爆闪警灯

爆闪警灯
一、设计任务与要求
设计一个爆闪警灯，控制红蓝两个灯泡交替闪烁，红灯闪两下，完了蓝灯闪两下，红灯闪的时候蓝灯不亮，红灯闪完蓝灯闪的同时红灯也不亮，两灯按照这个规律循环闪烁。

采用5V直流供电
二、总体框图
555振荡器如图1-1
与门灯计数器
555
灯
非
门
图1-1 555振荡器
它的各个引脚功能如下
1 脚：GND(或 VCC)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 0.01μ F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
下图为555的工作波形和各个管脚的结构如图1-2
图1-2 555振荡器结构
电路工作波形如图1-3
图1-3 555振荡器工作波形
电路的工作原理
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U为低电平小于1/3Vcc，故 2、6 脚均为低电平，输出电压为高电平放电管 VT 截止。

这时电源经 R1、R2 对电容 C 充电使电压 U上升，当 U上升到 2/3Vcc 时输出电压为低电平，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 的放电电压下降，当电压下降到 1/3Vcc 时，输出 U0 为高电平，放电管 VT 截止，电源再次对电容 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。

同步4位二进制加法计数器74LS163
74LS163是同步4位二进制加法计数器，具有同步预制端LOAD，同步清零端CLR，使能控制端ENT，ENP和进位端RCO。

技术器在时钟CP上升时进行预置，清除和计数器操作。

表1-1是74LS的功能表
表1-1 74LS163功能表
在同步清零电路中，清零端出现低电平后还要等C P信号有效沿到达后才能将触发器清零。

而异步清零电路中，只要清零端出现低电平，触发器立即被清零，不受CP脉冲信号的控制。

其引脚图如下
图1-4 74LS163引脚图
另外要实现 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。

三、器件的选择
（1）555振荡器结构如上图1-2 一个
功能表如表1-2
表1-2 555振荡器功能表
内部结构如图1-5
图1-5 555振荡器内部结构
作用：产生振荡波如上图1-3
（2）计数器74LS163 一个
结构引脚如上图1-4
功能如表1-3
表1-3 74LS163功能表
从74LS163功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。

当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS163输出端Q3、Q2、Q1，Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。

而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。

74LS163还有一个进位输出端CO，其逻集关系是
C O=Q0·Q1·Q2·Q3·CET。

计数器的清零功能和置数功能，
（3）与门两个如图
1-6
图1-6 与门符号
真值表如表1-4
表1-4与门真值表
内部结构
如图1-6
图1-6与门内部结构
（4）非门一个
符号图1-7
A
Y
输入输出
A B Y
0 0 0
0 1 0
1 0 0 1 1 1
图1-7非门符号
真值表如表1-5
表1-5 非门真值表
输入输出
A Y
0 1
1 0
内部结构如图1-7
图1-7非门内部结构图
（5）灯泡两个
红灯一个蓝灯一个
四、功能模块
555振荡电路仿真电路图图1-8
计数器74LS163仿真电路图图1-9
与门和非门的仿真电路图图1-10
555振荡器产生的脉冲和和计数器相互作用来控制灯的闪烁，由于用的是QB端，其输出是如表1-6
表1-6QB输出端
QB
1
1
1
1。

当QB输出为00时蓝灯亮，当QB输出为11时红灯亮
五、总体设计电路图
（1）电路原理图如图1-8
工作原理是QB端的输出信号和555振荡器的输出信号相互作用来控制两个灯泡的闪烁，其QB端的输出如表1-6，当QB输出是00的时候，555为高电平时由于计数器和非门的作用使其变为高电平，所以蓝灯亮，同理当QB的输出为11时，当555出来的信号为高电平时红灯亮，由于非门的作用蓝灯输出为低电平，所以蓝灯不亮。

（2)M ultism的仿真结果如图1-8
图1-8仿真结果。