救護車鳴笛閃光設計

1、*大學數字電子技術課程設計題 目 救護車鳴笛及閃燈 學生姓名 專業(yè)班級 學 號 院 （系） 指導教師 目 錄1 課程設計的目的11.1 概述11.2目的12 課程設計的任務與要求22.1設計任務22.2設計要求23 設計方案與論證23.1提出方案一23.2方案論證54 設計原理及功能說明54.1 電路原理64.2功能說明75 單元電路設計85.1單元電路介紹85.2 相關性能指標計算95.3 Multisim 11.0軟件仿真106 硬件制作與調試106.1硬件制作過程106.2硬件測試117 總結12參考文獻14附錄1：總體電路原理圖15附錄2：元器件清單161 課程設計的目的1.1 概述警

2、示燈在我們日常生活中用處非常廣泛，例如：警示燈一般用在維護道路安全，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、機械設備等開發(fā)。 在我們日常生活中和工農業(yè)生產中 ,有好多情況下 ,需要安裝警示燈或標志燈 ,以提醒人們注意。例如 ,道路施工時 ,需在施工現場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的規(guī)定必須設置紅色警示燈 ,以確保飛機安全飛行。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。 閃爍警示燈在現實生活中的應用

3、十分廣泛，主要是起到警示的作用，本次設計是閃爍警示燈，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)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。1.2目的此次設計就是設置一種閃爍警示燈，利用NE555定時器的原理，設置一種可以掩延時的警示裝置，主555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。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)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)的時間長短由自由電路的定時元件確定。從而可以設計一種燈光閃爍時間間隔不同的

4、閃光燈。此次設計主要學會怎么怎樣結合數電知識去實現需要的電路功能。直線課本知識向實際應用的轉化。根據上學期課本上學習的知識，以數字電子電路為基礎，設計電路圖運用到實際生活中，并達到一定的實際運用效果。學會結合數電知識，聯系實際情況設計一種實用性強的警示裝置。2 課程設計的任務與要求2.1設計任務 1從穩(wěn)定性、可靠性、實用性、經濟性選擇電子線路和電子器件,從而找到適合的功能電路。 2通過網絡查閱和圖書館資料，培養(yǎng)并提高獨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學會電子電路的焊接、安裝與調試技能。 5學會如何把課本上的理論知識轉化為實際運用。2.2設計要求

5、 1.打印數字電子技術課程設計說明書一份，給出課題的設計和制作、調試。 2.根據技術指標要求，畫出設計電路圖，畫出印制電路版圖 3.設計時間：一周 4. 學會制作PCB板 5.人員分組三人一組一實物，選擇同一課題的電路相同，但課程設計報告不能完全相同。在某些場合需要設置警示燈，以避免危險事故的發(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 設計方案與論證3.1提出方案一使用51單片機做控制，然后利用匯編或者C語言的簡單編程可實現。利用單片機原理設計可以很容易的實現電路的設計，并達到很好的效果。提出方案二題目要求是藍燈閃一下，然后紅燈閃一下，可利用兩個55

6、5振蕩電路相互協(xié)調就可以實現交替閃爍，首先要實現單個燈閃爍，并初步確定充放電的電容電阻值的范圍。然后再考慮兩個燈怎樣實現交替閃爍，理論上可以把兩個電路的3角輸出接到一起，通過高低電頻的阻斷作用實現交替閃爍，通過進一步的分析論證并在軟件上進行調試，得出方案可行的結論。并且實現起來比較簡單，所用元器件較少，基本達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，電路的狀態(tài)就能夠自動地不斷變換，產生矩形波輸出。從而產生多諧振蕩，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：電路簡單，

7、理論上可以實現警示功能。 缺點：涉及到單片機，本學期學習課程未涉及，故不采納。方案二 優(yōu)點：通過多諧振蕩器功能，能對燈光的閃爍時間進行控制?？梢愿淖冸娮璐笮「淖儫舻拈W爍時間。 缺點：此方案相對于方案一可實施性強， 結論，可行。3.11設計思路設計思路：如圖下圖所示，是由兩個NE555及其周圍電阻構成的多諧振蕩器，利用多諧振蕩器的特性，即不具有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)?？刂萍t、綠兩個LED燈的閃爍頻率。圖3-2電路設計圖 1.識圖指導圖中（LMC555CM）是555定時器，對于U1來說，它與周圍電阻，R1、R2及其電容C1、C3。構成多諧振蕩器。由于接通電源前電容兩端電壓為零，電源剛接通時，經輸出緩

8、沖后的3端輸出高電平放電管處于截止狀態(tài)，電源電源通過R1、R2對電容充電。經過一段時間后，3端輸出低電平，放電管導通，進入第一暫穩(wěn)態(tài)，如此反復，便產生矩形輸出波形。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U1和U2都分別輸出了震蕩頻率不同的脈沖，當U2的3腳輸出為高電平時，對U1的輸出起到了阻斷作用，使得LE2不亮，LE1亮。當U2輸出為低電平時，LE2亮，LE1不亮。通過對時間常數的計算，使得LE2閃亮一次LE1再亮，這樣交替循環(huán)即能達到閃光警燈的效果。如果想改變LE1、LE2之

9、間的閃爍時間間隔，我們可以通過理論計算，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的振蕩周期時間間隔變大，從而達到改變閃爍時間的延長或者縮短。 3.2方案論證本次設計的閃爍警示燈電路主要是由兩個555定時器構成。運用數字電子電路中的知識，制作一款實用性的閃爍燈。電路設計的最大特點是沒有開關控制，我們學過數電知道，555定時器可以起到開關作用。555定時器是目前應用十分廣泛的一種器件，NE555內部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。兩個比較器 C1和 C2各有一個輸入端連接到三個電阻R組成的分壓器上，比較器的輸出

10、接到RS觸發(fā)器上。此外還有輸出級和放電管。輸出級的驅動電流可達200mA。 NE555 定時器是一種模擬和數字功能相結合的中規(guī)模集成器件。它提供兩個基準電壓VCC /3 和 2VCC /3 ,NE555 定時器的功能主要由兩個比較器所決定。在電源與地之間加上電壓，當 5 腳懸空時，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 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)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。在電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)后，經過一段時間可以自行觸發(fā)翻轉到另一暫穩(wěn)態(tài)。兩個暫穩(wěn)態(tài)自行相互轉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閃爍時間之間的間隔。

12、4 設計原理及功能說明4.1 電路原理 圖4-1 NE555結構圖接通電源后，假定是高電平，則T截止，電容C充電。充電回路是VCCR1R2 C地，按指數規(guī)律上升，當上升到時（TH、端電平大于），輸出翻轉為低電平。是低電平，T導通，C放電，放電回路為CR2T地，按指數規(guī)律下降，當下降到時（TH、端電平小于），輸出翻轉為高電平，放電管T截止，電容再次充電，如此周而復始，產生振蕩，經分析可得 R1=10KR2=200KC=10uf C1=0.01uf Tw1=0.46 D=0.5輸出高電平時間：T=(R1+R2)Cln2 輸出低電平時間：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定時電路是目前應用十分廣泛的一種器件，本次試驗選用的是NE555定時器。NE555定時器可以輸出矩形波形，它的基本組成部分：由3個5K歐姆電阻組成的分壓器、兩個高精度電壓比較器、一個基本RS觸發(fā)器、一個作為放電通路的管子及輸出驅動電路組成。555定時器功能介紹，如圖所示： 圖4-2 NE555實物圖555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555 定時器的內部電路框圖和外引腳排列圖分別如圖所示。

14、它內部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個基準電壓VCC /3 和 2VCC /3 。555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個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 5 腳懸空時，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 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。它的各個引腳功能如下： 1腳：外接電源負端VSS或接地，一般情況下接地。 8腳：外接電源VCC，雙極型時基電路VCC的范圍是4.5 16V，CMOS型時基電路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。當此端接低電平，則時基電路不工作，此時不論TR、TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應接高電平。 5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，可改變內部兩個比較器的基準電壓，當該端不用時，應將該端串入一只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，用做定時器時電容的放電。5 單元電路設計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)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)，在自身因素的作用下兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來回轉換，故又稱為無穩(wěn)態(tài)電路，由555定時器構成的振蕩電路如上圖所示，R1、R2和C是外接定時元件，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，電源經R1、R2對電容C充電，使電壓Uc上升，當Uc上升到2/3Vcc時輸出Uo為低電平，放電管VT導通，把電壓從1/3Vcc上升到2/3Vcc這段時間的狀態(tài)稱為第一暫穩(wěn)態(tài)，起維持時間的長短與電容的充電時間有關，充電時間常數T=（R1+R2）C，由于VT導通，電容C通過電阻R2和放電管放電，電路進入了第二暫穩(wěn)態(tài)，其維持時間的長短與電容放電時間有關，放電時間常數T=R2xC，隨著C的放電，Uc下降，當Uc下降到1/3Vcc時，輸出U0為高電平，放電管VT截止，Vcc再次對電容C充

18、電，電路又進入第一穩(wěn)態(tài)。接通電源后電路在兩個穩(wěn)態(tài)之間來回翻轉，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 相關性能指標計算電容充電時間T1輸出高電平時間： T=(R1+R2)Cln2 輸出低電平時間：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軟件對整體電路設計進行軟件仿真，檢測所設計電路是否可行。然后再軟件上檢測每個單元電路各段電壓、電流大小。并觀察仿真最后結果（用示波器代替擴音器現實輸出波形）。如下圖所示： 圖

19、5-2 仿真測試圖6 硬件制作與調試6.1硬件制作過程 根據仿真軟件所設計的電路圖，我們將此電路圖運用到實際焊接中。首先就是要根據電路圖，如何連接實物圖。必須滿足一下要求：第一，布局要合理，是的實物電路圖布局對稱好看。第二，在布局的時候要考慮到如何使用更短的導線，根據焊接需要，要盡可能短的使用導線。選擇好與器件，并認真測試元器件的參數。將印制電路板的排版設計好并制作。最重要的是知道一些基本元器件的使用方法，以及會如何去安裝一些電器元件。如本次試驗中所用到的NE555定時器，要會如何會識別各個管腳位置，在焊接過程中，怎么樣去連接各個管腳與其他電阻電容的連接。根據電路圖連接好實物圖，根據布局要求適

20、當的改變一下電阻位置（電路圖不變，根據實際要求的電路圖）。電路布局入下圖所示：圖6-1 電路實物圖 6.2硬件測試 1.通電觀察先將直流穩(wěn)壓電源接入電路。此時觀察電路有無異常現象，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。如果出現異常，應立即切斷電源，并待排除故障后才能再次通電。經過通電觀察，確認電路已能進行測量后，方可轉入正常調試。 2.電路調試按電路圖焊接組裝好后，可進行調整。在調整過程中，未能達到預期的效果，當接通直流電源時，兩個LED燈一直閃爍，并沒有按照預期效果閃爍，紅燈沒有起到延時作用，接通電源，紅燈就一直亮。而綠燈可以達到延時的效果。經過檢查電路各個元器件的安裝，與電路圖對比。沒有發(fā)現有錯的地方。此次調試過程中，未能達預期效果。在測試過程中，當接通電源電壓時，兩個燈并沒有出現交替閃爍的情況，而是紅燈閃爍頻率太大，一直閃爍，即延時的時間短暫，紅燈一直閃爍，而綠燈出現閃爍延時。電路仿真圖：圖6-2 仿真測試圖 7 總結1.通過本次實驗，讓我更加了解了設計電路的程序，也讓我了解了關于閃爍警示燈的基本原理與設計理念，要設計一個電路本來要先用仿真仿真成功之后才實際接線的。也使我透徹地了解了NE555定時器工作原理及相關特性，多謝振蕩器的工作原理。2.當然在整個課程設計的過程當中也遇到了一些問題。比如說在設計原理圖的時候，我們必須懂得溫控報警