快遞存放柜的設(shè)計(jì)

1、成績(jī) 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(gòu)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(gòu)物，設(shè)計(jì)，密碼Abstract: Courier storag

2、e cupboard 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 th

3、e password. 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 cupboa

4、rd, Shopping online, 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83.2.174LS147器件介紹83.2.274HC573器件介紹93.2.374HC240器

5、件介紹103.2.44511器件介紹103.2.574150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23III1 前言1.1 設(shè)計(jì)背景近年來，在校學(xué)生網(wǎng)上購(gòu)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(zhǎng)。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。1.2 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

6、打開。（1） 實(shí)時(shí)顯示輸入的密碼。（2） 輸入完畢后自動(dòng)檢測(cè)密碼正誤，對(duì)應(yīng)指示燈亮。（3） 按下復(fù)位鍵后，返回初始狀態(tài)。1.3 實(shí)施計(jì)劃（1） 確定設(shè)計(jì)目標(biāo)，明確需求。（2） 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。（3） 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。（4） 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。（5） 完善設(shè)計(jì)報(bào)告書。1.4 必備條件（1） 電氣技術(shù)基礎(chǔ)課程知識(shí)儲(chǔ)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(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

7、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。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)。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(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)

8、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(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

9、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。2.3 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。3 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。3.1 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。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

10、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3.1.2 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(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74HC57

11、3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3.1.4 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(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3.1.6 結(jié)果顯示模塊該模塊的作用是顯示輸入密碼后的

12、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3.1.7 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。SW0SW9

13、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?，使鎖存器第一個(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(diǎn)、主要參數(shù)和使用方法作相應(yīng)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

14、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3.1 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

15、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3.2 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(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3.3 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

16、/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3.4 4511的引腳圖表3.4 4511的真值表輸        入輸        出LEDCBAabcdefg顯示XXLXXXXHHHHHHH8XLHXXXXLL

17、LLLLL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

18、3.2.5 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X0X15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3.5 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A3A2A1A0A3A2A1A0HXXXXHHXXXXHLLLLLLHLLLLLLLHLHLLHLLLHLLHLHLLLLHHLHLHHLLHLLLHHLLLLHLHLHHLHLLHHLLHHHLLLHHHLHHHH4 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

19、真與調(diào)試。4.1 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,Altium Designer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(kù)，并且支持元件庫(kù)的升級(jí)和下載，幾乎涵蓋了本次設(shè)計(jì)中所需的元件。4.2 硬件調(diào)試4.2.1 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SJ0SJ3與輸出端W10W13

20、的關(guān)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(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SJ0SJ3的電平，右側(cè)為輸出端W10W13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SJ0SJ3的電平，右側(cè)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(diào)試密碼顯示模

21、塊的調(diào)試，可以直接用數(shù)碼管觀測(cè)調(diào)試結(jié)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(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)4.2.3 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

22、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)5 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。5.1 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。5.2 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1

23、0K2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74LS7426 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。設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)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(shè)計(jì)中，使用了D鎖存器實(shí)現(xiàn)該功能。另一難點(diǎn)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(shí)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(shè)計(jì)中遇到了許多的麻煩，但是都一一解決，在這個(gè)過程沖，收獲良多。7 總結(jié)與體會(huì)通過這次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)習(xí)到了多鐘