Noi dung bai Project cuoi ki mon IT3420

BÁO CÁO PROJECT: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG KHÓA SỐ BẢO MẬT
Môn học: ĐIỆN TỬ CHO CNTT
SINH VIÊN THỰC HIỆN: TRẦN QUANG HUY
MÃ SỐ SINH VIÊN: 202416945
1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI: 1.1. Mục tiêu
Thiết kế và mô phỏng hệ thống khóa số điện tử bảo mật sử dụng các IC logic cơ bản họ
74LS/HC. Hệ thống có chức năng xác thực mật khẩu người dùng, yêu cầu nhập đúng chuỗi
số theo thứ tự và có cơ chế cảnh báo khi nhập sai quá số lần quy định.
1.2. Yêu cầu hệ thống
Dựa trên yêu cầu của đề tài, hệ thống được thiết kế đáp ứng các tiêu chuẩn sau:
• Mật khẩu: Gồm 4 chữ số.
• Cơ chế nhập: Nhập tuần tự từng số từ bàn phím thập phân. • Bảo mật:
o Mở khóa (Đèn Đỏ) khi nhập đúng hoàn toàn chuỗi ký tự.
o Hệ thống không mở nếu nhập đúng số nhưng sai thứ tự.
o Đếm số lần nhập sai: Nếu sai 2 lần, hệ thống kích hoạt báo động (Đèn Đỏ) và khóa hệ thống.
2. PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG (SYSTEM DESIGN)
Hệ thống được chia thành 3 khối chức năng chính theo yêu cầu:
2.1. Khối đầu vào (Input Block):
• Chức năng: Tiếp nhận thao tác bấm phím từ người dùng và chuyển đổi sang tín hiệu số.
• Linh kiện sử dụng:
o Bàn phím ma trận hoặc các nút nhấn rời (1-9).
o Mạch mã hóa (Encoder): Sử dụng IC 74LS147 hoặc mạch logic tương đương
để chuyển đổi tín hiệu thập phân (Decimal) sang mã nhị phân BCD 4-bit.
o Nút Reset: Để đưa hệ thống về trạng thái ban đầu.
2.2. Khối xử lý trung tâm (Processing Block):
Là bộ não của hệ thống, thực hiện các chức năng logic phức tạp:
a) Lưu trữ và So sánh mật khẩu:
• Sử dụng 4 IC so sánh 74LS85.
• Đầu vào P: Kết nối với tín hiệu từ bàn phím (đã mã hóa BCD).
• Đầu vào Q: Kết nối với bộ switch mật khẩu 1,2,3,4.
• Nguyên lý: Khi người dùng bấm phím, IC 74LS85 so sánh tín hiệu nhập (P) với mật
khẩu (Q). Nếu khớp, chân P=Q xuất mức logic 1.
b) Logic tuần tự - Kiểm tra thứ tự:
• Sử dụng chuỗi D Flip-Flop mắc nối tiếp.
• Nguyên lý: Đầu ra Q của Flip-Flop trước được nối vào đầu vào D của Flip-Flop sau.
o Chỉ khi bấm đúng số thứ nhất (1) -> FF1 kích hoạt.
o Lúc này FF2 mới sẵn sàng nhận tín hiệu số thứ hai (5).
o Nếu sai thứ tự, FF2 sẽ không hoạt động -> Khóa không mở.
c) Bộ đếm lỗi và Báo động:
• Sử dụng mạch logic (Cổng OR và XOr) để phát hiện tín hiệu sai (khi có phím bấm
nhưng không khớp mật khẩu).
• Sử dụng IC Đếm để đếm số lần sai.
2.3. Khối hiển thị và cảnh báo
• Hiển thị số: Sử dụng IC giải mã 7447 kết nối với LED 7 thanh (Anode chung) để hiển
thị con số người dùng đang bấm.
• Hiển thị trạng thái (Sử dụng Decoder):
o Đèn Xanh: Trạng thái an toàn/Mở khóa thành công.
o Đèn Vàng: Cảnh báo (Đã sai 1 lần).
o Đèn Đỏ: Báo động (Sai 2 lần).
• Cơ chế khóa: Khi Đèn Đỏ sáng, mạch phản hồi (Feedback) sẽ khóa chân Enable của
bộ đếm, giữ nguyên trạng thái báo động cho đến khi Reset.
2.4. DANH MỤC LINH KIỆN SỬ DỤNG:
• Dựa trên sơ đồ thiết kế, các linh kiện chính được sử dụng trong mô phỏng bao gồm: Số Chức năng trong STT Tên linh kiện Mã hiệu IC lượng mạch
Mã hóa tín hiệu từ bàn Priority 1 74LS147 01 phím (9 nút) sang mã Encoder BCD 4-bit. Magnitude So sánh mã nhập vào 2 74HC85 04 Comparator
với mật khẩu cố định
Tạo mạch logic tuần tự 3 D Flip-Flop 74HC74 02
để kiểm tra thứ tự nhập mã.
Đếm số lần nhập sai để 4 Binary Counter 74LS93 / 74LS161 01 kích hoạt báo động.
Giải mã trạng thái từ bộ 5 Decoder 2-to-4 74HC139 / Generic 01
đếm để điều khiển đèn Xanh-Vàng-Đỏ.
Giải mã và hiển thị con BCD to 7- 6 74LS47 01 số đang bấm lên LED 7 Segment thanh. Số Chức năng trong STT Tên linh kiện Mã hiệu IC lượng mạch 74LS04 (NOT), Xử lý các điều kiện 7 Logic Gates 74LS08 (AND), - logic, khóa hệ thống và 74LS02 (NOR) tạo xung Clock.
Hiển thị trạng thái, phát LED, Clock, Delay, 8 Linh kiện khác - âm thanh cảnh báo và DIP Switch tạo nhịp cho mạch.
3. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ MÔ PHỎNG
1. Hình 1: Tổng quan sơ đồ mạch toàn hệ thống.
2. Hình 2: Cận cảnh khối so sánh và sửa lỗi đảo bit:
3. Hình 3: Khối hiển thị trạng thái dùng Decoder.
4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
Qua quá trình kiểm thử trên phần mềm Digital, hệ thống hoạt động ổn định với các trường hợp sau:
• Trường hợp 1 (Nhập đúng): Nhập lần lượt 1-> 9 -> 5 -> 3
o Kết quả: Các Flip-Flop lần lượt kích hoạt, cuối cùng Đèn Xanh sáng. Mở khóa thành công.
• Trường hợp 2 (Sai thứ tự): Nhập 3 -> 9
o Kết quả: Flip-Flop không kích hoạt. Đèn Xanh không sáng.
• Trường hợp 3 (Nhập sai quá 2 lần):
o Nhập sai lần 1 (VD: số 2) -> Đèn chuyển Vàng.
o Nhập sai lần 2 (VD: số 8) -> Đèn chuyển Đỏ 5. KẾT LUẬN
Hệ thống khóa số đã được thiết kế và mô phỏng thành công, đáp ứng đầy đủ yêu cầu của đề bài.
• Ưu điểm: Thiết kế logic tuần tự chặt chẽ, bảo mật cao nhờ cơ chế chống dò mật
khẩu (sai 2 lần khóa), mạch hoạt động ổn định nhờ xử lý tốt hiện tượng đua tín hiệu
• Hạn chế: Mật khẩu đang được cài cứng bằng phần cứng (DIP Switch), muốn đổi mật
khẩu phải can thiệp vào mạch.
• Hướng phát triển: Sử dụng RAM/EEPROM để lưu mật khẩu cho phép đổi mật khẩu
mềm, hoặc tích hợp Vi điều khiển để mở rộng tính năng.