ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN:MẠCH KHÓA SỐ

Đồ án I: Mạch khoá bằng số Trang 1
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ
ĐỒ ÁN I
ĐỀ TÀI:
Giảng viên hướng dẫn: ĐÀO
THỊ THU THỦY
Sinh viên thực hiện: LÊ HẢI ĐĂNG
BÙI THỊ THÚY
Lớp : CDDT9B
Khóa : KHÓA 9
Tp. Hồ Chí Minh: 06 – 2009
BỘ CÔNG THƯƠNG
GVHD: Đào Thị Thu Thủy SVTH: Lê Hải Đăng
Bùi Thị Thúy
MẠCH KHÓA BẰNG
MẠCH KHÓA BẰNG


Đồ án I: Mạch khoá bằng số Trang 2
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ
ĐỒ ÁN I
ĐỀ TÀI:
Giảng viên hướng dẫn: ĐÀO
THỊ THU THỦY
Sinh viên thực hiện: LÊ HẢI ĐĂNG
BÙI THỊ THÚY
Lớp : CDDT9B
Khóa : KHÓA 9

Tp. Hồ Chí Minh: 06 – 2009
LỜI NÓI ĐẦU
GVHD: Đào Thị Thu Thủy SVTH: Lê Hải Đăng
Bùi Thị Thúy
MẠCH KHÓA BẰNG
MẠCH KHÓA BẰNG


Đồ án I: Mạch khoá bằng số Trang 3
Hiện nay, kỹ thuật điện tử đã và đang trở thành một ngành khoa học đa ứng dụng.
Điện tử đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng ở rất nhiều lĩnh vực nhất là trong
thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Đã ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành như hàng
không vũ trụ, thông tin liên lạc, tự động điều khiển, y tế hay các dịch vụ khác. Đặc biệt là
các thiết bị điện tử tự động đòi hỏi tính chính xác cao. Dần dần cuộc sống con người
được nâng cao hơn, hoàn thiện hơn và chính vì thế mà đòi hỏi yêu cầu của con người
ngày càng cao, đặc biệt là các vấn đề bảo mật. Mỗi một cá nhân, một gia đình hay bất kì
một cơ quan nào đều có những vấn đề để đảm bảo bí mật. Và do đó, mà khoá số bằng
điện tử là một giải pháp tốt nhất và rất hiệu quả.
Ngoài ra, nhằm cũng cố lại kiến thức, hệ thống hoá lại những kinh nghiệm trong
suốt quá trình học tập. Chúng em quyết định chọn đề tài khoá số để làm đề án môn học.
Đồ án này được dùng để khoá tủ hay bất cứ vật gì cần được bảo vệ.
Để tạo ra một sản phẩm có giá trị ứng dụng trong đời sống và nhu cầu thực tế của
xã hội thì người thực hiện đề tài phải thật sự nổ lực trong việc hệ thống hoá lại toàn bộ
kiến thức liên quan và ứng dụng nó một cách hiệu quả. Đây chính là điều kiện tốt nhất để
người thực hiện đề tài có thể kiểm chứng lại năng lực của mình trong suốt quá trình tích
luỹ và học tập.
Đề tài “khoá bằng số” góp phần vào việc giảm thiểu thời gian và chi phí cho việc
bảo vệ tài sản cá nhân, tập thể hay một cơ quan, xí nghiệp.
Đây là một ứng dụng rất phù hợp với thời đại ngày nay, khi mà nhu cầu của con
người đòi hỏi ngày càng cao nhất là những tài sản mang tính riêng tư.

LỜI CÁM ƠN
GVHD: Đào Thị Thu Thủy SVTH: Lê Hải Đăng
Bùi Thị Thúy
Đồ án I: Mạch khoá bằng số Trang 4
Trong quá trình làm đồ án, chúng em gặp không ít những khó khăn nhưng được sự
giúp đỡ tận tình của các thầy cô, đặc biệt là cô Đào Thị Thu Thủy nên chúng em đã hoàn
thành đồ án đúng thời hạn. Do thời gian không nhiều và lần đầu tiên làm đồ án nên chắc
chắn còn nhiều thiếu sót, kính mong thầy cô đánh giá và đóng góp ý kiến để em hoàn
thiện đề tài này. Em xin chân thành cảm ơn qúi thầy cô.
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
GVHD: Đào Thị Thu Thủy SVTH: Lê Hải Đăng
Bùi Thị Thúy
Đồ án I: Mạch khoá bằng số Trang 5

GVHD: Đào Thị Thu Thủy SVTH: Lê Hải Đăng
Bùi Thị Thúy
Đồ án I: Mạch khoá bằng số Trang 6








Tp. HCM, ngày tháng 06 năm 2009
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN








GVHD: Đào Thị Thu Thủy SVTH: Lê Hải Đăng
Bùi Thị Thúy
Đồ án I: Mạch khoá bằng số Trang 7

Tp. HCM, ngày tháng 06 năm 2009
MỤC LỤC
Lời nói đầu
Trang
Chương 1: Cấu tạo 1
1.1 Khối điều khiển 1
1.1.1 IC cmos4081 1
1.1.1.1 Mô tả tổng quát 1
1.1.1.2 Đặc điểm 3
1.1.1.3 Các điều kiện hoạt động khuyến cáo 3
1.1.2 IC4017 3
GVHD: Đào Thị Thu Thủy SVTH: Lê Hải Đăng
Bùi Thị Thúy
Đồ án I: Mạch khoá bằng số Trang 8
1.1.2.1 Mô tả tổng quát 3
1.1.2.2 Đặc điểm 4
1.1.2.3 Ứng dụng 4
1.1.2.4 Các điều kiện hoạt động khuyến cáo 6
1.1.3 Relay 7
1.2 Khối bàn phím 7
1.3 Khối âm thanh 8
Chương 2: Sơ đồ nguyên lý 9

2.1 Giới thiệu sơ lược 9
2.2 Nguyên lý hoạt động 9
KẾT LUẬN 12
PHỤ LỤC 13
TÀI LIỆU THAM KHẢO 14
CHƯƠNG I: CẤU TẠO
Cấu trúc phần cứng của mạch gồm có 3 phần:
1.1 Khối điều khiển:
GVHD: Đào Thị Thu Thủy SVTH: Lê Hải Đăng
Bùi Thị Thúy
Đồ án I: Mạch khoá bằng số Trang 9
Gồm IC cmos4081 và IC 4017 và một số linh kiện thích hợp.
1.1.1 IC cmos4081: BỐN CỔNG AND HAI NGÕ VÀO
1.1.1.1 Mô tả tổng quát:
IC4081 bốn cổng and là một mạch điện gồm các mạch điện tích hợp MOS bù,
nguyên khối này được xây dựng với các transistor kênh N và kênh P. IC này có nguồn
cân bằng và dòng hút mà nó tương thích và phù hợp để thúc các ngõ ra theo chuẩn
B.Thiết bị này cũng được khuếch đại ngõ ra mà nó cải thiện các đặc tính chuyển đổi bằng
việc đưa ra các độ lợi rất cao.Tất cả các ngõ vào được bảo vệ để chống lại sự phóng điện
với các diode được nối đến V
DD
và V
SS
.
GVHD: Đào Thị Thu Thủy SVTH: Lê Hải Đăng
Bùi Thị Thúy
Đồ án I: Mạch khoá bằng số Trang 10

1.1.1.2 Đặc điểm:
- Khả năng tương thích công suất thấp có thể thúc được hai con IC74L tương thích với

mức TTL hoặc một con IC74LS.
- Tham số định mức: 5V-10V-15V.
- Đặc tính ngõ ra đối xứng.
- Khi nhiệt độ cực đại thì sự rò điện là 1uA tương ứng 15V.
1.1.1.3 Các điều kiện hoạt động khuyến cáo:
- Điện áp làm việc (V
DD
): 3V
DC
đến 15V
DC
.
- Khoảng nhiệt độ làm việc (T
A
): -40
o
C đến +85
o
C.
- Chú ý 1: Phạm vi tối đa tuyệt đối (vượt mức sẽ hư IC) là những giá trị quá lớn mà sự an
toàn không đảm bảo. Ngoại trừ “Khoảng nhiệt độ làm việc”, chúng không có ý nói rằng
các thiết bị nên làm việc ở những điểm giới hạn. Bảng biểu “các đặc tính điện” đưa ra các
điều kiện làm việc thực tế. (tham khảo datasheet).
GVHD: Đào Thị Thu Thủy SVTH: Lê Hải Đăng
Bùi Thị Thúy
Đồ án I: Mạch khoá bằng số Trang 11
- Chú ý 2: Tất cả điện áp được đo với V
SS
= 0V ngoại trừ cách thiết lập đặc biệt khác.
1.1.2 IC4017: BỘ ĐIẾM/ BỘ CHIA 10 VỚI 10 NGÕ RA ĐƯỢC GIẢI MÃ

1.1.2.1 Mô tả tổng quát:
IC4017 là bộ điếm Johnson 5 tầng chia 10 với 10 ngõ ra được giải mã và có 1 bit
tràn. Các bộ điếm này được đưa về giá trị “0” bằng cách đặt một mức trạng thái logic “1”
ở chân reset. Bộ điếm tăng lên ở cạnh dương xung clock khi tín hiệu cho phép được đặt ở
mức trạng thái logic “0”. Cấu hình IC4017 cho phép làm việc ở tốc độ trung bình, 10
ngõ ra được giải mã thường ở trạng thái mức logic “0” và chỉ lên mức logic “1” ở từng
thời điểm tương ứng. Mỗi ngõ ra đó được giải mã ở mức cao trong một chu kỳ đầy đủ.
Các tín hiệu tràn đủ một chu kỳ cho mỗi chu kỳ của xung clock vào và nó được sử dụng
như một tín hiệu truyền (chuyển) tiếp đến các tầng điếm tiếp theo.
1.1.2.2 Đặc điểm:
- Điện áp làm việc rộng: 3.0V đến 15V.
- Chống nhiễu tần số cao: 0.45 Vdd (typ.).
- Công suất tiêu thụ thấp, có thể thúc được hai con 74L tương thích với mức TTL hoặc một
con 74LS.
- Tốc độ làm việc trung bình: 5.0 MHz (typ.).
- Công suất tiêu thụ thấp: 10uW (typ.).
- Hoạt động hoàn toàn ổ định.
1.1.2.3 Ứng dụng:
- Máy tự động.
- Dụng cụ đo kiểm
- Điện tử học y khoa.
- Hệ thống chống trộm.
GVHD: Đào Thị Thu Thủy SVTH: Lê Hải Đăng
Bùi Thị Thúy
Đồ án I: Mạch khoá bằng số Trang 12
- Điện tử công nghiệp.
- Thiết bị đo từ xa.
GVHD: Đào Thị Thu Thủy SVTH: Lê Hải Đăng
Bùi Thị Thúy
Đồ án I: Mạch khoá bằng số Trang 13

GVHD: Đào Thị Thu Thủy SVTH: Lê Hải Đăng
Bùi Thị Thúy
Đồ án I: Mạch khoá bằng số Trang 14
1.1.2.4 Các điều kiện hoạt động khuyến cáo:
- Điện áp cung cấp DC ( V
DD
): +3V
DC
đến +15V
DC
.
- Điện áp đầu vào (V
IN
): 0 đến V
DD
V
DC
.
- Khoảng nhiệt độ làm việc ( Ta): -40
o
C đến +80
o
C.
- Chú ý 1: Phạm vi tối đa tuyệt đối (vượt mức sẽ hư IC) là những giá trị quá lớn mà sự an
toàn của thiết bị không được đảm bảo, chúng không có ý nói rằng các thiết bị nên làm
việc ở những điểm giới hạn. Bảng biểu “các điều kiện hoạt động khuyến cáo” và “các
đặc tính điện” đưa ra các điều kiện làm việc thực tế. (tham khảo datasheet )
- Chú ý 2: V
SS
= 0V ngoại trừ cách thiết lập đặc biệt khác.

1.1.3 Relay:
GVHD: Đào Thị Thu Thủy SVTH: Lê Hải Đăng
Bùi Thị Thúy
Đồ án I: Mạch khoá bằng số Trang 15
Tính hiệu mở khóa được điều khiển ở mức logic cao. Khi mở khóa thì chân số 10
của IC cmos4081 lên mức 1, điều khiển Q
4
dẫn, có dòng qua cuộn dây relay. Điều khiển
mở khóa.
1.2 Khối bàn phím:
Gồm 1 bàn phím 4 dòng và 3 cột.
1.3 Khối âm thanh:
GVHD: Đào Thị Thu Thủy SVTH: Lê Hải Đăng
Bùi Thị Thúy
Đồ án I: Mạch khoá bằng số Trang 16
Gồm một mạch dao động đa hài đơn giản kết hợp với loa.
CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ
2.1 Giới thiệu sơ lược:
GVHD: Đào Thị Thu Thủy SVTH: Lê Hải Đăng
Bùi Thị Thúy
Đồ án I: Mạch khoá bằng số Trang 17
Đây là mạch khóa bằng số, tuy nhiên nó cũng có nhiều ứng dụng khác nhau. Bàn
phím có các phím cùng một mối nối chung và mỗi phím có cùng một chức năng khóa
riêng biệt. mật mã chọn để khóa gồm 5 ký tự nhập từ bàn phím (tương ứng với 5 phím)
và để mở khóa là 4 ký tự đầu tiên của mã khóa, và 3 phím dùng cho reset, 4 phím còn lại
sẽ không tham gia vào quá trình mở khóa. Năm phím được chọn làm mật mã gồm các
phím: [7], [5], [3], [0], [4] sẽ được nối với các chân A, B, C, D, E. Các phím : [*], [8],
[#], có chức năng reset sẽ được nối qua chân số 15 của IC4017. Còn lại 4 phím: [1], [2],
[6], [9], sẽ nối trực tiếp qua chân 14(CLK) của IC4017.
2.2 Nguyên lý hoạt động:

GVHD: Đào Thị Thu Thủy SVTH: Lê Hải Đăng
Bùi Thị Thúy
Đồ án I: Mạch khoá bằng số Trang 18
GVHD: Đào Thị Thu Thủy SVTH: Lê Hải Đăng
Bùi Thị Thúy
Đồ án I: Mạch khoá bằng số Trang 19
Khi ta nhấn phím A thì chân số 1 của IC cmos4081 sẽ lên mức cao và được giữ
trong khoảng thời gian 10s nhờ tụ C
1
và R
1
.

Tiếp tục nhấn phím B sẽ làm cho chân số 2
của IC này ở mức cao, do đó chân 3 ở đầu ra của IC cũng ở mức cao. Kế đến là nhấn tiếp
phím C sẽ làm cho chân số 6 lên mức cao, đồng thời cũng sẽ kích cho Q
1
giữ chân số 5 ở
mức cao, lúc đó chân số 4 sẽ lên mức cao. Tiếp theo khi nhấn phím D, chân số 9 sẽ lên
mức cao, đồng thời sẽ kích cho Q
2
dẫn và giữ chân số 8 ở mức cao, khi đó chân số 10
cũng lên mức cao. Ngoài ra, nó cũng sẽ kích cho Q
4
dẫn đồng thời tác động lên relay làm
cho nó hoạt động. trạng thái hoạt động của Q
6
được giữ là nhờ R
8
. Cuối cùng khi phím E

được nhấn, nó sẽ làm cho chân số 13 lên mức cao, đồng thời sẽ kích dẫn Q
3
và giữ chân
số 12 ở mức cao, kết quả cuối cùng là làm cho chân số 11 lên cao, dẫn đến Q
5
on và Q
6
off. Nếu nhấn liên tục 4 phím A, B, C, D thì quá trình mở khóa đã thành công, led sẽ phát
sáng. Còn nếu nhấn liên tục 5 phím A, B, C, D, E thì led sẽ tắt vì khi đó mạch đã bị khóa.
Với sự kết hợp của IC4017 thì mỗi lần nhập sai, IC này sẽ đếm lên 1. Theo cấu trúc của
mạch này thì cho phép nhập sai tối đa là 8 phím( có thể thay đổi số lần nhập sai,dao động
từ 0 đến 10 phím). Mỗi lần nhấn sai 1 phím thì trình tự các ngõ ra của IC 4017 sẽ lên mức
cao. Quá 8 phím sai mà chưa nhập đúng mã thì chân số 6 của IC 4017 lên mức cao. Chân
số 6 này sẽ làm 3 chức năng, một mặt đưa vào chân số 13 của IC 4017 để giữ trạng thái
hoạt động, mặt khác sẽ kích hoạt làm Q
6
on, làm cho chân C xuống thấp, dẫn đến chân số
1 của IC cmos4081 ở mức thấp, nó sẽ bỏ mức ưu tiên ở cổng AND1 và việc mã hóa bị
thấp bại, vô hiệu bàn phím, và đồng thời nó sẽ kích hoạt mạch cảnh báo làm loa phát lên
báo động nhờ chân số 6 này. Khi đó, nếu muốn tắt loa hay mã hóa lại thì phải nhấn tổ hợp
phím: [*], [8], [#] thì mạch sẽ Reset trở về trạng thái ban đầu, và sẵn sàng để nhập mã lại.
KẾT LUẬN
GVHD: Đào Thị Thu Thủy SVTH: Lê Hải Đăng
Bùi Thị Thúy
Đồ án I: Mạch khoá bằng số Trang 20
Giới hạn:
Mặc dù được sự chỉ bảo tận tình của giáo viên hướng dẫn nhưng do kiến thức còn
nhiều hạn chế, thời gian quá ngắn ngũi nên đồ án còn nhiều điểm chưa mang tính hoàn
thiện. Do chúng em chưa bổ sung kiến thức vi xử lý nên mạch khóa bằng số này rất đơn
giản, chỉ đáp ứng được một số yêu cầu của mạch khóa số.

Hướng phát triển:
Để sản phẩm mang tính ứng dụng hơn chúng ta có thể kết hợp khoá số với điều
khiển mở khoá qua Remote như vậy tính an toàn sẽ cao hơn. Nếu có sự tham gia của vi
xử lý thì tính năng của mạch khoá bằng số càng đa dạng hơn.
Đây là một đề tài rất có ứng dụng trong thực tế nên em sẽ cố gắng hoàn thiện đề
tài này để phù hợp với nhu cầu ngày càng cao của thực tiễn.
Hạn chế:
Do kiến thức tích lũy chưa nhiều, việc chọn các linh kiện chưa tốt nên đồ án chưa
hoàn thiện. Bên cạnh còn một số hạn chế như sau: đó là chưa có phần hiển thị; không
trùng mã được, mỗi phím chỉ tham gia 1 lần trong quá trình mã hóa; không đổi password
một cách linh hoạt, nếu muốn đổi password thì phải thay đổi cấu trúc của mạch.
PHỤ LỤC
GVHD: Đào Thị Thu Thủy SVTH: Lê Hải Đăng
Bùi Thị Thúy
Đồ án I: Mạch khoá bằng số Trang 21
GVHD: Đào Thị Thu Thủy SVTH: Lê Hải Đăng
Bùi Thị Thúy
Đồ án I: Mạch khoá bằng số Trang 22
Sơ đồ mạch in:
TÀI LIỆU THAM KHẢO
GVHD: Đào Thị Thu Thủy SVTH: Lê Hải Đăng
Bùi Thị Thúy
Đồ án I: Mạch khoá bằng số Trang 23
1. Mạch số. PGS.TS. Nguyễn Hữu Phương. Nhà xuất bản thống kê 2001.
2. www.dientuvietnam.net .
3. www.diendandientu.com .
4. www.ant7.com .
5. www.datasheet.com .
GVHD: Đào Thị Thu Thủy SVTH: Lê Hải Đăng
Bùi Thị Thúy