数字时钟电路设计

换一个吧
电子密码锁
摘要本文的电子密码锁利用数字逻辑电路，实现对门的电子控制，并且有各种附加电路保证电路能够安全工作，具有极高的安全系数。
关键词电子密码锁、电压比较器、555单稳态电路、计数器、JK触发器、UPS电源。
一、引言
随着人们生活水平的提高，如何实现家庭防盗这一问题也变的尤其的突出，传统的机械锁由于其构造的简单，被撬的事件屡见不鲜，电子锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的亲呢。
设计本课题时构思了两种方案：一种是用以AT89C2051为核心的单片机控制方案；另一种是用以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路控制方案。考虑到单片机方案原理复杂，而且调试较为繁琐，所以本文采用后一种方案。
二、总体方案设计
1、设计思路
共设了9个用户输入键，其中只有4个是有效的密码按键，其它的都是干扰按键，若按下干扰键，键盘输入电路自动清零，原先输入的密码无效，需要重新输入；如果用户输入密码的时间超过40秒（一般情况下，用户不会超过40秒，若用户觉得不便，还可以修改）电路将报警80秒，若电路连续报警三次，电路将锁定键盘5分钟，防止他人的非法 *** 作。
2、总体方框图
三、设计原理分析
电路由两大部分组成：密码锁电路和备用电源(UPS)，其中设置UPS电源是为了防止因为停电
造成的密码锁电路失效，使用户免遭麻烦。
密码锁电路包含：键盘输入、密码修改、密码检测、开锁电路、执行电路、报警电路、键盘输
次数锁定电路。
1、键盘输入、密码修改、密码检测、开锁及执行电路
其电路如下图3-1-1所示：

图3-1-1 键盘输入、密码修改、密码检测、开锁、执行电路
开关K1~K9是用户的输入密码的键盘，用户可以通过开关输入密码，开关两端的电容是为了提高开关速度，电路先自动将IC1~IC4清零，由报警电路送来的清零信号经C25送到T11基极，使T11导通，其集电极输出低电平，送往IC1~IC4，实现清零。
密码修改电路由双刀双掷开关S1~S4组成（如图3-1-2所示）, 它是利用开关切换的原理实现密码的修改。例如要设定密码为1458，可以拨动开关S1向左，S2向右，S3向左，S4向右，即可实现密码的修改，由于输入的密码要经过S1~S4的选择，也就实现了密码的校验。本电路有16组的密码可供修改。
图3-1-2 密码修改电路
由两块74LS112（双JK触发器，包含IC1~IC4）组成密码检测电路。由于IC1处于计数状态，当用户按下第一个正确的密码后，CLK端出现了一个负的下降沿，IC1计数，Q端输出为高电平，用户依次按下有效的密码，IC2~IC3也依次输出高电平，送入与门IC5，使其输出开锁的高电平信号送往IC13的2脚，执行电路动作，实现开锁。
执行电路是由一块555单稳态电路（IC13），以及由T10、 T11组成的达林顿管构成。若IC13的2脚输入一高电平，则3脚输出高电平，使T10导通，T11导通，电磁阀开启，实现开门，同时T10集电极上接的D5（绿色发光二极管）发亮，表示开门，20秒后，555电路状态翻转，电磁阀停止工作，以节电。其中电磁阀并联的电容C24使为了提高电磁阀的力矩。
2、 报警电路
报警电路实现的功能是：当输入密码的时间超过40秒（一般情况下用户输入不会超过），电路报警80秒，防止他人恶意开锁。
电路包含两大部分，2分钟延时和40秒延时电路。其工作原理是当用户开始输入密码时，电路开始2分钟计时，超出40秒，电路开始80秒的报警。图如下3-2-1所示

图3-2-1 报警电路
有人走近门时，触摸了TP端(TP端固定在键盘上，其灵敏度非常高，保证电路可靠的触发)，由于人体自身带的电，使IC10的2脚出现低电平，使IC10的状态发生翻转，其3脚输出高电平，T5导通(可以通过R12控制T1的基极电流)，其集电极接的发光二极管D3发光，表示现在电子锁处于待命状态,T6截止，C4开始通过R14充电(充电时间是40秒,此时为用户输入密码的时间，即用户输入密码的时间不能超过40秒，否则电路就开始报警, 由于用户经常输入密码，而且知道密码，一般输入密码的时间不会超过40秒)，IC2开始进入延时40秒的状态。
开始报警:当用户输入的密码不正确或输入密码的时间超过40秒，IC11的2脚电位随着C4的充电而下降,当电位下降到1/3Vcc时(即40秒延时结束时候),3脚变成高电位(延时时是低电平),通过R15使(R15的作用是为了限制T7的导通电流防止电流过大烧毁三极管)T7导通,其集电极上面接的红色发光二极管D4发亮,表示当前处于报警状态,T8也随之而导通,使蜂鸣器发声,令贼人生怯,实现报警
停止报警:当达到了80秒的报警时间，IC10的6,7脚接的电容C5放电结束,IC10的3脚变成低电平,T5截止,T6导通,强制使强制电路处于稳态，IC11的3脚输出低电平,使T7,T8截止,蜂鸣器停止报警；或者用户输入的密码正确，则有开锁电路中的T10集电极输出清除报警信号，送至T12（PNP），T12导通，强制使T7基极至低电位，解除报警信号。
3、报警次数检测及锁定电路
若用户 *** 作连续失误超过3次，电路将锁定5分钟。其工作原理如下：当电路报警的次数超过3次，由IC9（74161）构成的3位计数器将产生进位，通过IC7，输出清零信号送往74161的清零端，以实现重新计数。经过IC8（与门），送到IC12（555）的2脚，使3脚产生5分钟的高电平锁定脉冲（其脉冲可由公式T=11RC计算得出），经T9倒相，送IC6输入端，使IC6输出低电平，使IC13不能开锁，到锁定的目的。电路图如下3-3-1所示：
图3-3-1报警次数检测及锁定电路
4、备用电源电路
为了防止停电情况的发生，本电路后备了UPS电源，它包括市电供电电路，停电检测电路，电子开关切换电路，蓄电池充电电路和蓄电池组成。其电路图如下3-4-1所示：
220V市电通过变压器B降压成12V的交流电,再经过整流桥整流,7805稳压到5V送往电子切换电路，由于本电路功耗较少，所以选用10W的小型变压器。

图3-4-1 电源电路
由R8，R9，R6，R7及IC14构成电压比较器，正常情况下，V+<V- IC14输出高电平，继电器的常闭触点和市电相连；当市电断开，V+>V- IC14输出高电平，由T3，T4构成的达林顿管使继电器J开启，将其常开触电将蓄电池和电路相连，实现市电和蓄电池供电的切换，保证电子密码锁的正常工作（视电池容量而定持续时间）。其电路图如下3-4-2所示：
图3-4-2停电检测及电子开关切换电路
T1，T2构成的蓄电池自动充电电路，它在电池充满后自动停止充电，其中D1亮为正在充电，D2为工作指示。由R4，R5，T1构成电压检测电路，蓄电池电压低，则T1，T2导通，实现对其充电；充满后，T1，T2截止，停止充电，同时D1熄灭，电路中C4的作用是滤除干扰信号。其电路图如3-4-3所示：

图3-4-3 蓄电池自动充电电路
五、总结与体会

以上为实习期间所设计的电子密码锁电路，它经过多次修改和整理，以是一个比较不错的设计，可以满足人们的基本要求，但因为水平有限，此电路中也存在一定的问题，譬如说电路的密码不能遗忘，一旦遗忘，就很难打开，这可以通过增加电路解决，但过于复杂，本次设计未其中；用开关作74LS112的CLK脉冲，不是很稳定，可以调换其它高速开关或计数脉冲；电路密码只有16种可供修改，但由于他人不知道密码的位数，而且还要求在规定的时间内按一定的顺序开锁，所以他人开锁的几率很小；电路中未加显示电路，但可通过其它数字模块实现这一功能。这需要一段时间的进一步改进，如果有好的意见，希望老师给以支持。
通过这三周的学习，我感觉有很大的收获：首先，通过学习使自己对课本上的知识可以应用于实际，使的理论与实际相结合，加深自己对课本知识的更好理解，同时实习也段练了我个人的动手能力：能够充分利用图书馆去查阅资料，增加了许多课本以外的知识。能对protel 99、和EWB等仿真软件 *** 作，能达到学以致用。对我们学生来说，理论与实际同样重要，这是我们以后在工作中说明自己能力的一个重要标准。
在实习中，我感受到了老师对学生的那种悔人不卷的精神，每天的固定时间，老师都来给我们指导，使我们少走弯路，顺利完成实习任务，请允许我向你们致意崇高的敬意，感谢你们，老师！

参考文献
[1] 康华光电子技术基础（第四版）北京：高等教育出版社，1998
[2] 《无线电》第2002年合订本。

数字钟电路是一个典型的数字电路系统,其由时,分,秒计数器以及校时和显示电路组成下面介绍利用集成十进制递增计数器(74160)和带译码器的七段显示数码管组成的数字钟电路计数器74160和七段显示数码管的功能及使用方法在84节已有叙述
1 利用两片74160组成60进制递增计数器
利用两片74160组成的同步60进制递增计数器如图94-1所示，其中个位计数器（C1）接成十进制形式。十位计数器（C2）选择QC与QB做反馈端，经与非门输出控制清零端（CLR’），接成六进制计数形式。个位与十位计数器之间采用同步级连方式，将个位计数器的进位输出控制端（RCO）接至十位计数器容许端（ENT），完成个位对十位计数器的进位控制。将个位计数器的RCO端和十位计数器的QC、QA端经与们由CO端输出，作进位输出控制信号。当计数器状态为59时，CO端输出高电平，在同步级联方式下，容许高位计数器计数。选择信号源库中的1HZ方波信号作为计数器的测试时钟源。
因为秒与分计数均由60进制递增计数器来完成，为在构成数字钟系统时使电路得到简化，我们将图94-1虚线框内建立部分用子电路表示。具体 *** 作过程如下：
在EWB主界面内建立图94-1所示60进制计数器，闭合仿真电源，经过功能测试，确保计数器工作正常。选中虚线框内所示部分电路（Circuit）菜单中的创建子电路（Creat Subcircuit……）项，主界面内出现子电路设置对话框，在对话框内添入电路名称（60C）后，选择在电路中置换（Replace in Circuit）项，得用子电路表示的60进制递增计数器如图94-3所示。
2、用两片74160组成24/12进制递增计数器
图94-4所示电路是由两片74160组成的能实现12和24进制转换的同步递增计数器。图中个位与十位计数器均接成十进制计数形式，采用同步级连方式。选择十位计数器的输出端QB和个位计数器的输出端QC通过与非门NAND2控制两片计数器的清零端（CLR’），利用状态24反馈清零，可实现24进制递增计数。若选择十位计数器的输出端QA与个位计数器的输出端QB经过与非门NAND1输出，控制两片计数器的清零端（CLR’），利用状态12反馈清零，可实现12进制递增计数。敲击Q键，使开关K选择与非门NAND2输出或NAND1输出可实现24和12进制递增计数器的转换。该计数器可利用作数字钟的时计数器。
为简化数字钟电路，我们将图94-4所示的24/12进制计数器虚线框内电路转换为子电路，转换方法与上述60进制计数器相同。用子电路表的24/12进制同步计数器如图94-5所示。
3 数字钟系统的组成
利用60进制和24/12进制递增计数器子电路构成的数字钟系统如图94-6所示。在数字钟电路中，由两个60进制同步递增计数器完成秒、分计数，由24/12进制同步递增计数器实现小时计数。
秒、分、时计数器之间采用同步级连方式。开关K控制小时的24进制和12进制计数方式选择。为简化电路，直接选用信号源库中的方波秒脉冲作数字钟的秒脉冲信号，读者可自行设计独立的秒脉冲源，例如；可利用555多谐振荡器产生的秒脉冲，或者采用石英晶体振荡器经分频器产生秒脉冲。还可以在小时显示的基础上，增加上、下午或日期显示以及整点报时等，这里不再赘述。
敲击S和F键，可控制开关S和F 将秒脉冲直接引入时、分计数器，实现校时。
对于图94-6所示数字钟电路，若要进一步 简化电路还可以利用子电路嵌套功能将虚线框内电路转换为更高一级的子电路，我们将子电路命名为CLOCK，用高一级子电路表示的数字钟电路如图94-7所示。
今后在设计用到数字钟作单元电路的系统时可直接引用该电路，使系统得到简化。
图1、数字电子钟结构图
2、秒钟、分钟计时电路的设计
利用集成十进制递增计数器（74160）和带主译码器的七段显示数码管组成的数字钟电路。计数器74160的功能真值表如图2所示。
根据计数器74160的功能表真值表，利用两片74160组成的同步六十进制递增计数器如图3示，其中个位计数器（CL）接成十进制形式。十位计数器（C2）选择QC与QB做反馈端，经与非门（NEND）输出控制清零端（CLR），接成六进制计数形式。个位与十位计数器之间采用同步级连复位方式，将个位计数器的进位输出控制端（RCO）接至十位计数器的计数计数器的计数容许端（ENT），完成个位对十位计数器的进位控制QC，QA端经过与门AND1和AND2由CO端输出，作为六十进制的进位输出脉冲信号，
图二、同步十进制计数器74160真值表
当计数器计数状态为59时，CO端输出高电平，在同步级联方式下，容许高位计数器计数。电路创建完成后，进行仿真实验时，利用信号源库中的1HZ方波信号作为计数器的时钟脉冲源。
图3、秒钟/分钟计时电路
因为秒钟与分钟技术均由六十进制递增计数器来完成，为在构成数字钟系统时使电路得到简化，图虚线框内的电路创建为子电路表示。具体 *** 作过程如下：在EWB主界面内建立如示的六十进制计数器，闭合仿真电源开关，经过计数器功能测试，确定计数器工作正常，选中虚线框内所示部分电路后，再选择电路菜单中创建子电路框内添入子电路名称（分计时）后，选择在电路中置换选项，得到用子电路表示的六十进制递增计数器，即秒钟/分钟计时子电路，如图4
图4、分钟计时子电路对话框
图5、分钟计时电路
四、24/12进制的能实现递增计数器
24/12进制的能实现十二四进制的同步递增计数器。如图四。所示。图中个位与十位计数器均接成十进制计数形式，采用同步级联复位方试。 选择十位计数器的输出端Qb和个位计数器 输出端Qc通过与非门NAND2的控制两片计数器的清零端CLR，当计数器的输出状态为00100100时，立即译码清零，实现二进制纟递增计数器：若选择十位二进制的输出端Q a与个位计数器的输出端Qb经与非门NAD1控制两片计数器的清零端CLR，当计数器的输出状态为00100100时，立即译码反馈为零，实现二十进制递增计数器，若选择十位计数器的输出端Qb经与门NAND1控制两片计数器的清零端CLR。当计数器的输出端状态为00010010时，立即译码反馈为零，实现十二进制递增计数，敲Q，开关Q 选择与非门NAND2输出和NA民NAND1输出实现二十四进制递增计数器的转换。计数器用作数子钟的计数器。
图6、24/12二进制计时电路
为了简化数子电子钟的电路，需要将图765的24/12二进制计数器的线框内电路转换为子电路，方法与上面六二进制的分计数器一样，用子电路表示24/12进同步计数器如图7。
图7、24/12计时电路
五、数字电子钟系统的组成
利用六十进制和24/12进制递增计数器子电路构成的数字电子钟系统如图8所示，在数字电子钟电路中，由两个六十进制同步递增计数器分别构成秒钟计时器和分计时器，级连够完成秒 ，分计时、由24/12进制同步递增计实现小时计数。秒、分、时计数器之间采用同步级连方式，开关（Q）控制小时的二十四进制和十二进制计数方式选择，敲击S和F键，可控制开关S和F将秒脉冲直接引入时，分计数器，实现时计数器和分计数器的校时。
对于图所示数字电子钟电路，为了进一步简化电路，还可以利用子电路嵌套功能，将虚线框内电路转换为更高一级的子电路，成为子电路数字电子钟，用嵌套子电路表示的数字电子钟电路如图8所示
图8、24/12进制计数电路
以上创建的各种子电路都已经存入自定义元器件库中，在其他电子系统设计中需要时，可以直接调用这些子电路，使系统的设计更方便，更快捷。
访真实验时，可直接选用信号源库中的方波秒脉冲作数字钟的秒脉冲信号，作为一个设计内容，读者可自行设计独立的秒脉冲信号源，可利用555定时器组成多谐震荡器产生秒钟脉冲信号，或者采用石英晶体震荡器经分频器产生秒脉冲，脉冲频率更稳定，计时误差会更小，还可以在小时显示的基础上，增加上下午或日期显示，整点报时电路以及作息时间提示电路等。

是的，物联网eSIM卡在物理大小上比普通SIM卡更小。eSIM卡的尺寸仅为12388mm，而标准SIM卡的尺寸为2515mm，nano-SIM卡的尺寸为12388mm，因此eSIM卡比nano-SIM卡还要小一些。
值得注意的是，eSIM卡并不是物理上的卡片，而是一个嵌入到设备中的虚拟晶片。eSIM卡不像传统的SIM卡需要插入插槽中，而是通过安全的全球性的无线网络连接技术进行激活和配置。
相对于普通的SIM卡，eSIM卡的优势在于其集成度更高，可以大大减小设备体积和重量，方便设备厂商在小型设备中使用

植物生物钟的功能：生物钟对生物体起定时器的作用。植物及其他生物靠生物钟的节奏调节它的生理活动，使之在一天中适当的时间内进行。此外，四季中每日日长加长或缩短，使生物钟的相位改变，植物由此识别季节，从而使生理变化适合于该季节，例如从营养生长转向生殖生长（花芽分化），或落叶、休眠，迎接冬天来临。
植物生物钟是决定生物生理活动的周期性波动的内生节奏。它是生物对环境昼夜与季节变化的适应，在生物界广泛存在。如很多种植物的叶子在白天呈接近水平状态，夜间则下垂。
有些花只在清晨开放;发光单细胞藻膝沟藻的发光量有昼夜变化，近午夜时达到高峰。气孔开关、细胞分裂、胚芽鞘的生长等都有昼夜起伏变化。很多种植物的花原基形成、芽休眠、落叶等物候期，是年周期现象的表现，其日期的确定往往取决于日照长度，而植物对长日照或短日照的反应，和其内生的昼夜周期有联系。
振荡：内生的昼夜节奏是体内的一种振荡，其周期在自然条件下为24小时。这种振荡在光、温完全稳定的条件下仍然存在，但这时的周期不是恰好24小时，而是其近似植，在22～28小时之间。这种不依赖于外界昼夜变化的内生节奏称为近似昼夜节奏。在自然条件下昼夜节奏的周期是24小时，是因受光-暗交替的24小时周期制约而造成的。如用不同于24小时的光-暗循环，也可改变生物钟的周期，使之偏离24小时，与外界光-暗循环周期一致。但是所用的周期不能与24小时偏离过多。外界光－暗交替如与植物原来昼夜节奏的相位不同，也可以使其相位改变。
因为一般化学反应包括生化反应的Q1c都在2以上，这表明生物钟的计时机理可能不是由化学系统而是由物理系统组成的，或者是有某种反馈系统的生物化学循环变化，反馈系统消除了反应速度对温度的依赖关系。温度只影响有昼夜节奏的生理过程（如生长、光合等）的强度，即振荡的振幅。

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