快遞存放柜的設(shè)計(jì)

成績成績課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)名稱：題目：快遞存放柜的設(shè)計(jì)學(xué)院：學(xué)生姓名：專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：日期：2016年7月1日西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書PAGEIII快遞存放柜的設(shè)計(jì)摘要：快遞存放柜是一種方便易用的快遞存放平臺(tái)。在網(wǎng)上購物頻繁今天，快遞存放柜非常實(shí)用。本文介紹了一種簡(jiǎn)易的快遞暫存柜的設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了對(duì)應(yīng)密碼打開對(duì)應(yīng)窗口、密碼顯示的功能。系統(tǒng)通過按鈕開關(guān)輸入密碼，然后對(duì)密碼進(jìn)行處理，與內(nèi)置密碼比較。如果相同則打開對(duì)應(yīng)窗口。若輸入密碼與內(nèi)置密碼都不同，則指示燈亮。關(guān)鍵詞：快遞存放柜，網(wǎng)上購物，設(shè)計(jì)，密碼Abstract:Courierstoragecupboardisaconvenientandeasyforumtodepositcourier.Itisveryusefulinthesedaysthatshoppingonlineisfrequent.Thisarticleintroducesadesignschemeofsimplecourierstoragecupboardwhichachievethefunctionthatone-to-onepasswordcanopentheone-to-onewindowanddisplaythepassword.Thissysteminputpasswordbybuttonswitch,thendisposesthepasswordandcompareswiththebuilt-inpassword.Ifitissame,thenopentheone-to-onewindow,iftheinputpasswordisdifferencefromallofthebuilt-inpassword,thentheindicatorlight.Keywords：Courierstoragecupboard,Shoppingonline,Design,Password目錄目錄 II1 前言 11.1 設(shè)計(jì)背景 11.2 設(shè)計(jì)目標(biāo) 11.3 實(shí)施計(jì)劃 11.4 必備條件 12 總體方案設(shè)計(jì) 22.1 方案比較 22.1.1 方案一 22.1.2 方案二 22.2 方案論證 32.3 方案選擇 33 單元模塊設(shè)計(jì) 43.1 各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì) 43.1.1 密碼輸入模塊 43.1.2 密碼編碼模塊 53.1.3 密碼保存與處理模塊 53.1.4 密碼顯示模塊 53.1.5 密碼判斷模塊 63.1.6 結(jié)果顯示模塊 63.1.7 復(fù)位模塊 73.2 特殊器件的介紹 83.2.1 74LS147器件介紹 83.2.2 74HC573器件介紹 93.2.3 74HC240器件介紹 103.2.4 4511器件介紹 103.2.5 74150器件介紹 114 系統(tǒng)調(diào)試 134.1 調(diào)試環(huán)境 134.2 硬件調(diào)試 134.2.1 密碼保存與處理模塊的調(diào)試 134.2.2 密碼顯示模塊的調(diào)試 144.2.3 結(jié)果顯示模塊的調(diào)試 165 系統(tǒng)功能、元器件清單 185.1 系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的功能 185.2 元器件清單 186 結(jié)論 197 總結(jié)與體會(huì) 208 謝辭 219 參考文獻(xiàn) 22附錄 23·第23頁前言設(shè)計(jì)背景近年來，在校學(xué)生網(wǎng)上購物越來越頻繁，為快遞服務(wù)增加了一定的負(fù)擔(dān)，并且快遞的堆放，使取快遞所需時(shí)間變長。本設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)一種快遞存放平臺(tái)，使取快遞變得更方便快捷。設(shè)計(jì)目標(biāo)以指示燈代替窗口，用指示燈亮來代表窗口打開。實(shí)時(shí)顯示輸入的密碼。輸入完畢后自動(dòng)檢測(cè)密碼正誤，對(duì)應(yīng)指示燈亮。按下復(fù)位鍵后，返回初始狀態(tài)。實(shí)施計(jì)劃確定設(shè)計(jì)目標(biāo)，明確需求。著手搜集資料，明確設(shè)計(jì)流程，畫出設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。進(jìn)行方案論證，比較各模塊優(yōu)劣，選定模塊設(shè)計(jì)方案。經(jīng)行模塊設(shè)計(jì)，繪制原理圖，并對(duì)原理圖進(jìn)行仿真測(cè)試，調(diào)整模塊電路。完善設(shè)計(jì)報(bào)告書。必備條件電氣技術(shù)基礎(chǔ)課程知識(shí)儲(chǔ)備。各元器件電氣特性與各集成芯片功能及真值表。仿真環(huán)境（proteus）、原理圖的使用。

總體方案設(shè)計(jì)通過查閱大量相關(guān)技術(shù)資料，并結(jié)合自己的實(shí)際知識(shí)，提出了兩種技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。下面將首先對(duì)這兩種方案的組成框圖和實(shí)現(xiàn)原理分別進(jìn)行說明，并分析比較它們的特點(diǎn)，然后闡述最終選擇方案的原因。方案比較方案一方案一原理框圖如圖2.1所示。圖2.1方案一的原理框圖利用按鈕開關(guān)輸入密碼，再用鎖存器保存密碼，然后對(duì)密碼進(jìn)行編碼，顯示在數(shù)碼管上；利用數(shù)據(jù)選擇器判斷密碼正誤，點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)指示燈。復(fù)位鍵使整個(gè)系統(tǒng)返回初始狀態(tài)。方案二方案二原理框圖如圖2.2所示。圖2.2方案二的原理框圖利用按鈕開關(guān)輸入密碼，逐位判斷輸入密碼正誤，若正確則保存并顯示在數(shù)碼管上，當(dāng)所有密碼輸入完全并都正確后，對(duì)應(yīng)指示燈亮，中途若出現(xiàn)某位密碼輸入錯(cuò)誤，則對(duì)應(yīng)指示燈亮。方案論證方案一：此方案先使用鎖存器保存輸入的密碼，然后再對(duì)密碼進(jìn)行編碼，然后顯示在數(shù)碼管上，同時(shí)判斷正誤，最后得出結(jié)果。復(fù)位可中斷所有過程。該方案可行。優(yōu)點(diǎn)：對(duì)輸入的密碼進(jìn)行編碼，減少了判斷密碼正誤的難度；數(shù)碼管可以實(shí)時(shí)顯示輸入的密碼；復(fù)位擁有最高優(yōu)先級(jí)。缺點(diǎn)：由于需要保存密碼，會(huì)用到更多的集成芯片。方案二：此方案逐位判斷輸入密碼正誤，若正確則在數(shù)碼管上顯示，若錯(cuò)誤則用指示燈表示。所有密碼輸入完畢且都正確后對(duì)應(yīng)指示燈亮。復(fù)位可中斷所有過程。該方案可行。優(yōu)點(diǎn)：不用保存密碼，減少了使用的集成芯片；會(huì)在輸入錯(cuò)誤后提示；復(fù)位擁有最高優(yōu)先級(jí)。缺點(diǎn)：沒有先對(duì)輸入密碼進(jìn)行編碼，增大了判斷密碼正誤的難度；會(huì)實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前輸?shù)拿艽a正誤，安全性不夠高。方案選擇由于方案二會(huì)實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前輸入的密碼是否正確，所以安全性不夠高，因此選擇方案一。

單元模塊設(shè)計(jì)本節(jié)主要介紹系統(tǒng)各單元模塊的具體功能、電路結(jié)構(gòu)、工作原理、以及各個(gè)單元模塊之間的聯(lián)接關(guān)系；同時(shí)本節(jié)也會(huì)對(duì)相關(guān)電路中的參數(shù)計(jì)算、元器件選擇、以及核心器件進(jìn)行必要說明。各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要分為7個(gè)單元模塊，它們分別是：密碼輸入模塊、密碼編碼模塊、密碼保存模塊、密碼顯示模塊、密碼判斷模塊、結(jié)果顯示模塊和復(fù)位模塊。各單元模塊功能及相關(guān)電路的具體說明如下。密碼輸入模塊該模塊的作用是輸入密碼。編碼器輸入為低電平有效，因此在沒有輸入時(shí)，密碼輸入模塊輸出電平全部為高。電阻的作用是作為上拉電阻將輸出鉗位在高電平。按下一個(gè)按鈕后，對(duì)應(yīng)輸出位置輸出一個(gè)負(fù)脈沖。圖3.1密碼輸入模塊電路密碼編碼模塊該模塊的作用是利用74LS147將由按鈕開關(guān)輸入的負(fù)電平按照8421碼的反碼編碼成四位二進(jìn)制數(shù)。圖3.2密碼編碼模塊密碼保存與處理模塊該模塊的作用保存編碼后的密碼，并對(duì)密碼進(jìn)行處理。先使用八路輸出透明鎖存器74HC573將密碼保存。由于編碼后輸出的四位二進(jìn)制數(shù)為對(duì)應(yīng)數(shù)字的8421碼的反碼，而在判斷密碼和顯示的時(shí)候，需要用到的是8421碼，因此在這一步先使用八路輸出透明鎖存器74HC573將密碼保存，然后再使用雙線八路反相器，對(duì)保存的密碼求反，轉(zhuǎn)換成8421碼。圖3.3密碼保存與處理模塊密碼顯示模塊該模塊的作用是實(shí)時(shí)顯示輸入的密碼。用譯碼器4511翻譯輸入的8421碼來驅(qū)動(dòng)共陰極數(shù)碼管，使其顯示按下的按鈕所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。圖3.4密碼顯示模塊密碼判斷模塊該模塊的作用是判斷輸入的密碼是否正確。使用16選1數(shù)據(jù)選擇器74150，16位數(shù)據(jù)端口中，有且只有一位為高電平，其余為低電平，只有輸入的8421碼正確時(shí)，輸出端才為0，否則為1。密碼判斷模塊內(nèi)置兩個(gè)密碼：1414與5678。圖3.5密碼判斷模塊結(jié)果顯示模塊該模塊的作用是顯示輸入密碼后的結(jié)果。當(dāng)密碼正確時(shí)，74150輸出為低電平，四位74150的輸出作為四位或門4072的輸入，當(dāng)且僅當(dāng)4072的四位輸入都為低電平時(shí)，即輸入的四位密碼都正確時(shí)，4072輸出為低電平，再經(jīng)過非門，轉(zhuǎn)換成高電平，點(diǎn)亮額定電壓為5V的燈泡。燈L2亮表示輸入的密碼與第一組密碼相同；燈L1亮表示輸入的密碼與第二組密碼相同。四位密碼輸入完畢，且輸入的密碼既不等于第一組密碼又不等于第二組密碼時(shí)，燈L3亮（在四位密碼輸入完畢后Q為高電平）。圖3.6結(jié)果顯示模塊復(fù)位模塊該模塊的作用的是復(fù)位，以及控制密碼輸入后保存在第幾位，以及數(shù)碼管顯示到第幾位。用四個(gè)D鎖存器組成一個(gè)同步四位移位寄存器。SW0~SW9為密碼輸入模塊的輸出，當(dāng)有按鈕按下后，會(huì)在16位與非門74HC133輸出端產(chǎn)生一個(gè)正脈沖，出現(xiàn)上升沿，觸發(fā)器被觸發(fā)，由高電平變?yōu)榈碗娖剑规i存器第一個(gè)74HC573正常工作，然后鎖存，這樣就將輸入的密碼保存在了第一個(gè)鎖存器中。按下復(fù)位鍵后，都置為高電平，4個(gè)74HC573中保存的數(shù)據(jù)清空，并停止工作。圖3.7復(fù)位模塊特殊器件的介紹本系統(tǒng)中主要使用了如下一些功能器件：74LS147、74HC573、74HC240、4511、74150。下面就這些器件的功能特點(diǎn)、主要參數(shù)和使用方法作相應(yīng)說明。74LS147器件介紹74LS147是10線-4線制優(yōu)先編碼器，74LS147將9條數(shù)據(jù)線（1-9）進(jìn)行4線BCD編碼。1-9優(yōu)先級(jí)依次升高。其輸入為低電平有效，輸出也為低電平有效。當(dāng)1-9均為高電平時(shí)，編碼輸出（ABCD）為十進(jìn)制零，故不需要單設(shè)IN0輸入端。圖3.174LS147的引腳圖表3.174LS147的真值表輸入輸出123456789Q3Q2Q1Q0HHHHHHHHHHHHHXXXXXXXXLLHHLXXXXXXXLHLHHHXXXXXXLHHHLLLXXXXXLHHHHLLHXXXXLHHHHHLHLXXXLHHHHHHLHHXXLHHHHHHHHLLXLHHHHHHHHHLHLHHHHHHHHHHHL74HC573器件介紹74HC573是擁有八路輸出的透明鎖存器，輸出為三態(tài)門。為使能端，當(dāng)為高電平時(shí)，輸出為高阻態(tài)。當(dāng)為低電平時(shí)，鎖存器正常工作。LE為鎖定端，當(dāng)LE為高電平時(shí)，Q=D。當(dāng)LE為低電平時(shí)，鎖存器鎖存，Q=。圖3.274HC573的引腳圖表3.274HC573真值表使能鎖存輸入輸出LEDQLHHHLHLLLLXHXＸＺ74HC240器件介紹74HC240是雙線八路反相器，具有三臺(tái)輸出。為使能端，當(dāng)為高電平時(shí)，輸出為高阻態(tài)。當(dāng)為低電平時(shí)，Y=。圖3.374HC240的引腳圖表3.374HC240的真值表使能輸入輸出AYHXZLA4511器件介紹4511是一片CMOSBCD鎖存/7段譯碼/驅(qū)動(dòng)器，用于驅(qū)動(dòng)共陰極LED（數(shù)碼管）顯示器的BCD碼-七段碼譯碼器。為測(cè)試輸入端，為低電平時(shí)，譯碼輸出全為高電平。為消隱輸入端，為低電平時(shí)，譯碼輸出全為低電平。LE為鎖定段，LE為高電平時(shí)譯碼器處于鎖定（保持）狀態(tài)，譯碼輸出保持在LE為低電平時(shí)的數(shù)值，LE為低電平時(shí)為正常譯碼。圖3.44511的引腳圖表3.44511的真值表輸

入輸

出LEDCBAabcdefg顯示XXLXXXXHHHHHHH8XLHXXXXLLLLLLL消隱LHHLLLLHHHHHHL0LHHLLLHLHHLLLL1LHHLLHLHHLHHLH2LHHLLHHHHHHLLH3LHHLHLLLHHLLHH4LHHLHLHHLHHLHH5LHHLHHLLLHHHHH6LHHLHHHHHHLLLL7LHHHLLLHHHHHHH8LHHHLLHHHHLLHH9LHHHLHLLLLLLLL消隱LHHHLHHLLLLLLL消隱LHHHHLLLLLLLLL消隱LHHHHLHLLLLLLL消隱LHHHHHLLLLLLLL消隱LHHHHHHLLLLLL消隱HHHXXXX鎖

存鎖存74150器件介紹74150為16選1數(shù)據(jù)選擇器。它有三個(gè)地址輸入端A3，A2，A1，A0，可選擇X0~X15共16個(gè)數(shù)據(jù)源，只有一個(gè)反相輸出端。為使能端，為高電平時(shí)，輸出為高電平。為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)選擇器正常工作。圖3.574150的引腳圖表3.574150的真值表輸入輸出輸入輸出使能選擇使能選擇A3A2A1A0A3A2A1A0HXXXXHHXXXXHLLLLLLHLLLLLLLHLHLLHLLLHLLHLHLLLLHHLHLHHLLHLLLHHLLLLHLHLHHLHLLHHLLHHHLLLHHHLHHHH

系統(tǒng)調(diào)試本部分對(duì)密碼保存與處理模塊、密碼顯示模塊和結(jié)果顯示模塊進(jìn)行仿真與調(diào)試。調(diào)試環(huán)境在硬件電路的設(shè)計(jì)中，進(jìn)行仿真與調(diào)試是不可避免的。在仿真的過程中可以對(duì)所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行修改，排除部分錯(cuò)誤，避免了在實(shí)際操作中對(duì)元件的損耗。常用的仿真軟件有Proteus,Tina,AltiumDesigner等。本次設(shè)計(jì)采用的是Proteus.Proteus是一款世界上著名的仿真軟件，有原理圖繪制、硬件仿真、PCB繪制等功能。Proteus擁有豐富的元件庫，并且支持元件庫的升級(jí)和下載，幾乎涵蓋了本次設(shè)計(jì)中所需的元件。硬件調(diào)試密碼保存與處理模塊的調(diào)試將密碼保存與處理模塊的輸入與輸出分別接在兩個(gè)數(shù)字示波器上，以顯示輸入端SJ0~SJ3與輸出端W10~W13的關(guān)系。SW0~SW9為密碼輸入模塊的輸出，經(jīng)密碼編碼模塊處理后得到SJ0~SJ3作為密碼保存與處理模塊的輸入。圖4.1密碼保存與處理模塊的調(diào)試電路圖第一次按下按鈕開關(guān)后，輸入端對(duì)應(yīng)位置產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，同事鎖存器鎖存，輸出保持在這一次的狀態(tài)。圖4.2左側(cè)為輸入端SJ0~SJ3的電平，右側(cè)為輸出端W10~W13的電平。圖4.2第一次按下按鈕開關(guān)后輸入與輸出的電位第二次按下按鈕開關(guān)后，輸出端對(duì)應(yīng)位置產(chǎn)生負(fù)脈沖，但是鎖存器已經(jīng)鎖存，輸出的電平不變。圖4.3左側(cè)為輸入端SJ0~SJ3的電平，右側(cè)為輸出端W10~W13的電平。圖4.3第二次按下按鈕按鈕后輸入與輸出的電位密碼顯示模塊的調(diào)試密碼顯示模塊的調(diào)試，可以直接用數(shù)碼管觀測(cè)調(diào)試結(jié)果。SW0~SW9與為密碼編碼模塊的輸入，輸入的密碼經(jīng)編碼后作為密碼保存與處理模塊的輸出，四個(gè)密碼保存與處理模塊的輸出分別作為四個(gè)密碼顯示模塊的輸入。圖4.4密碼顯示模塊的調(diào)試電路圖在第一次按下按鈕開關(guān)后，輸入第一位數(shù)字，一號(hào)數(shù)碼管顯示對(duì)應(yīng)數(shù)字。圖4.5第一位數(shù)字輸入完畢后，數(shù)碼管顯示狀態(tài)在按下四次按鈕開關(guān)后，所有數(shù)字輸入完畢，所有數(shù)碼管顯示完畢，若再次按下數(shù)碼管，數(shù)碼管顯示數(shù)字不改變。圖4.6四位數(shù)字輸入完畢后，數(shù)碼管顯示狀態(tài)結(jié)果顯示模塊的調(diào)試密碼判斷模塊中，默認(rèn)兩個(gè)密碼：1414和5678，當(dāng)輸入的密碼為1414時(shí)，燈L2亮，當(dāng)輸入密碼為5678時(shí)，燈L1亮，當(dāng)輸入密碼既不是1414也不是5678時(shí)，燈L3亮。圖4.7密碼判斷模塊的調(diào)試電路圖當(dāng)輸入密碼為1414時(shí)：圖4.8輸入密碼為1414時(shí)當(dāng)輸入密碼為5678時(shí)：圖4.9當(dāng)輸入密碼為5678時(shí)當(dāng)輸入密碼既不為1414也不為5678時(shí)：圖4.10當(dāng)輸入密碼既不為1414也不為5678時(shí)

系統(tǒng)功能、元器件清單本節(jié)主要介紹系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的功能，元器件清單。系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的功能經(jīng)過電路的調(diào)試與仿真后，系統(tǒng)能正確實(shí)現(xiàn)輸入密碼的實(shí)時(shí)顯示，判斷密碼正誤，顯示結(jié)果以及復(fù)位。元器件清單表5-1元器件清單模塊元器件名稱型號(hào)數(shù)量密碼輸入模塊按鈕開關(guān)1016腳排阻10K1電阻10K2密碼編碼模塊編碼器74LS1471密碼保存與處理模塊鎖存器74HC5734反相器74HC2402密碼顯示模塊譯碼器45114共陰極數(shù)碼管4密碼判斷模塊數(shù)據(jù)選擇器741508結(jié)果顯示模塊或門40721非門74041與門74111復(fù)位模塊按鈕開關(guān)1與非門74HC1331D鎖存器74LS742

結(jié)論本設(shè)計(jì)利用了多鐘集成芯片設(shè)計(jì)了一個(gè)快遞存放柜。本設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)通過按鈕開關(guān)鍵入密碼、密碼判斷、密碼顯示、復(fù)位等功能，但是無法修改密碼，每一個(gè)窗口密碼固定，無法多次輸入錯(cuò)誤后報(bào)警。若要進(jìn)一步改進(jìn)本設(shè)計(jì)，應(yīng)該加入修改密碼與多次錯(cuò)誤后報(bào)警的功能