救護(hù)車鳴笛閃光設(shè)計(jì)

***大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)題目救護(hù)車鳴笛及閃燈學(xué)生姓名 專業(yè)班級學(xué)號 院（系） 指導(dǎo)教師 TOC\o"1-5"\h\z1課程設(shè)計(jì)的目的 11.1概述 1\o"CurrentDocument"1.2目的 1\o"CurrentDocument"2課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求 2\o"CurrentDocument"2.1設(shè)計(jì)任務(wù) 2\o"CurrentDocument"2.2設(shè)計(jì)要求 2\o"CurrentDocument"3設(shè)計(jì)方案與論證 2\o"CurrentDocument"3.1提出方案一 2\o"CurrentDocument"3.2方案論證 5\o"CurrentDocument"4設(shè)計(jì)原理及功能說明 5\o"CurrentDocument"4.1電路原理 .6\o"CurrentDocument"4.2功能說明 .7\o"CurrentDocument"5單元電路設(shè)計(jì) 85.1單元電路介紹 .8\o"CurrentDocument"5.2相關(guān)性能指標(biāo)計(jì)算 .9\o"CurrentDocument"5.3Multisim11.0 軟件仿真 10\o"CurrentDocument"6硬件制作與調(diào)試 10\o"CurrentDocument"6.1硬件制作過程 10\o"CurrentDocument"6.2硬件測試 11\o"CurrentDocument"7總結(jié) 12\o"CurrentDocument"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(gè)暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間長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)間間隔不同的閃光燈。此次設(shè)計(jì)主要學(xué)會怎么怎樣結(jié)合數(shù)電知識去實(shí)現(xiàn)需要的電路功能。直線課本知識向?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，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)會結(jié)合數(shù)電知識，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)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。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)會電子電路的焊接、安裝與調(diào)試技能。5學(xué)會如何把課本上的理論知識轉(zhuǎn)化為實(shí)際運(yùn)用。2.2設(shè)計(jì)要求打印《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。根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求，畫出設(shè)計(jì)電路圖，畫出印制電路版圖設(shè)計(jì)時(shí)間：一周學(xué)會制作PCB板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)555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，電路的狀態(tài)就能夠自動地不斷變換，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電路流程圖方案的選擇：方案一優(yōu)點(diǎn)：電路簡單，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，能對燈光的閃爍時(shí)間進(jìn)行控制?？梢愿淖冸娮璐笮「淖儫舻拈W爍時(shí)間。缺點(diǎn)：此方案相對于方案一可實(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.識圖指導(dǎo)圖中（LMC555CM）是555定時(shí)器，對于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，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。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，比較器的輸出接到RS觸發(fā)器上。此外還有輸出級和放電管。輸出級的驅(qū)動電流可達(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，貝A1的輸出為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。4設(shè)計(jì)原理及功能說明4.1電路原理多皆振蕩器電路(b)多皆振蕩器電路(b)工作波形#圖4-1NE555結(jié)構(gòu)圖接通電源后，假定是高電平，貝VT截止，電容C充電。充電回路是VCC—R1—R2—C一地，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C—R2—T一地，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=10ufC1=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輸出方波的占空比為Ri+RRi十4.2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)動電路組成。555定時(shí)器功能介紹，如圖所示：圖4-2NE555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、電子測量及自動控制等方面。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。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。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，貝C1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Vo2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)部兩個(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0.01^F電容接地，以防引入干擾。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5-1NE555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再次對電容C充電，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)C

5.3Multisim11.0軟件仿真利用Multisim11.0軟件對整體電路設(shè)計(jì)進(jìn)行軟件仿真，檢測所設(shè)計(jì)電路是否可行。然后再軟件上檢測每個(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：Reverse一M__I*I-T11nznzTTTReverse一M__I*I-T11nznzTTTTimeChannel_AChannel_B0.000s0.000V0.00070.000s0.000V0.000VD.DDQs0,000V0.000VSave—Ext.trigger圖5-2仿真測試圖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，要會如何會識別各個(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硬件測試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)行測量后，方可轉(zhuǎn)入正常調(diào)試。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仿真測試圖7總結(jié)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。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)警器的工作原理以及它的內(nèi)部構(gòu)造。在電路的設(shè)計(jì)過程中要準(zhǔn)確的知道所需各個(gè)元器件的參數(shù)以及特性，是的試驗(yàn)更加準(zhǔn)確無誤。還有就是在作品調(diào)試時(shí)，總是出現(xiàn)錯(cuò)誤，我