救护车鸣笛闪光设计

1、*大学数字电子技术课程设计题 目 救护车鸣笛及闪灯 学生姓名 专业班级 学 号 院 （系） 指导教师 目 录1 课程设计的目的11.1 概述11.2目的12 课程设计的任务与要求22.1设计任务22.2设计要求23 设计方案与论证23.1提出方案一23.2方案论证54 设计原理及功能说明54.1 电路原理64.2功能说明75 单元电路设计85.1单元电路介绍85.2 相关性能指标计算95.3 Multisim 11.0软件仿真106 硬件制作与调试106.1硬件制作过程106.2硬件测试117 总结12参考文献14附录1：总体电路原理图15附录2：元器件清单161 课程设计的目的1.1 概述警

2、示灯在我们日常生活中用处非常广泛，例如：警示灯一般用在维护道路安全，通常是用在警车工程车、消防车急救车防范管理车道路维修车牵引车紧急A/S车、机械设备等开发。 在我们日常生活中和工农业生产中 ,有好多情况下 ,需要安装警示灯或标志灯 ,以提醒人们注意。例如 ,道路施工时 ,需在施工现场挂上红色安全警示灯 ,以确保行人和行车的安全。高层建筑物的顶端按有关的规定必须设置红色警示灯 ,以确保飞机安全飞行。为引起大家注意 ,在一般情况下 ,多采用红色的警示灯 ,且最好能发出闪烁光。但有时后在某些情况下又不需要其工作,比如某些大型的器物，白天很明显，只需在夜间提醒人们注意。 闪烁警示灯在现实生活中的应用

3、十分广泛，主要是起到警示的作用，本次设计是闪烁警示灯，主要利用的是多谐振荡器的原理，多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。1.2目的此次设计就是设置一种闪烁警示灯，利用NE555定时器的原理，设置一种可以掩延时的警示装置，主555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。要是利用多谐振荡器功能，自由多谐振荡器不具有稳态，只有两个暂稳态，暂稳态的时间长短由自由电路的定时元件确定。从而可以设计一种灯光闪烁时间间隔不同的

4、闪光灯。此次设计主要学会怎么怎样结合数电知识去实现需要的电路功能。直线课本知识向实际应用的转化。根据上学期课本上学习的知识，以数字电子电路为基础，设计电路图运用到实际生活中，并达到一定的实际运用效果。学会结合数电知识，联系实际情况设计一种实用性强的警示装置。2 课程设计的任务与要求2.1设计任务 1从稳定性、可靠性、实用性、经济性选择电子线路和电子器件,从而找到适合的功能电路。 2通过网络查阅和图书馆资料，培养并提高独立分析问题和解决问题的能力。 3了解一些常用电子器件的类型和特性以及使用方法。 4学会电子电路的焊接、安装与调试技能。 5学会如何把课本上的理论知识转化为实际运用。2.2设计要求

5、 1.打印数字电子技术课程设计说明书一份，给出课题的设计和制作、调试。 2.根据技术指标要求，画出设计电路图，画出印制电路版图 3.设计时间：一周 4. 学会制作PCB板 5.人员分组三人一组一实物，选择同一课题的电路相同，但课程设计报告不能完全相同。在某些场合需要设置警示灯，以避免危险事故的发生。例如交通警示灯可以给人们起警示作用，避免交通事故的发生。警示灯的用处十分广泛。3 设计方案与论证3.1提出方案一使用51单片机做控制，然后利用汇编或者C语言的简单编程可实现。利用单片机原理设计可以很容易的实现电路的设计，并达到很好的效果。提出方案二题目要求是蓝灯闪一下，然后红灯闪一下，可利用两个55

6、5振荡电路相互协调就可以实现交替闪烁，首先要实现单个灯闪烁，并初步确定充放电的电容电阻值的范围。然后再考虑两个灯怎样实现交替闪烁，理论上可以把两个电路的3角输出接到一起，通过高低电频的阻断作用实现交替闪烁，通过进一步的分析论证并在软件上进行调试，得出方案可行的结论。并且实现起来比较简单，所用元器件较少，基本达到了题目所要求的功能。多谐振荡器是一种无稳态电路，在他接通电源后，不需要外加出发信号，电路的状态就能够自动地不断变换，产生矩形波输出。从而产生多谐振荡，波形的变化引起电路电流的变化，从而可以控制发光二极管闪烁功能。图3-1 电路流程图 电路 音频 输出方案的选择 ：方案一 优点：电路简单，

7、理论上可以实现警示功能。 缺点：涉及到单片机，本学期学习课程未涉及，故不采纳。方案二 优点：通过多谐振荡器功能，能对灯光的闪烁时间进行控制。可以改变电阻大小改变灯的闪烁时间。 缺点：此方案相对于方案一可实施性强， 结论，可行。3.11设计思路设计思路：如图下图所示，是由两个NE555及其周围电阻构成的多谐振荡器，利用多谐振荡器的特性，即不具有稳态，只有两个暂稳态。控制红、绿两个LED灯的闪烁频率。图3-2电路设计图 1.识图指导图中（LMC555CM）是555定时器，对于U1来说，它与周围电阻，R1、R2及其电容C1、C3。构成多谐振荡器。由于接通电源前电容两端电压为零，电源刚接通时，经输出缓

8、冲后的3端输出高电平放电管处于截止状态，电源电源通过R1、R2对电容充电。经过一段时间后，3端输出低电平，放电管导通，进入第一暂稳态，如此反复，便产生矩形输出波形。电路通上6V电源后，U1、U2形成多谐振荡电路并开始工作，由于U2的震荡频率比U1的震荡频率低，这取决于电阻R2与R4的大小，电阻越大震荡频率越低。 这时U1和U2都分别输出了震荡频率不同的脉冲，当U2的3脚输出为高电平时，对U1的输出起到了阻断作用，使得LE2不亮，LE1亮。当U2输出为低电平时，LE2亮，LE1不亮。通过对时间常数的计算，使得LE2闪亮一次LE1再亮，这样交替循环即能达到闪光警灯的效果。如果想改变LE1、LE2之

9、间的闪烁时间间隔，我们可以通过理论计算，改变电阻R2、R4阻值的大小，从而改变多谐振荡器的震荡周期，即U1、U2的振荡周期时间间隔变大，从而达到改变闪烁时间的延长或者缩短。 3.2方案论证本次设计的闪烁警示灯电路主要是由两个555定时器构成。运用数字电子电路中的知识，制作一款实用性的闪烁灯。电路设计的最大特点是没有开关控制，我们学过数电知道，555定时器可以起到开关作用。555定时器是目前应用十分广泛的一种器件，NE555内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。两个比较器 C1和 C2各有一个输入端连接到三个电阻R组成的分压器上，比较器的输出

10、接到RS触发器上。此外还有输出级和放电管。输出级的驱动电流可达200mA。 NE555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3 ,NE555 定时器的功能主要由两个比较器所决定。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 A1 的反相输入端的电压为 2VCC /3，A2 的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 A2 的输出为 1，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 A1 的

11、输出为 1，A2 的输出为 0，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。以与其它电路构成脉冲电路，脉冲的变化可以引起后边电流变化，再加上其它元器件的组成，即可以起到开关的作用。由电路图可以看到电路是多谐振荡器的组成。多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。多谐振荡器可用作方波发生器。由于两个暂稳态分别控制LED1、LED2。通过改变R2、R4的电阻阻值大小。可以控制LED1、LED2闪烁时间之间的间隔。

12、4 设计原理及功能说明4.1 电路原理 图4-1 NE555结构图接通电源后，假定是高电平，则T截止，电容C充电。充电回路是VCCR1R2 C地，按指数规律上升，当上升到时（TH、端电平大于），输出翻转为低电平。是低电平，T导通，C放电，放电回路为CR2T地，按指数规律下降，当下降到时（TH、端电平小于），输出翻转为高电平，放电管T截止，电容再次充电，如此周而复始，产生振荡，经分析可得 R1=10KR2=200KC=10uf C1=0.01uf Tw1=0.46 D=0.5输出高电平时间：T=(R1+R2)Cln2 输出低电平时间：T=R2Cln2 振荡周期：T=(R1+2R2)Cln2 输出

13、方波的占空比为 ： 4.2功能说明NE555定时电路是目前应用十分广泛的一种器件，本次试验选用的是NE555定时器。NE555定时器可以输出矩形波形，它的基本组成部分：由3个5K欧姆电阻组成的分压器、两个高精度电压比较器、一个基本RS触发器、一个作为放电通路的管子及输出驱动电路组成。555定时器功能介绍，如图所示： 图4-2 NE555实物图555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图所示。

14、它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3 。555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1

15、 的输出为 0，C2 输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。它的各个引脚功能如下： 1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。 8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 18V。一般用5V。 3脚：输出端Vo 2脚：低触发端 6脚：TH高触发端 4脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。 5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F电容接地，以防引入干扰。

16、7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。5 单元电路设计5.1单元电路介绍 NE555振荡电路图： 图5-1 NE555震荡电路电路工作原理电路工作原理电路工作原理电路工作原理： 多谐振荡器是能够产生一种自激振荡的电路，由于矩形波中含有丰富的高次谐波，故称为多谐振荡电路，多谐振荡电路没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因素的作用下两个暂稳态之间来回转换，故又称为无稳态电路，由555定时器构成的振荡电路如上图所示，R1、R2和C是外接定时元件，电路中将高电平触发端6脚和低电平触发端2脚并接后接到R2和C的连接处，将放电端7脚接到R1和R2的连接处，由于接通电源的瞬间，电容C还来

17、不及充电，电容器两端的电压Uc为低电平，小于1/3Vcc，故2、6脚均为低电平，输出Uo为高电平放电管VT截止。这时，电源经R1、R2对电容C充电，使电压Uc上升，当Uc上升到2/3Vcc时输出Uo为低电平，放电管VT导通，把电压从1/3Vcc上升到2/3Vcc这段时间的状态称为第一暂稳态，起维持时间的长短与电容的充电时间有关，充电时间常数T=（R1+R2）C，由于VT导通，电容C通过电阻R2和放电管放电，电路进入了第二暂稳态，其维持时间的长短与电容放电时间有关，放电时间常数T=R2xC，随着C的放电，Uc下降，当Uc下降到1/3Vcc时，输出U0为高电平，放电管VT截止，Vcc再次对电容C充

18、电，电路又进入第一稳态。接通电源后电路在两个稳态之间来回翻转，则可输出矩形波，电路一旦起振后，Uc的电压总是在1/3-2/3Vcc之间变化。5.2 相关性能指标计算电容充电时间T1输出高电平时间： T=(R1+R2)Cln2 输出低电平时间：T=R2Cln2 振荡周期：T=(R1+2R2)Cln2电路震荡周期T：T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C5.3 Multisim 11.0软件仿真利用Multisim 11.0软件对整体电路设计进行软件仿真，检测所设计电路是否可行。然后再软件上检测每个单元电路各段电压、电流大小。并观察仿真最后结果（用示波器代替扩音器现实输出波形）。如下图所示： 图

19、5-2 仿真测试图6 硬件制作与调试6.1硬件制作过程 根据仿真软件所设计的电路图，我们将此电路图运用到实际焊接中。首先就是要根据电路图，如何连接实物图。必须满足一下要求：第一，布局要合理，是的实物电路图布局对称好看。第二，在布局的时候要考虑到如何使用更短的导线，根据焊接需要，要尽可能短的使用导线。选择好与器件，并认真测试元器件的参数。将印制电路板的排版设计好并制作。最重要的是知道一些基本元器件的使用方法，以及会如何去安装一些电器元件。如本次试验中所用到的NE555定时器，要会如何会识别各个管脚位置，在焊接过程中，怎么样去连接各个管脚与其他电阻电容的连接。根据电路图连接好实物图，根据布局要求适

20、当的改变一下电阻位置（电路图不变，根据实际要求的电路图）。电路布局入下图所示：图6-1 电路实物图 6.2硬件测试 1.通电观察先将直流稳压电源接入电路。此时观察电路有无异常现象，包括有无冒烟、是否有异常气味、手摸元器件是否发烫、以及电源有否被短路等。如果出现异常，应立即切断电源，并待排除故障后才能再次通电。经过通电观察，确认电路已能进行测量后，方可转入正常调试。 2.电路调试按电路图焊接组装好后，可进行调整。在调整过程中，未能达到预期的效果，当接通直流电源时，两个LED灯一直闪烁，并没有按照预期效果闪烁，红灯没有起到延时作用，接通电源，红灯就一直亮。而绿灯可以达到延时的效果。经过检查电路各个

21、元器件的安装，与电路图对比。没有发现有错的地方。此次调试过程中，未能达预期效果。在测试过程中，当接通电源电压时，两个灯并没有出现交替闪烁的情况，而是红灯闪烁频率太大，一直闪烁，即延时的时间短暂，红灯一直闪烁，而绿灯出现闪烁延时。电路仿真图：图6-2 仿真测试图 7 总结1.通过本次实验，让我更加了解了设计电路的程序，也让我了解了关于闪烁警示灯的基本原理与设计理念，要设计一个电路本来要先用仿真仿真成功之后才实际接线的。也使我透彻地了解了NE555定时器工作原理及相关特性，多谢振荡器的工作原理。2.当然在整个课程设计的过程当中也遇到了一些问题。比如说在设计原理图的时候，我们必须懂得温控报警器的工作原理以及它的