数字逻辑与数字系统中如何画波形图

数字逻辑与数字系统中如何画波形图
数字逻辑与数字系统中如何画波形图

数字逻辑与数字系统中如何画波形图
承接一个数字系统的课题后,一方面要对课题的任务、要求、原理、使用环境作详细的分析,另一方面也应调研相类似的课题目前有哪些解决方法及其优缺点.在此基础上确定初步方案.
1．基本要求和使用环境分析
对一只保险箱而言,基本要求是：
① 安全性,开锁的密码被破译的可能性要尽可能小；
② 操作方便,开锁的程序不过于复杂；
③ 密码可以更换,遇到不正常情况时应启动报警系统；
④ 使用者在拨错号码时可将原拨号予以清除并重拨.
先看安全性问题.普通机械密码锁保险箱采用3位十进制码,除了密码外还有一个锁孔,钥匙投对时才能开锁,总的开锁率约为10-6左右.现改用全数字锁,如采用二进制码,要达到这样高的安全性能,就要采用20位码,这将是一个难以记忆的密码,操作也极麻烦,故宜采用十进制码或十六进制码.
密码锁开锁的基本原理是符合,即当送入的密码与预置的密码相同时解锁.密码输入的方式有并行和串行.串行方案成本低,且用时序电路实现,对结果的判别与操作程序有关.例如对3位密码而言,多拨一位、少拨一位皆属于错误,大大加强了系统的可靠性,因而可使密码位数减少.故宜采用串行数字锁,并对操作过程有所规定.
一旦采用串行数字输入,就得有起始标志和结束标志.起始标志可采用复位信号,将电路恢复到起始状态.复位信号由START键产生,然后开始接收数码输入,当接收确定的几个数码(例如3个十进制数)后,应送入结束标志.大多数保险箱上都有个门把手,必须扭动这个把手才可以打开这个箱门,因此可以将结束信号和门把手的操作结合起来.当输入密码后,便去扭动把手(相当于向控制电路发出OPEN信号),若前面输入的3个数码正确,便可开门,否则向保安系统发出警报.OPEN便是输入码结束的标志,该信号在输入码未达3个或多于4个时皆判为错码,发出报警信号.若使用者不慎按错号码,并在扭动把手前发现,可以按START键使电路恢复到初始状态,重新按动密码.
系统刚接通电源或保险箱门被打开时,数字锁系统尚未工作,称为“待锁状态”.按一下SETUP键才能使数字锁锁上,称为“安锁状态”.另外,系统在报警时需经保安人员处理后,按SETUP键才可恢复工作.
通过以上分析,可以确定系统的基本操作流程如图6．32(a)所示.
(a) 基本流程图 （b)电子系统简单框图
（c) 简单锁初步方案
图6.32 数字锁初步方案
2．系统结构的几个具体问题研究
输入问题 开始(START)、建立(SETUP)等控制信号可用按键开关实现,门把手转动产生开门信号(OPEN)也可用一个OPEN键代替.密码输入采用10个按键开关,不同的数码采用不同的键,如同电话机的按键.与此相适配的内部电路应是编码器.
输出问题 数字锁的输出有两种情况：
①开门信号,当拨号正确又按动OPEN键后,应发出信号,打开数字锁.此时可用一只绿色信号灯10标示开门状态.
②当密码或开锁程序不对时,按动OPEN键将发出报警信号.报警信号可以用一种单频率的方波振荡(约500Hz),驱动扬声器发声,还可以用红色信号灯LA表示.以上开门信号、报警信号一旦出现,就一直保持下去,直至使用者或保安人员按动SETUP键为止.
预置数问题 预置数就是设置系统的密码,宜每隔一段时间更换一次,因此应有置数装置.每次置入3位十进制数的方法有多种.为分析方便,现采用的方法是安排12个输入端,每个输入端通过一只双列直插式组件(DIP)开关、将其输入切至Vcc或GND.
综合上述讨论,确定保险箱密码锁的基本方案如下：
(1)采用3位十进制数密码,密码用DIP开关确定,必要时可以更换.
(2)系统通电后须关上门,且按动SETUP键后方投入运行.运行时标志开门的灯或警报灯和警铃皆不工作,系统处于安锁状态.
(3)开锁过程如下：①按START键启动开锁程序,此时系统内各部分应处于初始状态；②依次键入3个十进制数码；③按开门键OPEN.
若上述程序执行且拨号正确,则开门继电器动作,绿灯LO亮.若按错密码或未按上
述程序执行,则按动开门键OPEN后警报装置呜叫,红灯LA亮.
(4)开锁处理事务完毕后,应将门关上,按SETUP键,使系统重新进入安锁状态.若在报警状态,按SETUP键或START键应不起作用,需另用一内部ISET键才能使系统进入安锁状态,此ISET键应放在保安人员值班室.
(5)使用者如按错密码,可在按OPEN键以前按START键,重新启动开锁程序.
(6)号码0～9,START,SETUP,OPEN均用按键产生.
根据上述考虑,可以画出系统的粗略框图如图6．32(b)所示,它说明了整个系统的外部输入和输出情况.加上图6．32(a)描述系统行为的流程图,就勾画了这一系统的总体逻辑功能.图6．32(c)中画出了数字锁简单的工作波形图,对输入、输出信号的时序做了进一步描述.