电路与电子线路基础》课外设计制作
总结报告
题目(A)：555时基电路设计
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2015年日
一、电路设计方案及实验原理
1.555基本组成及工作原理
555时基集成电路各管脚的作用：脚①是公共地端为负极；脚②为低触发端TR，低于1／3电源电压以下时即导通；脚③是输出端V，电流可达2000mA;脚④是强制复位端MR，可与电源正极相连或悬空;脚⑤是用来调节比较器的基准电压，简称控制端VC，不用时可悬空，或通过0.01μF电容器接地;脚⑥为高触发端TH，也称阈值端，高于2/3电源电压时即截止;脚⑦是放电端DIS;脚⑧是电源正极VCC。555 含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关管T，比较器的参考电压由三只5K电阻器构成的分压器提供。它们分别使高电平比较器A1的同相输入和低电平比较器A2的反相器、、输入端的参考电平为2/3VCC和1/3VCC。A1与A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号自6脚，即高电平触发输入并超过参考电平2/3VCC时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于1/3VCC进，触发器复位，555的3脚输出高电平，同时放电
开关管截止。RD是复位端（4脚),当RD=0.555输出低电平。平时RD端开路或接VCC.
2、单稳态电路工作原理
单稳态电路是具有一个稳定状态的电路。稳定时，时基电路处在复位态，输出端３脚为低电平，此时７脚也处在低电平，所以定时电容Ct无法通过定时电阻Rt 放电。
如果在输入端输出一个负脉冲触发信号V1，使５５５触发端的２脚获得一个小于VDD/3的低电平触发信号，根据前面的内部结构图和真值表，可知时基电路置位，输出脚３跳变为高电平，电路即翻转进入暂态；同时５５５内部晶体管截止，７脚被悬空（即虚高），解除对Ct的封锁，正电源VDD通过Rt向Ct充电，使阈值端６脚电平不断升高，当升至２VDD/3时，由真值表知，时基电路复位，３
脚与７脚恢复低电平，暂态结束，电路翻回稳态。此时Ct储存的电荷通过５５５内部的放电晶体管对地放电，为电路下次触发翻转做准备。
电路暂态时间ｔ即３脚输出高电瓶的时间由Ct上的电压从０充电到2VDD/3的时间，满足下式：
ΔV=2VDD/3=VDD(1-e-t/RtCt)
即：t=-RtCtln(1/3)≈1.1RtCt
3、无稳态工作电路
无稳态电路是没有固定稳态的电路，时基电路始终处在置位和复位的反复交替中，输出脚３的输出波形近似为矩形波。因为矩形波的高次谐波非常丰富，因此也叫自激多谐振荡电路。
电路如图，当初次通电时，因电容C1两端电压不能突变，５５５的２脚为低电平，由真值表可知，时基电路置位，即３脚为高电平，内部放电晶体管截止，７脚被悬空。此时正电源VDD通过R1、R2向C1充电，经过时间t1，C1两端电压即阈值端（６脚）电平升至2VDD/3，这时时基电路反转复位，３脚输出低电平，同时北部放电晶体管导通，７脚也为低电平，此时C1储存的电荷通过R2向７脚放电，使C1两段电压即５５５的触发端２脚电平下降，经过时间t2后降到VDD/3，完成一个周期。
此后，时基电路又翻转置位，３脚又为高电平，７脚再次悬空，如此周而复始，C1不断充电和放电，电路引起振荡。
３脚输出高电平即C1的充电时间：
t1=-(R1+R2)C1ln[(VDD-2VDD/3)(VDD-VDD/3)]≈0.693(R1+R2)C1
３脚输出低电平即C1的放电时间：
t2=-R2C1ln[(VDD-2VDD/3)(VDD-VDD/3)]≈0.693R2C1
振荡周期为：
T=t1+t2=0.693(R1+2R2)C1
振荡频率为：
f=1/T=1.44/(R1+2R2)C1
（1）下图是用555时基电路组成基本形式的振荡器，请按图完成电路的制作，测试振荡器输出波形。已知f=1.44/(R1+2R2)C，设：f=1KHz，试确定R１；R２；C 之值。
根据公式f=1.44/(R1+2R2)C可得只要改变R1，R2和C的值就可以改变输出波形的频路，因此该实验可以将R1，R2变为可变电阻，把电路焊接出来之后通过改变滑动变阻器的阻值并观察波形即可,通过R1、R2、C的搭配，实现输出频率为1kHz。
（2）电路A：10秒—60秒连续可调的定时电路。
了解到555电路的单稳态电路的特性之后，该功能可设计成555单稳态电路，通过复位开关闭合使电容放电，之后复位开关自动复位，电容继续充电，充电的时间即为指示灯点亮的时间。
（3）电路B：防盗报警电路
由于我们使用的是直流蜂鸣器，所以电路B的设计方案就与电路A的设计方案相同。
（4）电路C：液位监控电路。
该电路由单稳态电路和多稳态电路组成。借助555的4接口接低电平就会强制复位电路不工作的原理用单稳态电路控制多稳态电路，通过调节振荡电路充放电电
阻的阻值来控制高低电平的时间，从而实现电路响10s停10s的效果。
二、原理图
（1）测试振荡器输出波形
根据公式f=1.44/(R1+2R2)C，先确定电容C=0.01uf,通过计算可以得到R1+2R2=144k Ω,通过软件仿真调节变阻器的阻值，发现当R1=44kΩ,R2=50kΩ比较合适。
（2）电路A：10秒—60秒连续可调的定时电路。
电路原理：在未按下复位开关时，接上电源，电容充电。按下复位开关的瞬间，电容被短路，迅速放电，555的2端和6端处于低电平，3端输出高电平，发光二极管发光，当复位开关复位时，电源继续给电容充电，当2,6端电压达到2/3vcc 时，2,6端为高点平，3端输出低电平，发光二极管熄灭。电容充电到2/3vcc的时间即为二极管发光的时间。通过改变R的大小即可改变电容充电的时间。（3）电路B：防盗报警电路
该电路原理与电路一相同，当复位开关闭合瞬间，电容迅速放电，2,6端为低电平，3端输出高电平，蜂鸣器发出响声。当复位开关复位时，电源通过
R给电容充电，当2,6端电压达到2/3vcc时，3端输出低电平，蜂鸣器停止发出响声。
(4)电路3：液体监控电路：
该电路由一个单稳态电路和一个多稳态振荡器成，根据4端为低电平555强制复位的原理，将单稳态电路的3端接多稳态电路的4端，通过控制单稳态电路的输出端3的电平高低来控制振荡器是否工作，通过控制振荡器中充放电电阻的大小控制振荡器输出高低电平的时间，从而达到蜂鸣器响10s,停10s 的效果。当达到监控液位时，电容C1迅速放电，单稳态电路的2,6端为低电平，输出3为高点平，多稳态电路的4端接高点平之后，振荡电路开始工作。
三、完成过程
1、焊接之前：在开始焊接时，我们对一些元件的性能和焊接方式并不了解，比如555的8个脚的位置，以及555焊接方法，我们是一头雾水，通过查找资料才搞清楚了555的焊接方式以及几个脚的位置和功能。其次是我们设计的电路中的很多电阻和电容实验室没有那种规格，所以一些大电阻是找了几个电阻串联，大电容找了几个小的电容并联，一些实在没有的我们就把电路的参数给修改了一下。
2、焊接过程中：为了方便，我们在设计电路的时候把555的几个脚的位置给打乱，结果在焊接的过程中把8个脚焊在电路中并不是一件很容易的事情。其次是电路中很多都是几条导线连接在一个点上，这时就需要两个人的相互配合，而且
在焊接过程中应该注意电解电容的极性以及发光二极管的极性。
3、调试过程
我们首先焊的是第三个电路板，在焊接之后接上电源发现蜂鸣器没有发出声音，因为有两个555电路，所以我们就逐一排查，我们先将555的单稳态的电路和多稳态电路断开，即将单稳态电路的3输出口与多稳态电路的4输出口断开，将蜂鸣器接在单稳态电路的3输出口，发现蜂鸣器能发出声音，这说明单稳态电路是没有问题的，当我们将多稳态电路的4端接上高电平时，振荡器并没有工作，于是就将范围缩小到多稳态电路，我们就考虑是不是555烧坏了，于是我们就换了一个555，之后，蜂鸣器就正常工作了，但是蜂鸣器一直在响，并没有达到响10s,停10s的效果。当我们再次检查电路时，发现是电路中的一根导线断开了，结果使2,6端一直处于低电平，蜂鸣器一直在响。
接着是连续可调10到60s的电路，在焊接之后，接上电源二极管并没有发光，之后发现是因为我们所加的电压太小，但是当二极管发光之后，它就一直处于发光状态，并没有在一定时间之后灭掉，通过分析，我们认为是555的2,6端一直处于低电平状态，造成3输出端一直输出高电平，之后用万用表的电压档测量各元件电压时，发现电阻两端均有电压，只有电容两端没有电压，我们就把范围缩小到电容，当时以为是电容被损坏，但是换了新的电容之后还是不行，最后就从电容短路这个方面出发想到可能是并联在电容两端的开关的问题，当我们把开关从电路中断开时，电路达到了要求。由于接的开关是可复位的开关，我们并不了解复位开关的焊接方法，通过查找资料，果然是开关的接法不对。
有了前两次的经验，触摸开关这个电路进行的比较成功。
四、实验结果及分析等
（1）根据公式f=1.44/(R1+2R2)C，先确定电容C=0.01uf,通过计算可以得到R1+2R2=144kΩ,通过软件仿真调节变阻器的阻值，得到R1=44kΩ,R2=50kΩ，示波器上输出的为1kHZ的方波。
（2）实验结果：将变阻器置于最小处，接上电源，由于电容有个充电的过程，刚开始二极管会发光一段时间停止发光。按下复位开关之后，二极管发光10 s 之后停止发光。改变变阻器的电阻置于47kΩ,按下复位开关，二极管发光60s 之后停止发光。
（3）接上电源，由于电容有个充电的过程，刚开始蜂鸣器会响一段时间后停止发声。按下复位开关之后，蜂鸣器发声10 s之后停止发声。
（4）接上电源，由于电容有个充电的过程，刚开始蜂鸣器会响一段时间之后停止发声，将单稳态电路电容两端的导线短接，蜂鸣器会发声，响的时间为10s,停的时间为10s,如果导线继续短接，蜂鸣器就会重复响10s,停10s。如果导线停止短接，蜂鸣器响10s之后就会停止发声。