闪光警灯

一、题目的功能及要求：
（一）、闪光警灯控制电路
（二）、功能要求如下：
1、控制红、蓝两种高亮度发光二极管交替闪光，蓝光快闪两下，
然后红光闪一下。

具体参数是蓝灯亮0.2秒，熄0.1秒，再亮0.2秒，之后熄0.5秒，如此循环；红灯则是亮0.5秒，熄0.5秒，照此循环；
2、采用6V直流供电；
提示：
1、注意发光管的驱动设计，一是驱动元件要有足够的承受能力
和较低的功耗，但又不能“大马拉小车”；二是要合理的确定限流电阻的阻值，以使发光管具有足够的亮度而电阻的功耗又较小；
2、时间参数允许有一定的误差，只要能实现蓝光闪两次红光闪
一次，红、蓝两色交替闪烁即可。

3、发光管的参数请查相关资料自行确定。

二、设计思路及方案设计分析、论证：
（一）、设计思路：
要实现LED闪烁，可使用两种方法实现，一种是使用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；另一种是利用555振荡电路，通过电路输出的矩形脉冲来控制LED灯交替闪烁。

然
后通过对题目的分析知道题目功能要求相对简单，利用逻辑电路也能很简单的实现，所以决定用555振荡电路来设计。

（二）、方案设计分析、论证：
题目要求是蓝灯闪两下，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。

三、系统框图：
四、单元电路图：
1、主要元器件的具体参数或规格、型号
2、555定时器：
它的各个引脚功能如下：
1脚：GND(或V CC)源负端VSS或接地，一般情况下接地。

2脚：TR低触发端。

3脚：OUT（或Vo）输出端。

4脚：R是直接清零端。

当R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：CO(或VC)为控制电压端。

若此端外接电压，则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0.01μF 电容接地，以防引入干扰。

6脚：TH高触发端。

7脚：D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。

电阻分压器由三个5kΩ的等值电阻串联而成。

电阻分压器为比较器C1、C2提供参考电压，比较器C1的参考电压为2/3Vcc，加在同相输入端，比较器C2的参考电压为1/3Vcc，加在反相输入端。

比较器由两个结构相同的集成运放C1、C2组成。

高电平触发信号加在C1的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器R端的输入信号；低电平触发信号加在C2的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器S 端的输入信号。

基本RS触发器的输出状态受比较器C1、C2的输出端控制。

8脚：VCC(或VDD)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。

下表为555定时器的逻辑功能表。

2、单元电路介绍
555振荡电路
电路工作波形：
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。

3、主要元器件的参数或规格、型号的方法、理由、依据。

相关性能指标计算 3.1电容充电时间T 1
3.2电容放电时间T 2
3.3电路振荡周期T
T=T1+T2=0.7(R 1+2R 2)C
3.4电路振荡频率f
根据要求蓝灯亮0.2S 熄0.1s ，利用电容充放电的时间计算公式
T 充=0.7（R1+R2）C T 放=0.7R2C
蓝灯亮对应充电时间，熄灯对应放电时间，取电容值C1为10uF ，通过计算确定R1为10K ，R2为14K ，R2取标称值15K ，。

同理，红灯亮
C
R R V V V V T v v v v T CC
CC CC
CC C C C C )(7.03
231ln )
()()0()(ln 211111+=--==-∞-∞=+
ττC
R R T f )2(43.1121+≈
=
C
R T 227.0=
0.5s熄0.5s，取电容值为4.7uF，通过计算，确定R3为10k，R4为152k，取标称值150K。

在实物焊接调试时，R2、R4都采用了500K的滑动变阻器。

五、整体电路图：
电路图：
电路图原理：
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L2不亮，L1亮。

当U2输出为低电平时，L2亮，L1不亮。

通过对时间常数的计算，使得L2闪亮两次L1再亮，这样交替循环即能达到闪光警灯的效果。

六、整体电路的制作、调试：
实物电路图：
Proteus 7仿真电路图及波形
波形：
七、结果：
通过实物电路焊接并调试后，达到了预期效果，虽然存在一定的不可避免的误差，但基本实现了设计题目的要求，并且所用元器件较少、电路原理简单、效果明显，达到了预期目的。

八、心得体会：
本次设计从开始到结束用了两周的时间，比预期时间提前，并且在设计过程中比较顺利，没遇到什么大的困难。

基本上是通过自己独立完成，只是在遇到一些困难时，征求了老师的意见。

通过这次设计，首先，深刻的体会到了分析题目的重要性，通过分析题目并提出设计方案，并且要从多个设计方案中选出一个最佳方案，这就必须要对题目所涉及的各方面进行考虑，包括
是否经济实用，是否低功耗，元器件及实验条件是否允许等综合因素，这就更加需要透彻的分析题目。

其次，通过设计也深刻的理解了555定时器及由它构成的震荡电路的工作原理，并且掌握了一些设计思路，在今后的设计中能够想到并且熟练的利用555定时器进行电路设计。

最后，在设计过程中体会到了独立思考的重要性，遇到自己实在不懂的再去请教老师或同学，这样才能有所提高，总之最重要的是学会独立思考，提高自己分析问题解决问题的能力，这样才能锻炼自己。

九、参考文献及资料：
1.余孟尝主编《数字电子技术》第3版
2.童诗白华成英主编《模拟电子技术》第4版
3.参考网址：
/view/c4f49b38376baf1ffc4fad3d.html
/view/8025dee8551810a6f524862b.html
/view/1102178.htm
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