闪烁警示灯

郑州科技学院
《数字电子技术》课程设计
题目闪光示警灯
学生姓名
专业班级电科（4）班
学号
院（系）电气工程学院
指导教师袁玉霞
完成时间 2012年 10 月 19日
目录
1 课程设计的目的 (1)
2 课程设计的任务和要求 (2)
2.1 设计任务 (2)
2.2 设计要求 (2)
3 元器件的选择 (3)
3.1 闪光灯的类型 (3)
3.2 电容的选用 (3)
3.3 555定时器 (4)
4 设计方案及论证 (4)
4.1 提出方案一 (4)
4.2 提出方案二 (5)
4.3 提出方案三. (5)
4.4 设计思路 (6)
4.5 方案论证 (7)
5 设计原理及功能说明 (9)
5.1 电路原理 (9)
5.2 功能说明 (10)
6 硬件制作与调试 (12)
6.1 硬件制作过程 (12)
6.2 硬件测试 (13)
7 实验过程 (14)
8 总结 (15)
9 心得体会 (15)
参考文献 (17)
附录1：总体电路原理图 (18)
附录2：元器件清单 (19)
1 课程设计的目的
随着改革开放的发展，电子电器也得到了飞速的发展。

人们生活水平有很大提高。

各种电器生活用品如：电动自行车、摩托车、汽车等贵重东西也为许多家庭所拥有。

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﹑防范管理车﹑道路维修车﹑牵引车﹑紧急A/S车、机械设备等开发。

然而，这时候，一些不法分子也越来越多。

人们的安全意识还依然很淡薄，导致了许多严重的事故。

因此，为了减少这样的事情发生，人们便发明了示警闪光灯，提示人们道路上注意安全，因此减少了许多不该发生的事故。

但是市场上的示警闪光灯大部分都是用在一些大公司及政府机构上，现在也越来越多的应用到了人们的出行途中。

此次设计就是设置一种闪烁警示灯，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。

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。

2 课程设计的任务和要求
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 三人一组设计电路,仿真电路,焊接电路连接的实物图,三人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,也可以用来引导人们的行走路径,维护道路的正常通行等.总之警示灯的用处十分广泛。

3 元器件的选择
3.1 闪光灯的类型
示警灯是用来警示人们的，而如今的示警灯样式做的越来越炫丽，红橙黄绿各种颜色的都有，便有了流水灯，这次试验我们用的是红色和绿色的闪光灯，可以放在交通道路用来警示人们注意安全。

3.2 电容的选用
一、电容的分类和作用
电容(Electric capacity)，由两个金属极，中间夹有绝缘材料（介质）构成。

由于绝缘材料的不同，所构成的电容器的种类也所不同：
按结构可分为：固定电容，可变电容，微调电容。

介质材料可分为：气体介质电容，液体介质电容，无机固体介质电容，有机固体介质电容电解电容。

按极性分为：有极性电容和无极性电容。

我们最常见到的就是电解电容。

电容在中具隔断直流电通过交流电的作用，因此常用于级间耦合、滤波、去耦、旁路及信号调谐
电容的种类有很多，可以从原理上分为：
无极性可变电容、无极性固定电容、有极性电容等，
从材料上可以分为：CBB电容（聚乙烯），涤纶电容、瓷片电容、云母电容、独石电容、电解电容、钽电容等。

下面是各种电容的优缺点：无感CBB电容2 层聚丙乙烯塑料
和2层金属箔交替夹杂然后捆绑而成。

无感，高频特性好，体积较小不适合做大容量，价格比较高，耐热性能较差。

3.3 555定时器
555定时器各个引脚功能如下：
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的范围是4.5 ~ 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 ~ 18V。

一般用5V。

3脚：输出端Vo
2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，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：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。

7脚：放电端。

与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。

555定时器工作原理：当2和6脚都处于高电平时，输出是一个低电平，当2脚处于高电平，6脚处于低电平时，输出保持原状态，当2和6脚都处于低电平时，输出时一个高电平。

4 设计方案及论证
4.1 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。

4.2 提出方案二
使用RC震荡电路组成积分电路，输出矩形波，可以实现电路的控制。

4.3 提出方案三
题目要求是蓝灯闪一下，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，初步确定充放电的电容电阻值的范围。

然后再考虑怎样实现两个灯交替闪烁，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，来控制发光二极管闪烁功能。

图4-1 电路流程图
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。

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。

4.4 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4-2电路设计图
识图指导
图中（LMC555CM）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。

4.5 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内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200mA。

NE555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VCC /3，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。

5 设计原理及功能说明
5.1 电路原理
图5-1 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VCC—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=10K R2=200K
C=10uf C1=0.01uf Tw1=0.46 D=0.5
输出高电平时间：
T=(R1+R2)Cln2 （5-1）
输出低电平时间：
T=R2Cln2 （5-2）
振荡周期：
T=(R1+2R2)Cln2 （5-3）
输出方波的占空比为：
（5-4）
5.2 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：
图5-2 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 定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图所示。

它内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 /3 。

555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，则比较器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的范围是4.5 ~16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 ~ 18V。

一般用5V。

3脚：输出端V o
2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，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：VC为控制电压端。

若此端外接电压，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。

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。

6 硬件制作与调试
6.1 硬件制作过程
根据仿真软件所设计的电路图，我们将此电路图运用到实际焊接中。

首先就是要根据电路图，如何连接实物图。

必须满足一下要求：第一，布局要合理，是的实物电路图布局对称好看。

第二，在布局的时候要考虑到如何使用更短的导线，根据焊接需要，要尽可能短的使用导线。

选择好与器件，并认真测试元器件的参数。

将印制电路板的排版设计好并制作。

最重要的是知道一些基本元器件的使用方法，以及会如何去安装一些电器元件。

如本次试验中所用到的NE555定时器，要会如何会识别各个管脚位置，在焊接过程中，怎么样去连接各个管脚与其他电阻电容的连接。

根据电路图连接好实物图，根据布局要求适当的改变一下电阻位置（电路图不变，根据实际要求的电路图）。

电路布局入下图所示：
图6-1 电路实物图
6.2 硬件测试
1.通电观察
先将直流稳压电源接入电路。

此时观察电路有无异常现象，包括有无冒烟、是否有异常气味、手摸元器件是否发烫、以及电源有否被短路等。

如果出现异常，应立即切断电源，并待排除故障后才能再次通电。

经过通电观察，确认电路已能进行测量后，
方可转入正常调试。

2.电路调试
按电路图焊接组装好后，可进行调整。

在调整过程中，未能达到预期的效果，当接通直流电源时，两个LED灯一直闪烁，并没有按照预期效果闪烁，红灯没有起到延时作用，接通电源，红灯就一直亮。

而绿灯可以达到延时的效果。

经过检查电路各个元器件的安装，与电路图对比。

没有发现有错的地方。

此次调试过程中，未能达预期效果。

在测试过程中，当接通电源电压时，两个灯并没有出现交替闪烁的情况，而是红灯闪烁频率太大，一直闪烁，即延时的时间短暂，红灯一直闪烁，而绿灯出现闪烁延时。

电路仿真图：
图6-2 仿真测试图
7 实验过程
逐个识别和检测各元器件：1测量区分各不同阻值的电阻2识别电解电容的正负管脚 3 识别晶体管的E/B/C管脚4识别555的8个管脚的正确顺序。

按照电路图顺序依次焊接各元器件，注意电解电容和晶体管的管脚一定不要接反，555定时器对应安装位置一定要先插底座，待底座焊好后再接555。

组装时遵循先小后大，先低后高的原则。

8 总结
（1）设计实训是一个理论联系实际的活动，他不仅要求我们懂得理论知识，而且还要求我们有足够的变通能力，在一种方法走不通的情况下，可以用冷静的头脑找到其他的解决方法，然后通过合理的路线达到我们的最终目标。

（2）设计实训能很好的把我们平时学到的书本知识与实际相结合起来，使两者能够很好的融会贯通。

（3）设计实训能很好的巩固和发展我们平时学习的知识和实践所具备的分析问题，解决问题的能力，更加深了对理论知识的理解，并留下了很深刻的印象。

（4）设计实训并很好的锻炼了我们的动手操作能力和交流能力，我们的综合能力得到了很好的提高。

使我们能够更好地融入社会实践。

9 心得体会
在大二我们也有过类似的实训，那时我们首要的任务是学习用电烙铁焊接电路，其次通过焊接一些小的电子产品来学习产品电路原理。

这次不同了，是通过自己设计电子产品，研究电路原理。

自己独立思考，设计，整理原理而成。

这次电子系统的制作
使我们学到了很多知识，收获很多。

使我们受益匪浅，不仅巩固了我们所学的知识，更加深了我们对所学知识的认识。

而且更加深了同学之间的友谊。

这次实训以前，我基本把以前学的数电知识忘了，在设计了课程设计电路后我又从新认识了数电，而且这次是自己动手制作，把那知识记得更牢固了。

也识得了以前不知道的元器件，对以前不太熟悉的元件有了更深一步的认识。

这次又更加熟悉了怎样进行电子仿真即在电脑上对电路的设计。

在设计原理中，我们相互讨论，消除疑惑，锻炼了我们的沟通能力。

在元件的布置和焊接过程中我们充分利用了电路板的空间，合理布局，使我们的作品更加美观。

在这次实训中，我不仅学到了有关设计检测的一些技巧，更让我懂得团结就是力量的含义，只要能够团结起来，结果会出乎意料的。

通过本次实验，也让我更加认识到自己的不足，我的理论基础不够扎实，认识到实践要用理论作指导。

只有在扎实的理论分析下，再加上一定的实践，才能获得较理想的结果。

参考文献
[1]孙余凯.555时基电路识图.北京：电子工业出版社,2007.1：129-130
[2]谢自美.电子线路设计·实验·测试[M].武汉：华中科技大学出版社，2006:76-77
[4]综合电子论坛
附录1：总体电路原理图
附录2：元器件清单
序号名称型号规格数量
1 555定时器NE555 2
2 瓷片电容0.01uF 1
3 电解电容10uF1
4 电解电容 4.7uF 1
5 电阻10K 2
6 电阻330Ω 2
7 电阻150K1
8 电阻20K1
9 电池 1.5V4
10 导线若干。