数电课程设计闪光示警灯.doc

科技学院《数字电子技术》课程设计题 目闪烁警示灯 学生 专业班级 电子科学与技术四班学 号 院（系）电气工程学院 指导教师 袁玉霞 完成时间 2013年3月9日目录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。

提出方案二题目要蓝灯闪一下，然后红灯闪一下，可利用两个555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 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 烁功能方案的选择：方案一 优点：电路简单，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（LMC555C）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 200mANE555 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VCC3，则A1 的输出为 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4 设计原理及功能说明4.1电路原理a>1多•皆振游器电普图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VC(— R1— R2- 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C-R2-T—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 3= 0.01uf Tw仁 0.46 D=0.5输出高电平时间：T=(R1+R2)C In2输出低电平时间：T=R2Cl n2振荡周期：T=(R1+2R2)C In2输出方波的占空比为 ：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：8 7 6 5厂I □白门)NE555U U U U12 3 4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定时器的部电路框图和外引脚排列图分别如图所示它部包括两 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 /3555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,贝吐匕较器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的围是4.5 ~ 16V, CMO型时基电路VCC的围为3 ~ 18V一般用5V3脚：输出端Vo2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，贝U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 0.01 UF电容接地，以防引入干扰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。