路，LED(發(fā)光二極管)發(fā)光，顯示密碼正確，開鎖成功。

b)開鎖及延時(shí)保持電路：設(shè)置了4個(gè)開鎖鍵，暫定順序?yàn)镴1、J2、J3、J4，延時(shí)電路用RC電路，即利用RC的充、放電來達(dá)到延時(shí)保持的目的。當(dāng)兒鍵被按下時(shí)，電容C4充電到高電平，UlA輸出低電平，UlB輸出高電平，并且保持住等待第2個(gè)鍵J2按下，若在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有按下J2，則R1通過C1放電，UlA、Ul B又恢復(fù)到原來狀態(tài)，此時(shí)再按下J2也不會使u2A輸出改變。若在規(guī)定時(shí)間內(nèi)按下J2鍵，則u2A輸出高電平，并保持一段時(shí)間。同理，按下J3、J4，最終u2C輸出低電平，通過ulE產(chǎn)生上升沿，觸發(fā)主控制電路開鎖。

c)錯(cuò)鍵閉鎖及除錯(cuò)控制電路：設(shè)有J5、J6兩個(gè)錯(cuò)鍵閉鎖開關(guān)，即當(dāng)按下這兩個(gè)鍵中的1個(gè)或2個(gè)鍵時(shí)，都可使主控制電路處于閉鎖狀態(tài)。除錯(cuò)鍵J7是為了防止主人按錯(cuò)鍵后無法開鎖而設(shè)置，當(dāng)主人誤按了J5、J6中的任1個(gè)或2個(gè)鍵時(shí)，此鎖就被鎖住打不開，只有按下除錯(cuò)鍵J7，然后再按正確順序輸入密碼才能將此鎖打開。

3仿真分析

3.1 電子密碼鎖的仿真電原理圖設(shè)計(jì)

仿真電原理圖中u1A、u1B、u1C、u1D、ulE、u1F為反相器，U2A、U2B、U2E：、u2D為二輸入與非門，繼電器開關(guān)觸點(diǎn)為常開。

進(jìn)入Muhisim200l工作環(huán)境界面，可方便放置元件和儀表：從Basic元件箱中調(diào)出電阻、電容、繼電器，從Sources元件箱中調(diào)出電壓源和接地符號，從CMOS元件箱中調(diào)出與非、非門、JK觸發(fā)器等，從Diodes元件箱中調(diào)出LED。電路布線按照電路原理圖排列各個(gè)元件，將鼠標(biāo)放于元件引腳上或儀器接口上，鼠標(biāo)指示變?yōu)?形狀后，移動(dòng)鼠標(biāo)至另一元件引腳，即完成兩者之間的連接。

從元件庫中調(diào)出各個(gè)元器件，放在電子工作平臺上，顯示藍(lán)色的元器件為真實(shí)元器件，黑色的元器件為虛擬元器件，圖2電路中的元器件均選用真實(shí)元器件。

從庫中調(diào)出的開關(guān)操作鍵為空格鍵，雙擊后將其改為其他鍵。其中密碼鍵Jl、J2、J3、J4分別為H、O、M、E鍵，除錯(cuò)鍵為R，錯(cuò)鍵設(shè)為A、B，CMOS集成電路調(diào)用庫中電源為10 V的集成電路。

3.2電子密碼鎖的仿真過程

按下仿真開關(guān)，激活電路，依次按開鎖鍵，即輸入H、O、M、E鍵，繼電器線圈通電吸合，常開觸點(diǎn)閉合，LED點(diǎn)亮。

4結(jié)束語

用Muhisim200l軟件設(shè)計(jì)密碼鎖，如同在實(shí)驗(yàn)室面板上搭接電路，且不受元器件種類、數(shù)量和測試儀器的限制，以其高品質(zhì)的性能、強(qiáng)大的分析能力和在線屏幕顯示讓設(shè)計(jì)者輕松、愉快、卓有成效地完成設(shè)計(jì)任務(wù)，從而為電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、電子產(chǎn)品的開發(fā)和電子系統(tǒng)工程提供了一種全新的手段和便捷的途徑。應(yīng)用MulTIsim200l軟件還可以提高現(xiàn)代教育技術(shù)水平，改善實(shí)驗(yàn)環(huán)境，培養(yǎng)綜合設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)的能力。