温度超温声光报警及数码显示控制系统Word格式文档下载.docx
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CD4511对CD40192输出的BCD码进行编译，再输出编码后的信号，通过数码管显示编码后的信号。
关键词：
电源、主功能控制、数码管显示、CD40192、CD4017、CD4511。
目录
第一章工程训练的目的与要求……………………………………1
1.1目的………………………………………………………………………1
1.2要求………………………………………………………………………1
第二章方案选择与确定……………………………………………2
2.1方案的选择……………………………………………………2
2.2方案的确定……………………………………………………2
第三章温控报警系统的原理与设计………………………………3
3.1电源模块………………………………………………………3
3.2超温报警及晚上不作业模块……………………………………3
3.3蜂鸣器声音报警及LED发光二极管X字形闪烁报警模块……………4
3.4故障次数计数显示模块…………………………………………………5
第四章系统调试……………………………………………………7
4.1系统调试的过程………………………………………………7
4.2调试结果………………………………………………………7
第五章总结…………………………………………………………8
参考文献………………………………………………………………9
附件……………………………………………………………………10
原理图……………………………………………………………10
PCB图………………………………………………………………11
芯片资料……………………………………………………………12
第一章工程训练的目的与要求
1.1目的
1．理解工程实训与其他课程的不同（我们要更好的运用课堂上的相关知识，并且应用解决实际问题。
）。
2．加强学生的实践动手能力和独立完成能力。
3．通过日照环境下物体表面温度超温声光报警及数码显示控制系统，学习数字芯片的结构、工作原理、使用方法。
4．了解电路理论的实际应用，熟悉仪表的组装、调试，提高专业技能。
5．培养学生的动手能力，独立思考，遇到问题时能够独立解决。
1.2要求
1.白天有光照环境下，物件表面温度超过一定温度值，可灵敏稳定进行蜂鸣器声音报警及LED发光二极管X字形闪烁报警，同时可对超温故障次数进行计数，并通过LED数码管清晰、稳定显示，晚上无光照环境下，因物件不作业，即使物件表面温度超过一定温度值，也无需进行任何声光报警和超温故障次数计数显示。
2.可设定报警温度值。
3.可设定声音急促度和LED发光二极管X字形闪烁快慢程度。
4.电路板设计标准、完全。
5.元器件安装规范，焊接到位，外观优美。
第二章方案选择与确定
2.1方案的选择
物体表面温度超温报警，采用热敏电阻控制。
热敏电阻器是敏感元件的一类，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器（PTC）和负温度系数热敏电阻器（NTC）。
热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。
正温度系数热敏电阻器（PTC）在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器（NTC）在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件。
负热敏电阻特性：
随着温度的增加，热敏电阻的电阻阻降低。
报警温度的设定可以采用分压模式，热敏电阻串联一个电阻来控制报警温度。
LED发光二极管X字形闪烁报警，采用CD4017来控制。
CD4017是一个十进制的计数芯片。
它有十个引脚轮流输出脉冲。
可以对LED发光二极管进行X型闪烁报警。
超温故障次数进行计数及LED数码管清晰、稳定显示。
CD40192是同步十进制可逆计数器，具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能。
CD4511是BCD锁存/7段译码器/驱动器，常用的显示译码器件，MAX7219和他功能差不多。
CD4511的里面有上拉电阻，可直接或者接一个电阻与七段数码管接口。
CD4511是一个用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码—七段码译码器，特点：
具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。
可直接驱动LED显示器。
晚上无光照环境下，报警系统不作业。
光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；
入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。
光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。
这些材料在特定波长的光照射下，产生载流子参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。
2.2方案的确定
本系统主要是由热敏电阻、光明电阻、CD4017、CD40192、CD4511、CD4011、LM358、NE556等组成。
热敏电阻和光明电阻作为控制信号，经过LM358放大器进行放大。
再经过CD4011对两个信号进行与非的变换来到达晚上无光照环境下，系统不作业此功能。
用CD40192进行超温报警次数的计数，在经过CD4511驱动共阴极LED（数码管）显示器进行超温报警次数的显示。
用NE556做成一个振荡器，来控制蜂鸣器声音报警的急促及LED发光二极管X字形闪烁报警的快慢。
CD40192来控制LED发光二极管X字形闪烁报警。
第三章温控报警系统的原理与设计
3.1电源模块
工频交流电源经过变压器降压、整流、滤波后成为一稳定的直流电。
其余部分是起电压调节，实现稳压作用的控制部分。
电源接上负载后，通过采样电路获得输出电压，将此输出电压和基准电压进行比较。
如果输出电压小于基准电压，则将误差值经过放大电路放大后送入调节器的输入端，通过调节器调节使输出电压增加，直到和基准值相等;
如果输出电压大于基准电压，则通过调节器使输出减小。
经过桥式整流、电容滤波、LM358稳压。
此可调稳压电源的调节范围2～17V。
本电源有开关按键控制电源的输出和电源指示灯。
电路图：
3.2超温报警及晚上不作业模块
热敏电阻和光敏电阻分别通过LM358的两个运算放大器进行比较，在经过CD4011进行与非来控制晚上不工作。
通过调节电位器的阻值大小改变运算放大器的比较电压，从而改变温度报警的温度大小。
白天：
热敏电阻随着温度的增加，增加到一定的温度时经过运算放大器输出高电平；
光敏电阻白天电阻极小，经过运算放大器的放大输出高电平；
经过两个与非门来控制蜂鸣器声音报警及LED发光二极管X字形闪烁报警。
经过四个与非们来控制超温故障次数进行计数，并通过LED数码管清晰、稳定显示。
晚上：
光敏电阻无光时电阻阻值到达很大，经过运算放大器比较输出低电平。
此时不管温度多高，振荡器不工作蜂鸣器声音报警及LED发光二极管X字形闪烁报警都不进行报警。
超温故障次数计数器不进行计数。
3.3蜂鸣器声音报警及LED发光二极管X字形闪烁报警模块
NE556双定时器电路是高稳定控制器，能产生精确时间延迟或振荡，NE556含两个NE555，对定时功能用一只外接电阻和电容，两个定时器共用一电源和地，相互独立工作。
该电路能在下降波形触发与复位。
输出端可吸收或供给200mA电流。
用NE556做成一个振荡器，作为信号来控制蜂鸣器声音报警及LED发光二极管X字形闪烁报警。
通过调节电位器来改变振荡器的频率从而改变蜂鸣器声音报警的急促及LED发光二极管X字形闪烁报警的快慢。
CD4017：
十进制计数器/脉冲分配器
CD4017是5位Johnson计数器，具有10个译码输出端，CP、CR、INH输入端。
时钟输cd4017入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。
INH为低电平时，计数器在时钟上升沿计数；
反之，计数功能无效。
CR为高电平时，计数器清零。
Johnson计数器，提供了快速操作、2输入译码选通和无毛刺译码输出。
防锁选通，保证了正确的计数顺序。
译码输出一般为低电平，只有在对应时钟周期内保持高电平。
在每10个时钟输入周期CO信号完成一次进位，并用作多级计数链的下级脉动时钟。
通过CD4017来控制LED发光二极管X字形闪烁报警，NE556控制蜂鸣器声音报警。
3.4故障次数计数显示模块
当清除端CR为高电平“1”时，计数器直接清零；
CR置低电平则执行其他功能。
当CR为低电平，置数端也为低电平时，数据直接从置数端J1、J2、J3、J4置入计数器。
通过CD40192进行计数并通过CD4511驱动共阴极LED（数码管）显示器。
实际电路图如下：
故障次数计数显示模块电路图：
根据以上模块电路图设计，得到整个温度超温声光报警及数码显示控制系统原理图
第四章系统调试
4.1系统调试的过程
1.对温度超温声光报警及数码显示控制系统等模块进行测试，检查其是否能够正常进行。
2.通过原理图再次检查连接是否正常，根据已画电路图将电路连接好。
3.调节各个模块，使功能能够实现最好。
4.2调试结果
1.通过调节与热敏电阻并联的电位器能够很好是实现温度值的设定。
2.通过调节振荡器的电位器系统能够很好的调节蜂鸣器声音报警的急促及LED发光二极管X字形闪烁报警的快慢。
3.显示模块能够实现复位功能。
4.晚上不作业功能很好。
本系统能很好的完成以下功能：
（1）、白天有光照环境下，物件表面温度超过一定温度值，可灵敏稳定进行蜂鸣器声音报警及LED发光二极管X字形闪烁报警，同时可对超温故障次数进行计数，并通过LED数码管清晰、稳定显示，晚上无光照环境下，因物件不作业，即使物件表面温度超过一定温度值，也无需进行任何声光报警和超温故障次数计数显示；
（2）可设定报警温度值；
（3）可设定声音急促度和LED发光二极管X字形闪烁快慢程度；
第五章结束语
经过两周的工程训练，让我知道了直流稳压电源的设计与制作的各个步骤以及其中的细节，也让我掌握了不少在以后工作学习中需要的基本技能以及解决问题的思路和方法，以及数字芯片的结构与功能。
加强我多模拟电路和数字电路的理解。
同时我们在这次工程训练中还学到了一个更为重要的知识点，AltiumDesigner和Protel软件的使用以及PCB板的制作。
我们是以此次工程训练日照环境下物体表面温度超温声光报警及数码显示控制系统的原理图为实例来学习这两个软件的，目前我们能够使用Proteus进行原理图绘制与仿真，并且也在该软件中仿真出了实验结果。
同时也是以该实例学习了AltiumDesigner软件的使用，能够用该软件进行原理图的绘制，实物封装的制作，以及由原理图导成PCB图等。
这两个软件可是在电子领域享有名气的EDA软件，它们可以设计几乎所有的电路，以及对这些电路图进行调试和仿真，生成PCB图等等。
而它们的功能超级强大，是两个不错的软件，也是电子领域人员必须会熟练使用的两个软件。
我们这次学习这两个软件为我们以后不管是学习还是工程训练或是做产品都打下了良好的基础，所以这也是我们此次工程训练的一大收获。
另外此次工程训练让我们学到更多书本上没有的知识。
如在这次工程训练中我们也亲自动手制作了这电源，亲自实践制作了这个电源的PCB板的全过程。
也激发我们对于实践操作的兴趣！
但这次的工程训练也让我们知道书本知识是远远不够的，我们必须具备一定的自学能力。
电子行业知识更新换代是很快的，这就要求我们有更多更丰富的知识，所以我们不仅要掌握好书本知识，也要对其他资料的知识进行了解。
总的来说，这次工程训练——分日照环境下物体表面温度超温声光报警及数码显示控制系统的制作让我们学到了很多东西，不仅让我们对知识理解加深，也加强了我们的动手能力，提高了我们理解能力；
也学会了电子领域及其重要的两个软件，为我们后续课程及实训打下了良好的基础，更重要的是此次工程训练还让我们体会到学习的方法及实践动手能力的重要性，也培养了我们整个制作的兴趣！
参考文献（References）：
[1]王港元电子设计制作基础。
[2]参考网站：
电子爱好者：
[3]BrianMiller．Amultiplemodulatorfractionldivider[J]．XX文库
附件
原理图：
PCB图：
芯片资料
CD40192资料
CD40192是同步十进制可逆计数器，具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号，如图所示。
CD40192（同CC4019274LS192）的功能见表，说明如下：
当CR为低电平，置数端也为低电平时，数据直接从置数端D3、D2、D1、D0置入计数器。
CD40192引脚排列图及逻辑符号
引脚功能：
图中：
LD（11脚）—置数端CU（5脚）—加计数端CD（4脚）—减计数端C0（12脚）－非同步进位输出端B0（13脚）非同步借位输出端。
D3、D2、D1、D0—计数器输入端.Q1、Q2、Q3、Q4—数据输出端CR（14脚）—清除端
当CR为低电平，LD为高电平时，执行计数功能。
执行加计数时，减计数端CD接高电平，计数脉冲由CU输入；
在计数脉冲上升沿进行8421码十进制加法计数。
执行减计数时，加计数端CU接高电平，计数脉冲由减计数端CPD输入。
表CD40192功能表
输入
输出
CR
LD
CPU
CPD
D3
D2
D1
D0
Q3
Q2
Q1
Q0
1
×
↑
加法计数
减法计数
显示译码器CD4511
CD4511是一个用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码—七段码译码器，特点如下：
用CD4511实现LED与接口方法如下图：
其功能介绍如下：
BI：
4脚是消隐输入控制端，当BI=0时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。
LT：
3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0时，译码输出全为1，不管输入DCBA状态如何，七段均发亮，显示“8”。
它主要用来检测数码管是否损坏。
LE：
锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。
LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。
A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。
a、b、c、d、e、f、g：
为译码输出端，输出为高电平1有效。
CD4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。
1.CD4511的引脚
CD4511具有锁存、译码、消隐功能，通常以反相器作输出级，通常用以驱动LED。
其引脚图如3-2所示。
各引脚的名称：
其中7、1、2、6分别表示A、B、C、D；
5、4、3分别表示LE、BI、LT；
13、12、11、10、9、15、14分别表示
a、b、c、d、e、f、g。
左边的引脚表示输入，右边表示输出，还有两个引脚8、16分别表示的是VDD、VSS。
2.CD4511的工作原理
1.CD4511的工作真值表如表3-2
2.锁存功能
译码器的锁存电路由传输门和反相器组成,传输门的导通或截止由控制端LE的电平状态。
当LE为“0”电平导通，TG2截止；
当LE为“1”电平时，TG1截止，TG2导通，此时有锁存作用。
如图3-3
（3）译码
CD4511译码用两级或非门担任，为了简化线路，先用二输入端与非门对输入数
据B、C进行组合，得出
、
四项，然后将输入的数据A、D一起用或
非门译码。
（4）消隐
BI为消隐功能端，该端施加某一电平后，迫使B端输出为低电平，字形消隐。
消隐控制电路如图3-4所示。
消隐输出J的电平为
J=
=（C+B）D+BI
如不考虑消隐BI项，便得J=（B+C）D
据上式，当输入BCD代码从1010---1111时，J端都为“1”电平，从而使显示器中的字形消隐。
输
入
出
LE
BI
LI
D
C
B
A
a
b
c
d
e
f
g
显示
X
8
消隐
2
3
4
5
6
7
9
锁
存
锁存
表3-2CD4511的真值表
8421BCD码对应的显示见下图
：
选用共阴极数码管，对于CD4511，它与数码管的基本连接方式如下图：
CD4011中文资料
四2输入与非门CMOS芯片
逻辑表达式：
Y=A.B
真值表
A=Y.B
Y
Q
动作
?
禁止
设定
重置
不变
无
（1）当X=0、Y=0时，将使两个NAND门之输出均为1，违反触发器之功用，故禁止使用。
如真值表第一列。
（2）当X=0、Y=1时，由于X=1导致NAND-A的输出为”1”，使得NAND-B的两个输入均为”1”，因此NAND-B的输出为”0”，如真值表第二列。
（3）当X=1、Y=0时，由于Y=0导致NAND-B的输出为”1”，使得NAND-1的两个输入均为””1，因此NAND-A的输出为”0”，如真值表第三列。
（4）当X=1、Y=1时，因为一个””1不影响NAND门的输出，所以两个NAND门的输出均不改变状态，如真值表第四列。
CD4011引脚图及引脚功能:
图1CD4011引脚图
管脚功能：
1A数据输入端
2A数据输入端
3A数据输入端
4A数据输入端
1B数据输入端
2B数据输入端
3B数据输入端
4B数据输入端
VDD电源正
VSS地
1Y数据输出端
2Y数据输出端
3Y数据输出端
4Y数据输出端
CD4011内部结构框图:
图2CD4011内部逻辑结构图
图3CD4011内部保护网络
图4CD4011逻辑图
CD4011电气特性:
VDD电压范围：
－０.5Vto18Ｖ
功耗：
双列普通封装700mW
小型封装500mW
工作温度范围：
CD4011BM-55℃-+125℃
CD4011BC-40℃-+85℃
Symbol符号
Parameter参数
Conditions测试条件
典型
最大
单位
tPHL
PropagationDelayTime
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