救護(hù)車?guó)Q笛閃光設(shè)計(jì)

1、*大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題 目 救護(hù)車?guó)Q笛及閃燈 學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 學(xué) 號(hào) 院 （系） 指導(dǎo)教師 目 錄1 課程設(shè)計(jì)的目的11.1 概述11.2目的12 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求22.1設(shè)計(jì)任務(wù)22.2設(shè)計(jì)要求23 設(shè)計(jì)方案與論證23.1提出方案一23.2方案論證54 設(shè)計(jì)原理及功能說明54.1 電路原理64.2功能說明75 單元電路設(shè)計(jì)85.1單元電路介紹85.2 相關(guān)性能指標(biāo)計(jì)算95.3 Multisim 11.0軟件仿真106 硬件制作與調(diào)試106.1硬件制作過程106.2硬件測(cè)試117 總結(jié)12參考文獻(xiàn)14附錄1：總體電路原理圖15附錄2：元器件清單161 課程設(shè)計(jì)的目的1.1 概述警

2、示燈在我們?nèi)粘Ｉ钪杏锰幏浅V泛，例如：警示燈一般用在維護(hù)道路安全，通常是用在警車工程車、消防車急救車防范管理車道路維修車牽引車緊急A/S車、機(jī)械設(shè)備等開發(fā)。 在我們?nèi)粘Ｉ钪泻凸まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)中 ,有好多情況下 ,需要安裝警示燈或標(biāo)志燈 ,以提醒人們注意。例如 ,道路施工時(shí) ,需在施工現(xiàn)場(chǎng)掛上紅色安全警示燈 ,以確保行人和行車的安全。高層建筑物的頂端按有關(guān)的規(guī)定必須設(shè)置紅色警示燈 ,以確保飛機(jī)安全飛行。為引起大家注意 ,在一般情況下 ,多采用紅色的警示燈 ,且最好能發(fā)出閃爍光。但有時(shí)后在某些情況下又不需要其工作,比如某些大型的器物，白天很明顯，只需在夜間提醒人們注意。 閃爍警示燈在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用

3、十分廣泛，主要是起到警示的作用，本次設(shè)計(jì)是閃爍警示燈，主要利用的是多諧振蕩器的原理，多諧振蕩器又稱為無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。1.2目的此次設(shè)計(jì)就是設(shè)置一種閃爍警示燈，利用NE555定時(shí)器的原理，設(shè)置一種可以掩延時(shí)的警示裝置，主555 定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測(cè)量及自動(dòng)控制等方面。要是利用多諧振蕩器功能，自由多諧振蕩器不具有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)短由自由電路的定時(shí)元件確定。從而可以設(shè)計(jì)一種燈光閃爍時(shí)間間隔不同的

4、閃光燈。此次設(shè)計(jì)主要學(xué)會(huì)怎么怎樣結(jié)合數(shù)電知識(shí)去實(shí)現(xiàn)需要的電路功能。直線課本知識(shí)向?qū)嶋H應(yīng)用的轉(zhuǎn)化。根據(jù)上學(xué)期課本上學(xué)習(xí)的知識(shí)，以數(shù)字電子電路為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)電路圖運(yùn)用到實(shí)際生活中，并達(dá)到一定的實(shí)際運(yùn)用效果。學(xué)會(huì)結(jié)合數(shù)電知識(shí)，聯(lián)系實(shí)際情況設(shè)計(jì)一種實(shí)用性強(qiáng)的警示裝置。2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求2.1設(shè)計(jì)任務(wù) 1從穩(wěn)定性、可靠性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性選擇電子線路和電子器件,從而找到適合的功能電路。 2通過網(wǎng)絡(luò)查閱和圖書館資料，培養(yǎng)并提高獨(dú)立分析問題和解決問題的能力。 3了解一些常用電子器件的類型和特性以及使用方法。 4學(xué)會(huì)電子電路的焊接、安裝與調(diào)試技能。 5學(xué)會(huì)如何把課本上的理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際運(yùn)用。2.2設(shè)計(jì)要求

5、 1.打印數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書一份，給出課題的設(shè)計(jì)和制作、調(diào)試。 2.根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求，畫出設(shè)計(jì)電路圖，畫出印制電路版圖 3.設(shè)計(jì)時(shí)間：一周 4. 學(xué)會(huì)制作PCB板 5.人員分組三人一組一實(shí)物，選擇同一課題的電路相同，但課程設(shè)計(jì)報(bào)告不能完全相同。在某些場(chǎng)合需要設(shè)置警示燈，以避免危險(xiǎn)事故的發(fā)生。例如交通警示燈可以給人們起警示作用，避免交通事故的發(fā)生。警示燈的用處十分廣泛。3 設(shè)計(jì)方案與論證3.1提出方案一使用51單片機(jī)做控制，然后利用匯編或者C語言的簡(jiǎn)單編程可實(shí)現(xiàn)。利用單片機(jī)原理設(shè)計(jì)可以很容易的實(shí)現(xiàn)電路的設(shè)計(jì)，并達(dá)到很好的效果。提出方案二題目要求是藍(lán)燈閃一下，然后紅燈閃一下，可利用兩個(gè)55

6、5振蕩電路相互協(xié)調(diào)就可以實(shí)現(xiàn)交替閃爍，首先要實(shí)現(xiàn)單個(gè)燈閃爍，并初步確定充放電的電容電阻值的范圍。然后再考慮兩個(gè)燈怎樣實(shí)現(xiàn)交替閃爍，理論上可以把兩個(gè)電路的3角輸出接到一起，通過高低電頻的阻斷作用實(shí)現(xiàn)交替閃爍，通過進(jìn)一步的分析論證并在軟件上進(jìn)行調(diào)試，得出方案可行的結(jié)論。并且實(shí)現(xiàn)起來比較簡(jiǎn)單，所用元器件較少，基本達(dá)到了題目所要求的功能。多諧振蕩器是一種無穩(wěn)態(tài)電路，在他接通電源后，不需要外加出發(fā)信號(hào)，電路的狀態(tài)就能夠自動(dòng)地不斷變換，產(chǎn)生矩形波輸出。從而產(chǎn)生多諧振蕩，波形的變化引起電路電流的變化，從而可以控制發(fā)光二極管閃爍功能。圖3-1 電路流程圖 電路 音頻 輸出方案的選擇 ：方案一 優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，

7、理論上可以實(shí)現(xiàn)警示功能。 缺點(diǎn)：涉及到單片機(jī)，本學(xué)期學(xué)習(xí)課程未涉及，故不采納。方案二 優(yōu)點(diǎn)：通過多諧振蕩器功能，能對(duì)燈光的閃爍時(shí)間進(jìn)行控制。可以改變電阻大小改變燈的閃爍時(shí)間。 缺點(diǎn)：此方案相對(duì)于方案一可實(shí)施性強(qiáng)， 結(jié)論，可行。3.11設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)思路：如圖下圖所示，是由兩個(gè)NE555及其周圍電阻構(gòu)成的多諧振蕩器，利用多諧振蕩器的特性，即不具有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)?？刂萍t、綠兩個(gè)LED燈的閃爍頻率。圖3-2電路設(shè)計(jì)圖 1.識(shí)圖指導(dǎo)圖中（LMC555CM）是555定時(shí)器，對(duì)于U1來說，它與周圍電阻，R1、R2及其電容C1、C3。構(gòu)成多諧振蕩器。由于接通電源前電容兩端電壓為零，電源剛接通時(shí)，經(jīng)輸出緩

8、沖后的3端輸出高電平放電管處于截止?fàn)顟B(tài)，電源電源通過R1、R2對(duì)電容充電。經(jīng)過一段時(shí)間后，3端輸出低電平，放電管導(dǎo)通，進(jìn)入第一暫穩(wěn)態(tài)，如此反復(fù)，便產(chǎn)生矩形輸出波形。電路通上6V電源后，U1、U2形成多諧振蕩電路并開始工作，由于U2的震蕩頻率比U1的震蕩頻率低，這取決于電阻R2與R4的大小，電阻越大震蕩頻率越低。 這時(shí)U1和U2都分別輸出了震蕩頻率不同的脈沖，當(dāng)U2的3腳輸出為高電平時(shí)，對(duì)U1的輸出起到了阻斷作用，使得LE2不亮，LE1亮。當(dāng)U2輸出為低電平時(shí)，LE2亮，LE1不亮。通過對(duì)時(shí)間常數(shù)的計(jì)算，使得LE2閃亮一次LE1再亮，這樣交替循環(huán)即能達(dá)到閃光警燈的效果。如果想改變LE1、LE2之

9、間的閃爍時(shí)間間隔，我們可以通過理論計(jì)算，改變電阻R2、R4阻值的大小，從而改變多諧振蕩器的震蕩周期，即U1、U2的振蕩周期時(shí)間間隔變大，從而達(dá)到改變閃爍時(shí)間的延長(zhǎng)或者縮短。 3.2方案論證本次設(shè)計(jì)的閃爍警示燈電路主要是由兩個(gè)555定時(shí)器構(gòu)成。運(yùn)用數(shù)字電子電路中的知識(shí)，制作一款實(shí)用性的閃爍燈。電路設(shè)計(jì)的最大特點(diǎn)是沒有開關(guān)控制，我們學(xué)過數(shù)電知道，555定時(shí)器可以起到開關(guān)作用。555定時(shí)器是目前應(yīng)用十分廣泛的一種器件，NE555內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè) RS 觸發(fā)器，一個(gè)放電管 T 及功率輸出級(jí)。兩個(gè)比較器 C1和 C2各有一個(gè)輸入端連接到三個(gè)電阻R組成的分壓器上，比較器的輸出

10、接到RS觸發(fā)器上。此外還有輸出級(jí)和放電管。輸出級(jí)的驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)200mA。 NE555 定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC /3 和 2VCC /3 ,NE555 定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器所決定。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時(shí)，則電壓比較器 A1 的反相輸入端的電壓為 2VCC /3，A2 的同相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 A2 的輸出為 1，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時(shí) TR 端的電壓大于VCC /3，則 A1 的

11、輸出為 1，A2 的輸出為 0，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平兩個(gè)比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。以與其它電路構(gòu)成脈沖電路，脈沖的變化可以引起后邊電流變化，再加上其它元器件的組成，即可以起到開關(guān)的作用。由電路圖可以看到電路是多諧振蕩器的組成。多諧振蕩器又稱為無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)過一段時(shí)間可以自行觸發(fā)翻轉(zhuǎn)到另一暫穩(wěn)態(tài)。兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)自行相互轉(zhuǎn)換而輸出一系列矩形波。多諧振蕩器可用作方波發(fā)生器。由于兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)分別控制LED1、LED2。通過改變R2、R4的電阻阻值大小?？梢钥刂芁ED1、LED2閃爍時(shí)間之間的間隔。

12、4 設(shè)計(jì)原理及功能說明4.1 電路原理 圖4-1 NE555結(jié)構(gòu)圖接通電源后，假定是高電平，則T截止，電容C充電。充電回路是VCCR1R2 C地，按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)上升到時(shí)（TH、端電平大于），輸出翻轉(zhuǎn)為低電平。是低電平，T導(dǎo)通，C放電，放電回路為CR2T地，按指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng)下降到時(shí)（TH、端電平小于），輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，放電管T截止，電容再次充電，如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩，經(jīng)分析可得 R1=10KR2=200KC=10uf C1=0.01uf Tw1=0.46 D=0.5輸出高電平時(shí)間：T=(R1+R2)Cln2 輸出低電平時(shí)間：T=R2Cln2 振蕩周期：T=(R1+2R2)Cln2 輸出

13、方波的占空比為 ： 4.2功能說明NE555定時(shí)電路是目前應(yīng)用十分廣泛的一種器件，本次試驗(yàn)選用的是NE555定時(shí)器。NE555定時(shí)器可以輸出矩形波形，它的基本組成部分：由3個(gè)5K歐姆電阻組成的分壓器、兩個(gè)高精度電壓比較器、一個(gè)基本RS觸發(fā)器、一個(gè)作為放電通路的管子及輸出驅(qū)動(dòng)電路組成。555定時(shí)器功能介紹，如圖所示： 圖4-2 NE555實(shí)物圖555 定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測(cè)量及自動(dòng)控制等方面。555 定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排列圖分別如圖所示。

14、它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè) RS 觸發(fā)器，一個(gè)放電管 T 及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC /3 和 2VCC /3 。555 定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時(shí)，則電壓比較器 C1 的同相輸入端的電壓為 2VCC /3，C2 的反相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 C2 的輸出為 0，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時(shí) TR 端的電壓大于VCC /3，則 C1

15、 的輸出為 0，C2 輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。它的各個(gè)引腳功能如下： 1腳：外接電源負(fù)端VSS或接地，一般情況下接地。 8腳：外接電源VCC，雙極型時(shí)基電路VCC的范圍是4.5 16V，CMOS型時(shí)基電路VCC的范圍為3 18V。一般用5V。 3腳：輸出端Vo 2腳：低觸發(fā)端 6腳：TH高觸發(fā)端 4腳：是直接清零端。當(dāng)此端接低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論TR、TH處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0”，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。 5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，可改變內(nèi)部?jī)蓚€(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)將該端串入一只0.01F電容接地，以防引入干擾。

16、7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時(shí)器時(shí)電容的放電。5 單元電路設(shè)計(jì)5.1單元電路介紹 NE555振蕩電路圖： 圖5-1 NE555震蕩電路電路工作原理電路工作原理電路工作原理電路工作原理： 多諧振蕩器是能夠產(chǎn)生一種自激振蕩的電路，由于矩形波中含有豐富的高次諧波，故稱為多諧振蕩電路，多諧振蕩電路沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，在自身因素的作用下兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間來回轉(zhuǎn)換，故又稱為無穩(wěn)態(tài)電路，由555定時(shí)器構(gòu)成的振蕩電路如上圖所示，R1、R2和C是外接定時(shí)元件，電路中將高電平觸發(fā)端6腳和低電平觸發(fā)端2腳并接后接到R2和C的連接處，將放電端7腳接到R1和R2的連接處，由于接通電源的瞬間，電容C還來

17、不及充電，電容器兩端的電壓Uc為低電平，小于1/3Vcc，故2、6腳均為低電平，輸出Uo為高電平放電管VT截止。這時(shí)，電源經(jīng)R1、R2對(duì)電容C充電，使電壓Uc上升，當(dāng)Uc上升到2/3Vcc時(shí)輸出Uo為低電平，放電管VT導(dǎo)通，把電壓從1/3Vcc上升到2/3Vcc這段時(shí)間的狀態(tài)稱為第一暫穩(wěn)態(tài)，起維持時(shí)間的長(zhǎng)短與電容的充電時(shí)間有關(guān)，充電時(shí)間常數(shù)T=（R1+R2）C，由于VT導(dǎo)通，電容C通過電阻R2和放電管放電，電路進(jìn)入了第二暫穩(wěn)態(tài)，其維持時(shí)間的長(zhǎng)短與電容放電時(shí)間有關(guān)，放電時(shí)間常數(shù)T=R2xC，隨著C的放電，Uc下降，當(dāng)Uc下降到1/3Vcc時(shí)，輸出U0為高電平，放電管VT截止，Vcc再次對(duì)電容C充

18、電，電路又進(jìn)入第一穩(wěn)態(tài)。接通電源后電路在兩個(gè)穩(wěn)態(tài)之間來回翻轉(zhuǎn)，則可輸出矩形波，電路一旦起振后，Uc的電壓總是在1/3-2/3Vcc之間變化。5.2 相關(guān)性能指標(biāo)計(jì)算電容充電時(shí)間T1輸出高電平時(shí)間： T=(R1+R2)Cln2 輸出低電平時(shí)間：T=R2Cln2 振蕩周期：T=(R1+2R2)Cln2電路震蕩周期T：T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C5.3 Multisim 11.0軟件仿真利用Multisim 11.0軟件對(duì)整體電路設(shè)計(jì)進(jìn)行軟件仿真，檢測(cè)所設(shè)計(jì)電路是否可行。然后再軟件上檢測(cè)每個(gè)單元電路各段電壓、電流大小。并觀察仿真最后結(jié)果（用示波器代替擴(kuò)音器現(xiàn)實(shí)輸出波形）。如下圖所示： 圖

19、5-2 仿真測(cè)試圖6 硬件制作與調(diào)試6.1硬件制作過程 根據(jù)仿真軟件所設(shè)計(jì)的電路圖，我們將此電路圖運(yùn)用到實(shí)際焊接中。首先就是要根據(jù)電路圖，如何連接實(shí)物圖。必須滿足一下要求：第一，布局要合理，是的實(shí)物電路圖布局對(duì)稱好看。第二，在布局的時(shí)候要考慮到如何使用更短的導(dǎo)線，根據(jù)焊接需要，要盡可能短的使用導(dǎo)線。選擇好與器件，并認(rèn)真測(cè)試元器件的參數(shù)。將印制電路板的排版設(shè)計(jì)好并制作。最重要的是知道一些基本元器件的使用方法，以及會(huì)如何去安裝一些電器元件。如本次試驗(yàn)中所用到的NE555定時(shí)器，要會(huì)如何會(huì)識(shí)別各個(gè)管腳位置，在焊接過程中，怎么樣去連接各個(gè)管腳與其他電阻電容的連接。根據(jù)電路圖連接好實(shí)物圖，根據(jù)布局要求適

20、當(dāng)?shù)母淖円幌码娮栉恢茫娐穲D不變，根據(jù)實(shí)際要求的電路圖）。電路布局入下圖所示：圖6-1 電路實(shí)物圖 6.2硬件測(cè)試 1.通電觀察先將直流穩(wěn)壓電源接入電路。此時(shí)觀察電路有無異?，F(xiàn)象，包括有無冒煙、是否有異常氣味、手摸元器件是否發(fā)燙、以及電源有否被短路等。如果出現(xiàn)異常，應(yīng)立即切斷電源，并待排除故障后才能再次通電。經(jīng)過通電觀察，確認(rèn)電路已能進(jìn)行測(cè)量后，方可轉(zhuǎn)入正常調(diào)試。 2.電路調(diào)試按電路圖焊接組裝好后，可進(jìn)行調(diào)整。在調(diào)整過程中，未能達(dá)到預(yù)期的效果，當(dāng)接通直流電源時(shí)，兩個(gè)LED燈一直閃爍，并沒有按照預(yù)期效果閃爍，紅燈沒有起到延時(shí)作用，接通電源，紅燈就一直亮。而綠燈可以達(dá)到延時(shí)的效果。經(jīng)過檢查電路各個(gè)元器件的安裝，與電路圖對(duì)比。沒有發(fā)現(xiàn)有錯(cuò)的地方。此次調(diào)試過程中，未能達(dá)預(yù)期效果。在測(cè)試過程中，當(dāng)接通電源電壓時(shí)，兩個(gè)燈并沒有出現(xiàn)交替閃爍的情況，而是紅燈閃爍頻率太大，一直閃爍，即延時(shí)的時(shí)間短暫，紅燈一直閃爍，而綠燈出現(xiàn)閃爍延時(shí)。電路仿真圖：圖6-2 仿真測(cè)試圖 7 總結(jié)1.通過本次實(shí)驗(yàn)，讓我更加了解了設(shè)計(jì)電路的程序，也讓我了解了關(guān)于閃爍警示燈的基本原理與設(shè)計(jì)理念，要設(shè)計(jì)一個(gè)電路本來要先用仿真仿真成功之后才實(shí)際接線的。也使我透徹地了解了NE555定時(shí)器工作原理及相關(guān)特性，多謝振蕩器的工作原理。2.當(dāng)然在整個(gè)課程設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中也遇到了一些問題。比如說在設(shè)計(jì)原理圖的時(shí)候，我們必須懂得溫控報(bào)警