快递存放柜的设计

成绩成绩课程设计说明书课程设计名称：题目：快递存放柜的设计学院：学生姓名：专业：电气工程及其自动化学号：指导教师：日期：2016年7月1日西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书PAGEIII快递存放柜的设计摘要：快递存放柜是一种方便易用的快递存放平台。在网上购物频繁今天，快递存放柜非常实用。本文介绍了一种简易的快递暂存柜的设计方案，实现了对应密码打开对应窗口、密码显示的功能。系统通过按钮开关输入密码，然后对密码进行处理，与内置密码比较。如果相同则打开对应窗口。若输入密码与内置密码都不同，则指示灯亮。关键词：快递存放柜，网上购物，设计，密码Abstract:Courierstoragecupboardisaconvenientandeasyforumtodepositcourier.Itisveryusefulinthesedaysthatshoppingonlineisfrequent.Thisarticleintroducesadesignschemeofsimplecourierstoragecupboardwhichachievethefunctionthatone-to-onepasswordcanopentheone-to-onewindowanddisplaythepassword.Thissysteminputpasswordbybuttonswitch,thendisposesthepasswordandcompareswiththebuilt-inpassword.Ifitissame,thenopentheone-to-onewindow,iftheinputpasswordisdifferencefromallofthebuilt-inpassword,thentheindicatorlight.Keywords：Courierstoragecupboard,Shoppingonline,Design,Password目录目录 II1 前言 11.1 设计背景 11.2 设计目标 11.3 实施计划 11.4 必备条件 12 总体方案设计 22.1 方案比较 22.1.1 方案一 22.1.2 方案二 22.2 方案论证 32.3 方案选择 33 单元模块设计 43.1 各单元模块功能介绍及电路设计 43.1.1 密码输入模块 43.1.2 密码编码模块 53.1.3 密码保存与处理模块 53.1.4 密码显示模块 53.1.5 密码判断模块 63.1.6 结果显示模块 63.1.7 复位模块 73.2 特殊器件的介绍 83.2.1 74LS147器件介绍 83.2.2 74HC573器件介绍 93.2.3 74HC240器件介绍 103.2.4 4511器件介绍 103.2.5 74150器件介绍 114 系统调试 134.1 调试环境 134.2 硬件调试 134.2.1 密码保存与处理模块的调试 134.2.2 密码显示模块的调试 144.2.3 结果显示模块的调试 165 系统功能、元器件清单 185.1 系统能实现的功能 185.2 元器件清单 186 结论 197 总结与体会 208 谢辞 219 参考文献 22附录 23·第23页前言设计背景近年来，在校学生网上购物越来越频繁，为快递服务增加了一定的负担，并且快递的堆放，使取快递所需时间变长。本设计的目的是设计一种快递存放平台，使取快递变得更方便快捷。设计目标以指示灯代替窗口，用指示灯亮来代表窗口打开。实时显示输入的密码。输入完毕后自动检测密码正误，对应指示灯亮。按下复位键后，返回初始状态。实施计划确定设计目标，明确需求。着手搜集资料，明确设计流程，画出设计系统结构框图。进行方案论证，比较各模块优劣，选定模块设计方案。经行模块设计，绘制原理图，并对原理图进行仿真测试，调整模块电路。完善设计报告书。必备条件电气技术基础课程知识储备。各元器件电气特性与各集成芯片功能及真值表。仿真环境（proteus）、原理图的使用。

总体方案设计通过查阅大量相关技术资料，并结合自己的实际知识，提出了两种技术方案来实现系统功能。下面将首先对这两种方案的组成框图和实现原理分别进行说明，并分析比较它们的特点，然后阐述最终选择方案的原因。方案比较方案一方案一原理框图如图2.1所示。图2.1方案一的原理框图利用按钮开关输入密码，再用锁存器保存密码，然后对密码进行编码，显示在数码管上；利用数据选择器判断密码正误，点亮对应指示灯。复位键使整个系统返回初始状态。方案二方案二原理框图如图2.2所示。图2.2方案二的原理框图利用按钮开关输入密码，逐位判断输入密码正误，若正确则保存并显示在数码管上，当所有密码输入完全并都正确后，对应指示灯亮，中途若出现某位密码输入错误，则对应指示灯亮。方案论证方案一：此方案先使用锁存器保存输入的密码，然后再对密码进行编码，然后显示在数码管上，同时判断正误，最后得出结果。复位可中断所有过程。该方案可行。优点：对输入的密码进行编码，减少了判断密码正误的难度；数码管可以实时显示输入的密码；复位拥有最高优先级。缺点：由于需要保存密码，会用到更多的集成芯片。方案二：此方案逐位判断输入密码正误，若正确则在数码管上显示，若错误则用指示灯表示。所有密码输入完毕且都正确后对应指示灯亮。复位可中断所有过程。该方案可行。优点：不用保存密码，减少了使用的集成芯片；会在输入错误后提示；复位拥有最高优先级。缺点：没有先对输入密码进行编码，增大了判断密码正误的难度；会实时显示当前输的密码正误，安全性不够高。方案选择由于方案二会实时显示当前输入的密码是否正确，所以安全性不够高，因此选择方案一。

单元模块设计本节主要介绍系统各单元模块的具体功能、电路结构、工作原理、以及各个单元模块之间的联接关系；同时本节也会对相关电路中的参数计算、元器件选择、以及核心器件进行必要说明。各单元模块功能介绍及电路设计本系统主要分为7个单元模块，它们分别是：密码输入模块、密码编码模块、密码保存模块、密码显示模块、密码判断模块、结果显示模块和复位模块。各单元模块功能及相关电路的具体说明如下。密码输入模块该模块的作用是输入密码。编码器输入为低电平有效，因此在没有输入时，密码输入模块输出电平全部为高。电阻的作用是作为上拉电阻将输出钳位在高电平。按下一个按钮后，对应输出位置输出一个负脉冲。图3.1密码输入模块电路密码编码模块该模块的作用是利用74LS147将由按钮开关输入的负电平按照8421码的反码编码成四位二进制数。图3.2密码编码模块密码保存与处理模块该模块的作用保存编码后的密码，并对密码进行处理。先使用八路输出透明锁存器74HC573将密码保存。由于编码后输出的四位二进制数为对应数字的8421码的反码，而在判断密码和显示的时候，需要用到的是8421码，因此在这一步先使用八路输出透明锁存器74HC573将密码保存，然后再使用双线八路反相器，对保存的密码求反，转换成8421码。图3.3密码保存与处理模块密码显示模块该模块的作用是实时显示输入的密码。用译码器4511翻译输入的8421码来驱动共阴极数码管，使其显示按下的按钮所对应的十进制数。图3.4密码显示模块密码判断模块该模块的作用是判断输入的密码是否正确。使用16选1数据选择器74150，16位数据端口中，有且只有一位为高电平，其余为低电平，只有输入的8421码正确时，输出端才为0，否则为1。密码判断模块内置两个密码：1414与5678。图3.5密码判断模块结果显示模块该模块的作用是显示输入密码后的结果。当密码正确时，74150输出为低电平，四位74150的输出作为四位或门4072的输入，当且仅当4072的四位输入都为低电平时，即输入的四位密码都正确时，4072输出为低电平，再经过非门，转换成高电平，点亮额定电压为5V的灯泡。灯L2亮表示输入的密码与第一组密码相同；灯L1亮表示输入的密码与第二组密码相同。四位密码输入完毕，且输入的密码既不等于第一组密码又不等于第二组密码时，灯L3亮（在四位密码输入完毕后Q为高电平）。图3.6结果显示模块复位模块该模块的作用的是复位，以及控制密码输入后保存在第几位，以及数码管显示到第几位。用四个D锁存器组成一个同步四位移位寄存器。SW0~SW9为密码输入模块的输出，当有按钮按下后，会在16位与非门74HC133输出端产生一个正脉冲，出现上升沿，触发器被触发，由高电平变为低电平，使锁存器第一个74HC573正常工作，然后锁存，这样就将输入的密码保存在了第一个锁存器中。按下复位键后，都置为高电平，4个74HC573中保存的数据清空，并停止工作。图3.7复位模块特殊器件的介绍本系统中主要使用了如下一些功能器件：74LS147、74HC573、74HC240、4511、74150。下面就这些器件的功能特点、主要参数和使用方法作相应说明。74LS147器件介绍74LS147是10线-4线制优先编码器，74LS147将9条数据线（1-9）进行4线BCD编码。1-9优先级依次升高。其输入为低电平有效，输出也为低电平有效。当1-9均为高电平时，编码输出（ABCD）为十进制零，故不需要单设IN0输入端。图3.174LS147的引脚图表3.174LS147的真值表输入输出123456789Q3Q2Q1Q0HHHHHHHHHHHHHXXXXXXXXLLHHLXXXXXXXLHLHHHXXXXXXLHHHLLLXXXXXLHHHHLLHXXXXLHHHHHLHLXXXLHHHHHHLHHXXLHHHHHHHHLLXLHHHHHHHHHLHLHHHHHHHHHHHL74HC573器件介绍74HC573是拥有八路输出的透明锁存器，输出为三态门。为使能端，当为高电平时，输出为高阻态。当为低电平时，锁存器正常工作。LE为锁定端，当LE为高电平时，Q=D。当LE为低电平时，锁存器锁存，Q=。图3.274HC573的引脚图表3.274HC573真值表使能锁存输入输出LEDQLHHHLHLLLLXHXＸＺ74HC240器件介绍74HC240是双线八路反相器，具有三台输出。为使能端，当为高电平时，输出为高阻态。当为低电平时，Y=。图3.374HC240的引脚图表3.374HC240的真值表使能输入输出AYHXZLA4511器件介绍4511是一片CMOSBCD锁存/7段译码/驱动器，用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码-七段码译码器。为测试输入端，为低电平时，译码输出全为高电平。为消隐输入端，为低电平时，译码输出全为低电平。LE为锁定段，LE为高电平时译码器处于锁定（保持）状态，译码输出保持在LE为低电平时的数值，LE为低电平时为正常译码。图3.44511的引脚图表3.44511的真值表输

入输

出LEDCBAabcdefg显示XXLXXXXHHHHHHH8XLHXXXXLLLLLLL消隐LHHLLLLHHHHHHL0LHHLLLHLHHLLLL1LHHLLHLHHLHHLH2LHHLLHHHHHHLLH3LHHLHLLLHHLLHH4LHHLHLHHLHHLHH5LHHLHHLLLHHHHH6LHHLHHHHHHLLLL7LHHHLLLHHHHHHH8LHHHLLHHHHLLHH9LHHHLHLLLLLLLL消隐LHHHLHHLLLLLLL消隐LHHHHLLLLLLLLL消隐LHHHHLHLLLLLLL消隐LHHHHHLLLLLLLL消隐LHHHHHHLLLLLL消隐HHHXXXX锁

存锁存74150器件介绍74150为16选1数据选择器。它有三个地址输入端A3，A2，A1，A0，可选择X0~X15共16个数据源，只有一个反相输出端。为使能端，为高电平时，输出为高电平。为低电平时，数据选择器正常工作。图3.574150的引脚图表3.574150的真值表输入输出输入输出使能选择使能选择A3A2A1A0A3A2A1A0HXXXXHHXXXXHLLLLLLHLLLLLLLHLHLLHLLLHLLHLHLLLLHHLHLHHLLHLLLHHLLLLHLHLHHLHLLHHLLHHHLLLHHHLHHHH

系统调试本部分对密码保存与处理模块、密码显示模块和结果显示模块进行仿真与调试。调试环境在硬件电路的设计中，进行仿真与调试是不可避免的。在仿真的过程中可以对所设计的电路进行修改，排除部分错误，避免了在实际操作中对元件的损耗。常用的仿真软件有Proteus,Tina,AltiumDesigner等。本次设计采用的是Proteus.Proteus是一款世界上著名的仿真软件，有原理图绘制、硬件仿真、PCB绘制等功能。Proteus拥有丰富的元件库，并且支持元件库的升级和下载，几乎涵盖了本次设计中所需的元件。硬件调试密码保存与处理模块的调试将密码保存与处理模块的输入与输出分别接在两个数字示波器上，以显示输入端SJ0~SJ3与输出端W10~W13的关系。SW0~SW9为密码输入模块的输出，经密码编码模块处理后得到SJ0~SJ3作为密码保存与处理模块的输入。图4.1密码保存与处理模块的调试电路图第一次按下按钮开关后，输入端对应位置产生一个负脉冲，同事锁存器锁存，输出保持在这一次的状态。图4.2左侧为输入端SJ0~SJ3的电平，右侧为输出端W10~W13的电平。图4.2第一次按下按钮开关后输入与输出的电位第二次按下按钮开关后，输出端对应位置产生负脉冲，但是锁存器已经锁存，输出的电平不变。图4.3左侧为输入端SJ0~SJ3的电平，右侧为输出端W10~W13的电平。图4.3第二次按下按钮按钮后输入与输出的电位密码显示模块的调试密码显示模块的调试，可以直接用数码管观测调试结果。SW0~SW9与为密码编码模块的输入，输入的密码经编码后作为密码保存与处理模块的输出，四个密码保存与处理模块的输出分别作为四个密码显示模块的输入。图4.4密码显示模块的调试电路图在第一次按下按钮开关后，输入第一位数字，一号数码管显示对应数字。图4.5第一位数字输入完毕后，数码管显示状态在按下四次按钮开关后，所有数字输入完毕，所有数码管显示完毕，若再次按下数码管，数码管显示数字不改变。图4.6四位数字输入完毕后，数码管显示状态结果显示模块的调试密码判断模块中，默认两个密码：1414和5678，当输入的密码为1414时，灯L2亮，当输入密码为5678时，灯L1亮，当输入密码既不是1414也不是5678时，灯L3亮。图4.7密码判断模块的调试电路图当输入密码为1414时：图4.8输入密码为1414时当输入密码为5678时：图4.9当输入密码为5678时当输入密码既不为1414也不为5678时：图4.10当输入密码既不为1414也不为5678时

系统功能、元器件清单本节主要介绍系统能实现的功能，元器件清单。系统能实现的功能经过电路的调试与仿真后，系统能正确实现输入密码的实时显示，判断密码正误，显示结果以及复位。元器件清单表5-1元器件清单模块元器件名称型号数量密码输入模块按钮开关1016脚排阻10K1电阻10K2密码编码模块编码器74LS1471密码保存与处理模块锁存器74HC5734反相器74HC2402密码显示模块译码器45114共阴极数码管4密码判断模块数据选择器741508结果显示模块或门40721非门74041与门74111复位模块按钮开关1与非门74HC1331D锁存器74LS742

结论本设计利用了多钟集成芯片设计了一个快递存放柜。本设计能实现通过按钮开关键入密码、密码判断、密码显示、复位等功能，但是无法修改密码，每一个窗口密码固定，无法多次输入错误后报警。若要进一步改进本设计，应该加入修改密码与多次错误后报警的功能