快遞存放柜的設計

1、成績 課 程 設 計 說 明 書課程設計名稱：題 目：快遞存放柜的設計學 院：學 生 姓 名：專 業(yè)：電氣工程及其自動化學 號：指 導 教 師：日期：2016年 7 月 1日快遞存放柜的設計摘 要：快遞存放柜是一種方便易用的快遞存放平臺。在網(wǎng)上購物頻繁今天，快遞存放柜非常實用。本文介紹了一種簡易的快遞暫存柜的設計方案，實現(xiàn)了對應密碼打開對應窗口、密碼顯示的功能。系統(tǒng)通過按鈕開關輸入密碼，然后對密碼進行處理，與內置密碼比較。如果相同則打開對應窗口。若輸入密碼與內置密碼都不同，則指示燈亮。關鍵詞：快遞存放柜，網(wǎng)上購物，設計，密碼Abstract: Courier storage cupboard

2、is a convenient and easy forum to deposit courier. It is very useful in these days that shopping online is frequent. This article introduces a design scheme of simple courier storage cupboard which achieve the function that one-to-one password can open the one-to-one window and display the password.

3、 This system input password by button switch, then disposes the password and compares with the built-in password. If it is same, then open the one-to-one window, if the input password is difference from all of the built-in password, then the indicator light.Keywords：Courier storage cupboard, Shoppin

4、g online, Design, Password目 錄目 錄II1前言11.1設計背景11.2設計目標11.3實施計劃11.4必備條件12總體方案設計22.1方案比較2方案一2方案二22.2方案論證32.3方案選擇33單元模塊設計43.1各單元模塊功能介紹及電路設計4密碼輸入模塊4密碼編碼模塊5密碼保存與處理模塊5密碼顯示模塊5密碼判斷模塊6結果顯示模塊6復位模塊73.2特殊器件的介紹874LS147器件介紹874HC573器件介紹974HC240器件介紹104511器件介紹1074150器件介紹114系統(tǒng)調試134.1調試環(huán)境134.2硬件調試13密碼保存與處理模塊的調試13密碼顯示模塊

5、的調試14結果顯示模塊的調試165系統(tǒng)功能、元器件清單185.1系統(tǒng)能實現(xiàn)的功能185.2元器件清單186結論197總結與體會208謝辭219參考文獻22附錄231 前言1.1 設計背景近年來，在校學生網(wǎng)上購物越來越頻繁，為快遞服務增加了一定的負擔，并且快遞的堆放，使取快遞所需時間變長。本設計的目的是設計一種快遞存放平臺，使取快遞變得更方便快捷。1.2 設計目標以指示燈代替窗口，用指示燈亮來代表窗口打開。（1） 實時顯示輸入的密碼。（2） 輸入完畢后自動檢測密碼正誤，對應指示燈亮。（3） 按下復位鍵后，返回初始狀態(tài)。1.3 實施計劃（1） 確定設計目標，明確需求。（2） 著手搜集資料，明確設計

6、流程，畫出設計系統(tǒng)結構框圖。（3） 進行方案論證，比較各模塊優(yōu)劣，選定模塊設計方案。（4） 經(jīng)行模塊設計，繪制原理圖，并對原理圖進行仿真測試，調整模塊電路。（5） 完善設計報告書。1.4 必備條件（1） 電氣技術基礎課程知識儲備。（2） 各元器件電氣特性與各集成芯片功能及真值表。（3） 仿真環(huán)境（proteus）、原理圖的使用。2 總體方案設計通過查閱大量相關技術資料，并結合自己的實際知識，提出了兩種技術方案來實現(xiàn)系統(tǒng)功能。下面將首先對這兩種方案的組成框圖和實現(xiàn)原理分別進行說明，并分析比較它們的特點，然后闡述最終選擇方案的原因。2.1 方案比較2.1.1 方案一方案一原理框圖如圖2.1所示。圖

7、2.1 方案一的原理框圖利用按鈕開關輸入密碼，再用鎖存器保存密碼，然后對密碼進行編碼，顯示在數(shù)碼管上；利用數(shù)據(jù)選擇器判斷密碼正誤，點亮對應指示燈。復位鍵使整個系統(tǒng)返回初始狀態(tài)。2.1.2 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，當所有密碼輸入完全并都正確后，對應指示燈亮，中途若出現(xiàn)某位密碼輸入錯誤，則對應指示燈亮。2.2 方案論證方案一：此方案先使用鎖存器保存輸入的密碼，然后再對密碼進行編碼，然后顯示在數(shù)碼管上，同時判斷正誤，最后得出結果。復位可中斷所有過程。該方案可行。優(yōu)點：對輸入的密碼進行編碼，

8、減少了判斷密碼正誤的難度；數(shù)碼管可以實時顯示輸入的密碼；復位擁有最高優(yōu)先級。缺點：由于需要保存密碼，會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，若錯誤則用指示燈表示。所有密碼輸入完畢且都正確后對應指示燈亮。復位可中斷所有過程。該方案可行。優(yōu)點：不用保存密碼，減少了使用的集成芯片；會在輸入錯誤后提示；復位擁有最高優(yōu)先級。缺點：沒有先對輸入密碼進行編碼，增大了判斷密碼正誤的難度；會實時顯示當前輸?shù)拿艽a正誤，安全性不夠高。2.3 方案選擇由于方案二會實時顯示當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。3 單元模塊設計本節(jié)主要介紹系統(tǒng)各單元模塊的具體

9、功能、電路結構、工作原理、以及各個單元模塊之間的聯(lián)接關系；同時本節(jié)也會對相關電路中的參數(shù)計算、元器件選擇、以及核心器件進行必要說明。3.1 各單元模塊功能介紹及電路設計本系統(tǒng)主要分為7個單元模塊，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、結果顯示模塊和復位模塊。各單元模塊功能及相關電路的具體說明如下。3.1.1 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，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。按下一個按鈕后，對應輸出位置輸出一個負脈沖。圖3.1 密碼輸入模塊電路3.1.2 密碼編碼模塊

10、該模塊的作用是利用74LS147將由按鈕開關輸入的負電平按照8421碼的反碼編碼成四位二進制數(shù)。圖3.2 密碼編碼模塊3.1.3 密碼保存與處理模塊該模塊的作用保存編碼后的密碼，并對密碼進行處理。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制數(shù)為對應數(shù)字的8421碼的反碼，而在判斷密碼和顯示的時候，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，對保存的密碼求反，轉換成8421碼。圖3.3 密碼保存與處理模塊3.1.4 密碼顯示模塊該模塊的作用是實時顯示輸入的密碼。用譯碼器4511翻譯輸入的8421碼

11、來驅動共陰極數(shù)碼管，使其顯示按下的按鈕所對應的十進制數(shù)。圖3.4 密碼顯示模塊3.1.5 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，輸出端才為0，否則為1。密碼判斷模塊內置兩個密碼：1414與5678。圖3.5 密碼判斷模塊3.1.6 結果顯示模塊該模塊的作用是顯示輸入密碼后的結果。當密碼正確時，74150輸出為低電平，四位74150的輸出作為四位或門4072的輸入，當且僅當4072的四位輸入都為低電平時，即輸入的四位密碼都正確時，4072輸出為低電平，再經(jīng)過非門，轉換成

12、高電平，點亮額定電壓為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，燈L3亮（在四位密碼輸入完畢后Q為高電平）。圖3.6 結果顯示模塊3.1.7 復位模塊該模塊的作用的是復位，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D鎖存器組成一個同步四位移位寄存器。SW0SW9為密碼輸入模塊的輸出，當有按鈕按下后，會在16位與非門74HC133輸出端產(chǎn)生一個正脈沖，出現(xiàn)上升沿，觸發(fā)器被觸發(fā)，由高電平變?yōu)榈碗娖?，使鎖存器第一個74HC573正常工作，然后鎖存，這樣就將輸入的

13、密碼保存在了第一個鎖存器中。按下復位鍵后， EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 都置為高電平，4個74HC573中保存的數(shù)據(jù)清空，并停止工作。圖3.7 復位模塊3.2 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、主要參數(shù)和使用方法作相應說明。3.2.1 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）進行4線BCD編碼。1-9優(yōu)先級依次升高。其輸入為低電平有效，輸出也為低電平有效。當1-9均為高電平時，編碼輸出

14、（ABCD）為十進制零，故不需要單設IN0輸入端。圖3.1 74LS147的引腳圖表3.1 74LS147的真值表輸入輸出123456789Q3Q2Q1Q0HHHHHHHHHHHHHXXXXXXXXLLHHLXXXXXXXLHLHHHXXXXXXLHHHLLLXXXXXLHHHHLLHXXXXLHHHHHLHLXXXLHHHHHHLHHXXLHHHHHHHHLLXLHHHHHHHHHLHLHHHHHHHHHHHL3.2.2 74HC573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，當為高電平時，輸出為高阻態(tài)。當為低電平時，鎖存器正常工作。LE為鎖定端，當LE為高電

15、平時，Q=D。當LE為低電平時，鎖存器鎖存，Q=。圖3.2 74HC573的引腳圖表3.2 74HC573真值表使能鎖存輸入輸出LEDQLHHHLHLLLLXHX3.2.3 74HC240器件介紹74HC240是雙線八路反相器，具有三臺輸出。為使能端，當為高電平時，輸出為高阻態(tài)。當為低電平時，Y= 。圖3.3 74HC240的引腳圖表3.3 74HC240的真值表使能輸入輸出AYHXZLA3.2.4 4511器件介紹4511 是一片 CMOS BCD 鎖存/7 段譯碼/驅動器，用于驅動共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼-七段碼譯碼器。為測試輸入端，為低電平時，譯碼輸出全為高電平。為

16、消隱輸入端，為低電平時，譯碼輸出全為低電平。LE為鎖定段，LE為高電平時譯碼器處于鎖定（保持）狀態(tài)，譯碼輸出保持在LE為低電平時的數(shù)值，LE為低電平時為正常譯碼。圖3.4 4511的引腳圖表3.4 4511的真值表輸 入輸 出LEDCBAabcdefg顯示XXLXXXXHHHHHHH8XLHXXXXLLLLLLL消隱LHHLLLLHHHHHHL0LHHLLLHLHHLLLL1LHHLLHLHHLHHLH2LHHLLHHHHHHLLH3LHHLHLLLHHLLHH4LHHLHLHHLHHLHH5LHHLHHLLLHHHHH6LHHLHHHHHHLLLL7LHHHLLLHHHHHHH8LHHHLL

17、HHHHLLHH9LHHHLHLLLLLLLL消隱LHHHLHHLLLLLLL消隱LHHHHLLLLLLLLL消隱LHHHHLHLLLLLLL消隱LHHHHHLLLLLLLL消隱LHHHHHHLLLLLL消隱HHHXXXX鎖 存鎖存3.2.5 74150器件介紹74150為16選1數(shù)據(jù)選擇器。它有三個地址輸入端A3，A2，A1，A0，可選擇X0X15共16個數(shù)據(jù)源，只有一個反相輸出端。為使能端，為高電平時，輸出為高電平。為低電平時，數(shù)據(jù)選擇器正常工作。圖3.5 74150的引腳圖表3.5 74150的真值表輸入輸出輸入輸出使能選擇使能選擇A3A2A1A0A3A2A1A0HXXXXHHXXXXH

18、LLLLLLHLLLLLLLHLHLLHLLLHLLHLHLLLLHHLHLHHLLHLLLHHLLLLHLHLHHLHLLHHLLHHHLLLHHHLHHHH4 系統(tǒng)調試本部分對密碼保存與處理模塊、密碼顯示模塊和結果顯示模塊進行仿真與調試。4.1 調試環(huán)境在硬件電路的設計中，進行仿真與調試是不可避免的。在仿真的過程中可以對所設計的電路進行修改，排除部分錯誤，避免了在實際操作中對元件的損耗。常用的仿真軟件有Proteus,Tina,Altium Designer等。本次設計采用的是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

19、擁有豐富的元件庫，并且支持元件庫的升級和下載，幾乎涵蓋了本次設計中所需的元件。4.2 硬件調試4.2.1 密碼保存與處理模塊的調試將密碼保存與處理模塊的輸入與輸出分別接在兩個數(shù)字示波器上，以顯示輸入端SJ0SJ3與輸出端W10W13的關系。SW0SW9為密碼輸入模塊的輸出，經(jīng)密碼編碼模塊處理后得到SJ0SJ3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試電路圖第一次按下按鈕開關后，輸入端對應位置產(chǎn)生一個負脈沖，同事鎖存器鎖存，輸出保持在這一次的狀態(tài)。圖4.2左側為輸入端SJ0SJ3的電平，右側為輸出端W10W13的電平。圖4.2 第一次按下按鈕開關后輸入與輸出的電位第二次按下

20、按鈕開關后，輸出端對應位置產(chǎn)生負脈沖，但是鎖存器已經(jīng)鎖存，輸出的電平不變。圖4.3左側為輸入端SJ0SJ3的電平，右側為輸出端W10W13的電平。圖4.3 第二次按下按鈕按鈕后輸入與輸出的電位4.2.2 密碼顯示模塊的調試密碼顯示模塊的調試，可以直接用數(shù)碼管觀測調試結果。SW0SW9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，四個密碼保存與處理模塊的輸出分別作為四個密碼顯示模塊的輸入。圖4.4 密碼顯示模塊的調試電路圖在第一次按下按鈕開關后，輸入第一位數(shù)字，一號數(shù)碼管顯示對應數(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后，所有數(shù)字輸入完畢，

21、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)4.2.3 結果顯示模塊的調試密碼判斷模塊中，默認兩個密碼：1414和5678，當輸入的密碼為1414時，燈L2亮，當輸入密碼為5678時，燈L1亮，當輸入密碼既不是1414也不是5678時，燈L3亮。圖4.7 密碼判斷模塊的調試電路圖當輸入密碼為1414時：圖4.8 輸入密碼為1414時當輸入密碼為5678時：圖4.9 當輸入密碼為5678時當輸入密碼既不為1414也不為5678時：圖4.10 當輸入密碼既不為1414也不為5678時5 系統(tǒng)功能、元器件清單本節(jié)主要介紹系統(tǒng)能實現(xiàn)的功能，元

22、器件清單。5.1 系統(tǒng)能實現(xiàn)的功能經(jīng)過電路的調試與仿真后，系統(tǒng)能正確實現(xiàn)輸入密碼的實時顯示，判斷密碼正誤，顯示結果以及復位。5.2 元器件清單表5-1 元器件清單模塊元器件名稱型號數(shù)量密碼輸入模塊按鈕開關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結果顯示模塊或門40721非門74041與門74111復位模塊按鈕開關1與非門74HC1331D鎖存器74LS7426 結論本設計利用了多鐘集成芯片設計了一個快遞存放柜。本設計能實現(xiàn)通過按鈕開關鍵入密碼、密碼判斷、密碼顯示、復位等功能，但是無法修改密碼，每一個窗口密碼固定，無法多次輸入錯誤后報警。若要進一步改進本設計，應該加入修改密碼與多次錯誤后報警的功能。設計中的難點之一是如何將四次按鍵輸入的密碼保存在不同的鎖存器74HC573中，在本設計中，使用了D鎖存器實現(xiàn)該功能。另一難點是Proteus的使用，由于以前未接觸過Proteus或類似仿真軟件，所以使用的時候遇到了較多麻煩，但最后都通過網(wǎng)上查找或詢問他人的方式一一克服。雖然在這次設計中遇到了許多的麻煩，但是都一一解決，在這個過程沖，收獲良多。7 總結與體會通過這次課程設計，我學習到了多鐘集成芯片的使用