湖南省娄底职业技术学院
毕业设计
系部电子信息工程系
专业应用电子技术
班级
姓名
学号
指导老师
题目数字流水灯设计
出题时间2012年11月15日
完成时间2012年12月30日
目录
一、方案论证、比较与选择 (2)
1.1工作时钟源设计 (2)
1.2 方案的选择 (2)
二、系统电路的组成 (3)
2.1 设计框图 (3)
2.2 555定时器电路 (3)
2.3 CD4017十进制计数器电路 (6)
3.4 发光二极管显示电路如图7所示 (9)
3.5 电路工作原理 (10)
三、整体电路的设计 (11)
3.1 元器件的选择 (11)
3.2 仿真原理图 (12)
3.3 PCB板的制作 (12)
3.5 安装和焊接 (15)
四设计心得体会 (18)
致谢 (18)
结束语 (19)
摘要：采用数字集成电路的控制方法,结合十进制计数器/译码电路设计了该控制系统。该系统由电源、时钟电路、计数器和译码显示电路4部分组成。能实现任意方式的流水,只要改变每路发光二极管的数目和图案,就可以实现随心所欲的流水花样。它可作为工作状态指示,具有环保、节能等特点。
关键词：流水灯 555定时器 CD4007 灯在脉冲作用下顺序，循环点亮。
一、方案论证、比较与选择
1.1工作时钟源设计
A、采用555定时器接成的多谐振荡器。
555定时器是多用途的数字—模拟混合集成电路，利用它能极方便的构成施密特触发器，单稳态触发器和多谐振荡器，使用灵活，方便。555定时器在波形产生和交换，测量与控制中应用广泛成熟准确。
B、采用三极管多谐振荡器
三极管多谐振荡器是一种矩形脉冲产生电路，这种电路不需外加触发信号，便能产生一定频率和一定宽度的矩形脉冲，常用作脉冲信号源。由于矩形波中含有丰富的多次谐波，故称为多谐振荡器。多谐振荡器工作时，电路的输出在高、低电平间不停地翻转，没有稳定的状态，所以又称为无稳态触发器。
C、方案比较
555定时器接成的多谐振荡器产生的时钟信号驱动能力较强，555通过改变R和C的参数就可以改变振荡频率，电路参数容易确定，使用简单，信号稳定，调试方便，而三极管多谐振荡器，不易调试，输出信号驱动能力不强且信号不够稳定，故选用555定时器接成的多谐振荡器作为系统的时钟源。
1.2 方案的选择
根据比较，最终选择方案A采用555定时器接成的多谐振荡器。
二、系统电路的组成
2.1 设计框图
基本原理设计框图如下图1所示
图1设计框图
2.2 555定时器电路
A 555定时器电路原理介绍如图2所示
图2 555芯片运用定时电路
定时器由一块时基集成电路NE555和C1、C2、R1、R2等组成（其中C1为延时充电电容，C2为抗干扰隔离电容，R1、R2为延时充电电阻，而R2又为放电电阻）。通电后，因电容C1两端电压不能突变，2脚的电压为低电平，集成块NE555的内部触发器被置位，3脚输出高电平。同时，由于电源经电阻R1和R2向C2充电，使6脚和2脚的电压不断提高，当电位上升到VCC的2/3时，集成块NE555的内部触发器被复位，3脚的输出电压翻转为低电平。同时集成块NE555内部的放电管导通，即7脚通过内部的放电管和1脚相通，C2上储存的电荷就通过R2、7脚放电，使6脚和2脚的电压不断下降，当电位降低到VCC 的1/3时，集成块NE555的内部触发器被置位。同时集成块NE555内部的放电管截止，7脚被悬空，电源又通过R1、R2向C2充电，使6脚和2脚的电压不断提高……如此，周而复始，形成振荡。
输出端的高电平维持时间取决于电容C2的充电时间常数，输出端的低电平维持时间取决于电容C2的放电时间常数。由于R2≥R1，故可以认为f放≈f充，目的是减小彩灯熄亮交替的时间间隔的差异。如用作其他情况，需要调整R1、R2、C2的参数。综上分析，3脚始终处于高电平和低电平的二进制变化状态，故此电路又称为无稳电路。
B 555定时器简介
555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。功能表如表1所示
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。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。
在1脚接地5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为
的情况下，
当555定时器组成自激多谐振荡器时，
输出的矩形脉冲的周期为：T=0.7*（R1+R2）*C。
高电平暂稳态的持续时间为：T1=0.7*（R1+R2）；
低电平的暂稳态持续时间为：T2=0.7R2*C。占空比：q%=R1/(R1+R2)
图3 555定时器引脚功能图
2.3 CD4017十进制计数器电路
A CD4017十进制计数器电路原理如图4所示
图4 CD4017显示图
其功能是：当复位端Cr加上高电平和正脉冲时，输出端Q0为高电平，其余9个输出端Q0～Q9均为低电平。时钟输出端CP对输入时钟脉冲的上升沿计数，EN则对时钟脉冲的下降沿计数。Q0～Q9这10个输出端的输出状态分别与输入的时钟个数相对应。如从0开始计数，则输入到第1个时钟脉冲时，Q1就变成高电平，输入第2个时钟脉冲时，Q2变成高电平……直到输入第10个时钟脉冲，Q0变为高电平。同时，进位端C0就输出一个进位脉冲，作为下一级计数的时钟信号。Cr为复位端，也为清零端。当Cr输入高电平时，电路复位，即输出端Q0为高电平，Q1～Q9为低电平。如此反复，只要集成块NE555的3脚送来的二进制信号不消失，CD4017将二进制信号转换为十进制信号的计码工作就会反复进行下去。
由此可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。
A CD4017十进制计数/分配器的介绍
CD4007由3 个n 沟道和3 个p 沟道增强型MOS 晶体管构成通过改变晶体管各单元的连接可广泛用作反相器波形整形电赂与非或非门线性放大
器时钟门 传输门和高扇出缓冲器等电路CD4017提供了14引线多层陶瓷双列直
插
D 熔封陶瓷双列直插 J 塑料双列直插 P 和陶瓷片状载体 C 4 种封装形式
推荐工作条件: 电源电压范围 3v 18v
输人电压范围 0v Vdd
工作温度范围: M 类 –55 125E 类 –40 85
极限值: 电源电压 –0.5v 18v 、输入电压 –0.5v Vdd 0.5v
输人电流 士10mA 贮存温度、 –65 150焊接温度 235
引出脚功能符号:
A D 互补对栅极 G 互补对P 管源极 J 反相器P 管源极
B E 互补对P 管漏极 H 互补对N 管源极 K 反相器N 管源极
引脚分配
图5 引脚分配 图 U1
4017BD_10V O03O12O24O37~CP113MR 15CP014O410O51O65O76O89O911~O5-912
引脚说明
3个输入端
（2个时钟输入端CP的14脚、EN的13脚复位端Cr的15脚）。
有10个输出端Q0～Q9
（依次为3脚、2脚、4脚、7脚、10脚、1脚、5脚、6脚、9脚、11脚）。
还有一个进位端CO 。
CD4017 内部结构图如图6所示
图6 CD4017 内部结构图
3.4 发光二极管显示电路如图7所示
图7显示电路图
发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材
料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。
3.5 电路工作原理
设计的多功能流水灯原理电路图如上图所示。原理电路图由振荡电路、译码电路和光源电路三部分组成。在设计电路时，本文选用的脉冲发生器是由NE555与R2、R3及C3组成的多谐振荡器组成。主要是为灯光流动控制器提供流动控制的脉冲，灯光的流动速度可以通过电位器RP进行调节。由于RP的阻值较大，所以有较大的速度调节范围。灯光流动控制器由一个十进制计数脉冲分配器CD4017和若干电阻组成。电路工作图如图8所示
图8电路工作图
三、整体电路的设计
3.1 元器件的选择
元件清单如表2所示
3.2 仿真原理图
图9仿真原理图
仿真过程电路的连接与仿真是我们这次毕业设计的主要任务之一，也是整个过程的最难的阶段。仿真这部分工作在WWB仿真软件上进行。对于电路的仿真分为几个部分，分别对电路各个部分的功能都进行仿真调试之后，每连接一部分都要调试一次，才能确保最后的成功。
EWB这个仿真软件以前用的很少，对它的基本仿真过程不是很了解，而且有些器件的位置也不是很明确，只能一边学习，一边仿真，过程很慢但收获很多。
用EWB软件对已经画好的流水灯电路图进行仿真。仿真中电路图实现的功能有八个发光二极管按顺序依次亮灭，按下复位开关后又恢复从新亮灭。当如果按下定时开关，八个发光二极管隔断时间亮灭。
3.3 PCB板的制作
在各单元电路设计的基础上，用 DXP 软件画出单元电路，再把各个单元电路连
接起来，画出符合软件要求的系统整体逻辑电路图。系统整体电路设计完成后，对系统整体进行仿真，验证设计的正确性。通过查阅数字电路器件手册或网络，掌握所选电子元器件，尤其是中大规模集成电路的性能、引脚定义以及封装形式，明确各器件的输入端、控制端对信号的要求和输出信号的特点。画出电路图后，检查无误就对每个器件进行封装，再生成PCB文件，设置好焊盘的大小，元件的尺寸大小后按照原理图把器件的位置摆放规范，设置好布线规则。在设置成单层板后就可以布线了，布完线后检查无误就能做电路板如图9所示
图10 PCB图
3.4 电路板的制作流程
本次我采用的是腐蚀法手工制作PCB板，制作方法有如下几步：
1、打印PCB图
先设置打印层面，在设置打印尺寸，这时候要考虑覆铜板的大小，将要打印的原理图打印在转印纸的亚光面
2、转印PCB图
根据电路板的大小裁剪所需要的覆铜板，不要太大，也不要太小，大小适中；然后将打印的电路板图形和覆铜板贴紧，并固定好；等转印机的温度达到150度之
后，将覆铜板放进去转印。按照上述方法，重复2～3次，电路板图形即可转印到覆铜板上，如果转印后有断线，可以用油性墨笔修复。
3、腐蚀、清洗及修整
首先将固体三氯化铁和水按比例（三氯化铁35%，水占65%）溶化在塑料盘里，接下来将转印有电路图形的覆铜板放入塑料盘中，这时候要注意，要确保三氯化铁溶液能够完全浸泡覆铜板，浸泡几分钟后，三氯化铁水溶液即可腐蚀掉不需要的铜箔，当不要的的铜箔完全被三氯化腐蚀完后，应立即将电路板取出，用清水冲洗残余的三氯化铁，最后用小刀或者刀片将电路板上应腐蚀而未腐蚀的铜箔及有毛刺的铜箔进行修整。
4、钻孔、涂助焊剂
首先用手动钻孔机在电路板上元器件引脚的过孔位置钻出合适的引脚孔，，然后用细砂纸将电路板及引脚过孔打磨干净，最后立即在电路板电子线路部分涂上助焊剂，防止电路板上的走线和焊盘氧化，助焊剂的制作方法（松香占22%，酒精占78%混合而成就是助焊剂）。制作的PCB如图3—6所示。
5、印字符层
将字符层打印在转印纸上面，然后把打印好字符层的转印纸贴在覆铜板的反面，固定好，再放入转印机里面，最后字符层就制作成功了。
图11 pcb板
3.5 安装和焊接
1、焊前准备
（1）熟悉所焊印制板的装配图，并按装配图检查元器件型号、规格及数量是否符合图纸上的要求，发现问题应及时向有关人员反映。
（2）材料代用一律以技术部下发的“元器件代换通知单”为准，其它人员无权作更改代用决定。
（3）检查各种元件的引线是否氧化过重、元件标识是否不清，如有以上情况，必须将其挑选出来以作其它处理。
（4）检查印制板是否有变形挠曲。
2、装焊顺序
一般情况下，应按电阻、电容、二极管、三极管、集成电路、大功率管顺序插焊。
元器件装焊顺序依据的原则是：先低后高，先小后大。
3、插装方法
（1）电路板一般采用插焊方法。
（2）对于轴向两端元件均指卧式插法。元件体距离印制板表面距离应在
1.5mm左右，对于大功率的二极管、电阻高度距离应为2~5mm，以便散
热。
（3）插装时，应将元件的标识置于便于辨认的方向（除特殊要求外），对于卧焊的元件，元件标志位于元件的上方。对于呈行列顺次排列的元件，
其标识应以整齐美观为原则。
图12产品装配图
3.6 实验调试与分析
完成电路设计，安装元器件及连好导线后，进行实验结果测试。实验前首先完成以下步骤：
1.检查电路原理图及导线的连接。在电脑上仿真，能够得出正确的实验现象，所以电路原理图正确。检查导线的连接是否与电路原理图上一致。
2.检查导线的连接。对照电路原理图，用数字万用表打到合适的档位，测试各对应的接点是否连接好并导通。
3.检查实验仪器和器材是否完好。电源5伏直流电压输出正常，CD4017芯片测试其功能均正常，用万用表检查开关，按下时导通均正常。
完成上述步骤后，接通5伏的直流电源，实验现象为：
按下开关，发光二极管出现循环亮暗变化，其中包括单向循环以及间歇亮暗，通过改变相关电阻或电容的大小，进一步确定发光二极管各自发光停留的时间，从而形成多彩的流水灯效果。
至此，多功能流水灯电路设计，调试与实验成功。
四设计心得体会
4.1 心得体会
时间如流水细而不断，看起来漫长，却无时无刻不在逝去；想挽留，但无力回天，一伸手，有限的时光却在指间悄然溜走，我的毕业设计终于结束了。在这期间我收获了很多让我体会到有笑有累的光阴。非常感谢学校的老师一直陪伴着我们，每当思路上遇到困难的时候都是因为你们的帮助。
通过这次的设计，加深了我们对单片机理论的理解，加强了理论联系实际的能力，而且还培养了我们不畏困难的挑战精神，从而不断地战胜自己，超越自己，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻言放弃。设计过程，也好比是我们成长的历程，常有一些不如意，这就像是对我们人生的挑战，勇敢过，战胜了，胜利的钟声也就一定会为我们而敲响。
这个设计过程中，我们遇到了许多困难，例如在程序的编写过程中常常出错，经常把共阴级和共阳级程序弄混。最后在我们共同的努力下，经过多次的尝试我们的程序终于仿真成功。有时候，面对这些困难，真想要就此罢休，但是经过同伴的鼓励我明白了结果并不是全部，过程也是非常重要的。最终，我们完成了这个设计，虽然不是很成功，但是我们却学到很多东西，可以说这次课程设计是我们大学生活不可多得的一次经历。
总之虽然这次的毕业设计结束了，但我学到了很多，但我知道这只是一个开始而已。我要对自己的有更高的要求，才能作为动力不断的取得新的成绩。
实习设计中让我学会了不少东西。原来那种浮夸的心态没有了，取而代之的是脚踏实地的努力工作学习。当我摆正自己的心态，以积极乐观向上的心态投入到设计当中，突然觉得心中又多了一份人生的感悟，这次毕业设计让我深刻的体会到了专业的重要性，让我给自己有了一个更好的定位，为将来的工作打好了基础。
致谢
毕业论文暂告收尾，这也意味着我在娄底职业术学院的三年的学习生活既将结束。回首既往，自己一生最宝贵的时光能于这样的校园之中，能在众多学富五车、才华横溢的老师们的熏陶下度过，实是荣幸之极。在这三年的时间里，我在学习上和思想上都受益非浅。这除了自身努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的，老师的谆谆诱导、同学的出谋划策及家长的支持鼓励，是我坚持完成论文的动力源泉。在此，我特别要感谢我的导师xxx老师。从论文的选题、资料的采集、框架的设计、结构的布局到最终的论文定稿，他都费尽心血。没有xxxx老师的辛勤栽培、孜孜教诲，就没有我论文的顺利完成。最后要感谢我的家人以及我的朋友们对我的理解、支持、鼓励和帮助，正是因为有了他们，我所做的一切才更有意义；也正是因为有了他们，我才有了追求进步的勇气和信心。时间的仓促及自身专业水平的不足，整篇论文肯定存在尚未发现的缺点和错误。恳请阅读此篇论文的老师、同学，多予指正，不胜感激！
用555定时器组成多谐振荡器
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用555定时器组成多谐振荡器 一、电路结构 多谐振荡器是无稳态电路，两个暂稳态不断地交替。图1为用SG555组成的多谐振荡器电路图。利用放电管V作为一个受控电子开关，使电容充电、放电而改变UC 上升或下降。 令UC=TH=TR ，则交替置0,置1。R1，R2和C为定时元件。 图1 用555定时器组成多谐振荡器 二、工作原理
1，接通电源Vcc后，Vcc经电阻R1，R2对电容C充电，其电压UC 由0按指数规律上升，当UC≥2/3Vcc时，电压比较器C1和C2的输出分别为：UC1=0，UC2=1 基本RS触发器被置0，Q=0,Q=1，输出U0跃到低电平UOL 于此同时，放电管V导通，电容C经电阻R2、放电管V 放电电路进入暂稳态。 2，随着电容C的放电，UC随之下降。 当UC下降到UC ≤2/3Vcc ，则电压比较器C1和C2的输出为UC1=1，UC2=0 基本RS触发器被置1，Q=1,Q=0，输出U0由低电平UOL跃到高电平UOH 同时，因Q=0，放电管V截止，电源Vcc又经电阻R1，R2对电容C 充电。 电路又返回到前一个暂稳态。
3，这样，电容C上的电压UC将在2/3 Vcc 和1/3Vcc之间来回放电和充电，从而使电路产生了振荡，输出矩形脉冲。 三、输出波形 图2 多谐振荡器的工作波形 多谐振荡器的振荡周期T为： T=tw1+tw2 tww1为电容C上的电压由1/3 Vcc下降到2/3 Vcc 所需要的时间，充电回路的时间常数为 (R1+R2)C tww1可用下式估算
实验题目：用555定时器设计一个时钟信号源，频率为f=1KHz，占空比为60%。 实验报告： 一、实验相关信息 1、实验日期： 2、实验地点： 二、实验内容 用555定时器设计一个时钟信号源，频率为f=1KHz，占空比为60%。 三、实验目的 1、了解555定时器的工作原理和电路结构； 2、掌握555定时器的典型应用。 三、实验设备、元器件 1、实验仪器：（写清型号） 2、实验元器件： 四、理论计算 （1）555多谐震荡器电路结构 图1 多谐振荡器 （2）工作波形
（3）工作过程简述 接通电源后，电容C 被充电，νc 上升，当νc 上升到 Vcc 32 时，触发器被复位，同时 放电T 导通，此时 νo 为低电平，电容C 通过R 2 和T 放电，使νc 下降，当νc 下降到Vcc 31 时，触发器又被复位，νo 为高电平。电容C 放电所需时间为 C R C R t PL 227.02ln ≈= （1） 当电容C 放电结束时，T 截止，Vcc 将通过R 1、R 2向电容C 充电，νc 由Vcc 31上升到Vcc 32所需时间为 C R R C R R t PH )(7.02ln )(2121+≈+= （2） 当νc 上升到Vcc 32 时，触发器由发生翻转，如此周而服始，在输出端就得到一个周期 性的方波，其频率为 C R R t t f PH PL )2(43.1121+≈+= （3） %100)2((%)212 1X R R R R t t t q PH PL PH ++=+= （4） （4）占空比可调电路结构 对于图1电路结构占空比固定不变，要得到占空比可调的周期方波，对其电路改进，如图2所示。 由（4）式可知，占空比始终大于50%，要得到占空比小于50%的方波，只要在输出端加一个反向器即可。
实验4 555定时器电路设计 预习内容 阅读《电工电子实验教程》第6.5节中555集成定时器应用的内容。 预习实验的内容，自拟实验步骤和数据表格，完成理论设计，画出原理电路，选择所用元件名称、数量，熟悉元件引脚，手写预习报告。 一、实验目的 1．熟悉集成定时器555的工作原理及应用。 2．熟悉时钟信号产生电路的设计方法。 3．掌握使用定时器555设计多谐振荡器的方法。 二、知识要点 时钟信号在电子电路中有着非常重要的作用，而生成周期时钟信号的方法也有多种。比较常用的方法就是使用555定时器构成多谐振荡器。此电路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定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555。555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V~16V 工作，7555可在3~18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。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。 图5-1 555定时器的结构图和引脚分布图 1脚－GND，接地脚； 2脚－Trigger，低电平触发端； 3脚－Output，输出端； 4脚－Reset，复位端，低电平有效； 5脚－Control V oltage，电压控制端； 6脚－Threshold，阈值输入端； 7脚－Discharge，放电端； 8脚－V CC，电源端。 三、实验内容 题目：时钟信号发生电路设计 设计一个电路，能够产生时钟信号，要求信号频率可调，设计范围不小于500Hz~1000Hz，
基于555定时器闪光电路设计与制作 我们主张，电子初学者要采用万能板焊接电子制作作品，因为这种电子制作方法，不仅能培养电子爱好者的焊接技术，还能提高他们识别电路图和分析原理图的能力，为日后维修、设计电子产品打下坚实的基础。 本文介绍555定时器的结构、引脚功能以及构成单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器等电路，进一步掌握集成电路的使用方法，并利用多谐振荡器产生的脉冲信号控制二个发光二极管实现闪光电路。 一、基于555定时器闪光电路功能介绍 每辆车上电子装置在整个汽车制造成本中所占的比例由16%增至23%以上，目前电子技术的应用几乎已经深入到汽车所有的系统。汽车上的左、右闪光灯就是最普通的电子产品，今天我们就来学习如何使用555定时器设计闪光电路。 本制作套件就是利用555定时器设计的多谐振荡器，进而构成闪光电路，如图1所示。 图1 基于555定时器闪光电路成品图
二、基于555定时器闪光电路原理图 图2 基于555定时器闪光电路原理图 三、基于555定时器闪光电路工作原理 1、可调电阻的特性及用法 可调电阻也叫可变电阻，是电阻的一类，其电阻值的大小可以人为调节，以满足电路的需要。可以逐渐地改变和它串联的用电器中的电流，也可以逐渐地改变和它串联的用电器的电压，还可以起到保护用电器的作用。
图3 可调电阻100K可调范围 电位器是可调电阻的一种,通常是由电阻体与转动或滑动系统组成，即靠一个动触点在电阻体上移动，获得部分电压输出。 电位器的电阻体有两个固定端，通过手动调节转轴或滑柄，改变动触点在电阻体上的位置，则改变了动触点与任一个固定端之间的电阻值，从而改变了电压与电流的大小。
令狐采学创作 555定时器的典型应用电路 令狐采学 单稳态触发器 555定时器构成单稳态触发器如图22-2-1所示，该电路的触发信号在2脚输入，R和C 是外接定时电路。单稳态电路的工作波形如图22-2-2所示。 在未加入触发信号时，因ui=H，所以uo=L。当加入触发信号时，ui=L，所以uo=H，7脚内部的放电管关断，电源经电阻R向电容C充电，uC按指数规律上升。当uC上升到2 VCC/3时，相当输入是高电平，555定时器的输出uo=L。同时7脚内部的放电管饱和导通是时，电阻很小，电容C经放电管迅速放电。从加入触发信号开始，到电容上的电压充到2VCC/3为止，单稳态触发器完成了一个工作周期。输出脉冲高电平的宽度称为暂稳态时间，用tW表示。 图22-2-1 单稳态触发器电路图 图22-2-2 单稳态触发器的波形图 暂稳态时间的求取： 暂稳态时间的求取可以通过过渡过程公式，根据图22-2-2可以用电容器C上的电压曲线确定三要素，初始值为uc(0)=0V，无穷大值uc(∞)=VCC，τ=RC，设暂稳态的时间为t w，当t= tw时，uc(tw)=2 VCC/3时。代入过渡过程公式[1-p205]
几点需要注意的问题： 这里有三点需要注意，一是触发输入信号的逻辑电平，在无触发时是高电平，必须大于 2 VCC/3，低电平必须小于 VCC/3，否则触发无效。 二是触发信号的低电平宽度要窄，其低电平的宽度应小于单稳暂稳的时间。否则当暂稳时间结束时，触发信号依然存在，输出与输入反相。此时单稳态触发器成为一个反相器。 R的取值不能太小，若R太小，当放电管导通时，灌入放电管的电流太大，会损坏放电 管。图22-2-3是555定时器单稳态触发器的示波器波形图，从图中可以看出触发脉冲的低电平和高电平的位置，波形图右侧的一个小箭头为0电位。 图22-2-3 555定时器单稳态触发器的示波器波形图 [动画4-5] 多谐振荡器 555定时器构成多谐振荡器的电路如图22-2-4所示，其工作波形如图22-2-5所示。 与单稳态触发器比较，它是利用电容器的充放电来代替外加触发信号，所以，电容器上的电压信号应该在两个阈值之间按指数规律转换。充电回路是RA、RB和C，此时相当输入是低电平，输出是高电平；当电容器充电达到2 VCC/3时，即输入达到高电平时，电路的状态发生翻转，输出为低电平，电容器开始放电。当电容器放电达到2VCC/3时，电路的状态又开始翻转。如此不断循环。电容器之所以能够放电，是由于有放电端7脚的作用，因7脚的状态与输出端一致，7脚为低电平电容器即放电。 图22-2-4 多谐振荡器电路图图22-2-5 多谐振荡器的波形 震荡周期的确定： 根据uc(t)的波形图可以确定振荡周期，T=T1+T2 先求T1，T1对应充电，时间常数τ1=(RA+RB)C，初始值为uc(0)= VCC/3，无穷大值u c(∞)=VCC，当t= T1时，uc(T1)=2 VCC/3，代入过渡过程公式，可得 T1=ln2(RA+RB)C≈0.7(RA+RB)C 求T2，T2对应放电，时间常数τ2=RBC，初始值为uc(0)=2 VCC/3，无穷大值uc(∞) =0
NE555定时器构成的多谐振荡器 一、原理 1、555定时器内部结构 555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成电路,其内部结构如图（A ） 及管脚排列如图（B ）所示。 它由分压器、比较器、基本R--S 触发器和放电三极管等部分组成。分压器由三个5K 的等值电阻串联而成。分压器为比较器1A 、2A 提供参考电压，比较器1A 的参考电压为 2 3 cc V ，加在同相输入端，比较器2A 的参考电压为13cc V ，加在反相输入端。比较器由两个 结构相同的集成运放1A 、2A 组成。高电平触发信号加在1A 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R--S 触发器_ D R 端的输入信号；低电平触发信号加在 2A 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R —S 触发器_ D S 端 的输入信号。基本R--S 触发器的输出状态受比较器1A 、2A 的输出端控制。 2、 多谐振荡器工作原理 由555定时器组成的多谐振荡器如图(C)所示，其中R 1、R 2和电容C 为外接元件。其 工作波如图(D)所示。
设电容的初始电压c U ＝０，t ＝０时接通电源，由于电容电压不能突变，所以高、低触 发端TH V ＝TL V ＝０<1 3 ＶＣＣ，比较器Ａ1输出为高电平，Ａ２输出为低电平，即_ 1D R =， _ 0D S =（1表示高电位，0表示低电位），R S -触发器置１，定时器输出01u =此时 _ 0Q =，定时器内部放电三极管截止，电源cc V 经1R ，2R 向电容Ｃ充电，c u 逐渐升高。当 c u 上升到1 3 cc V 时，2A 输出由０翻转为１，这时__ 1D D R S ==，R S -触发顺保持状态不 变。所以0 每辆车上电子装置在整个汽车制造成本中所占的比例由16%增至23%以上。一些豪华轿车上，使用单片微型计算机的数量已经达到48个，电子产品占到整车成本的50%以上，目前电子技术的应用几乎已经深入到汽车所有的系统。汽车上的左、右闪光灯就是最普通的电子产品，今天我们就来学习如何使用555定时器设计闪光电路。 555定时器可方便地构成单稳态触发器，多谐振荡器，施密特触发器等电路，闪光电路一般是利用多谐振荡器产生的脉冲信号控制而成。 一、电路图如下： 闪光电路原理图1引脚原理图2 分析工作原理的时候，可以对照图1所示，这是一个典型的利用555设计的多谐振荡器，调节可变电阻可以改变输出的振荡信号的频率，信号从3脚输出一个高低电平，控制D1和D2。 当输出高电平的时候，D2亮，D1不亮。当输出低电平的时候，D2不亮，D1亮。总的效果看起来就是闪烁了。 需要制作实物的朋友可以对照图2制作，像这么一个比较简单的电路，可以购买少量的元件，用万能板（洞洞板）焊接而成，当然焊接的时候，需要一定的焊接技术，如果焊接技术不行的朋友，一定要练习焊接技术，我们比较提倡在电子制作过程中采用拖焊技术，具体实物产品，可以参照图3和图4。 二、元件清单如下： 需要制作的朋友，可以到电子市场购买以上元器件，都是非常常用的元器件，容易购买。笔者建议去网上购买，初步估计所有的材料加在一起，价格在5元以内。 三、闪光器实物图 图3 闪光器实物图 图4闪光器背面走线图 在制作的时候，一定要注意555定时器的引脚功能，比如1脚接地，8脚接电源，和普通的DIP集成电路有些不一样，当制作完成的时候，如果LED灯不闪烁，就要检测了，首先检测1脚和8脚电压是否正常，然后再检测4脚电压是否正常，2脚和6脚是否已经连在一起来，如果这些都正常了，故障基本会被排除了。 $$$$大学 电工电子仿真实践课程设计 2014年7月4日 电工电子仿真实践课程设计任务书 课程 电工电子仿真实践课程设计 题目 用555多谐振荡器分析脉冲电路 专业 电气工程及其自动化 姓名 学号 主要内容： 根据仿真软件Multisim 的主要功能特点,利用其先进的仿真功能对用555定时器接成的多谐振荡器特性进行仿真研究。 基本要求： 本次课程设计要求设计一个用555定时器接成的多谐振荡器，该多谐振荡器的功能要求如下： 1、采用全部分立元件电路设计一种用555定时器接成的多谐振荡器； 2、RC 积分电路中的电容F C C n 91021==； 3、RC 积分电路中的负载电阻Ω=k R 511，Ω=k R 472； 4、高电平V VDD 5=。 主要参考资料： [1] 刘伟，李思强.Multisim8电工电子仿真实践[M].哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，2007. [2] 李庆常.数字电子技术基础[M].北京：机械工业出版社，2008. [3] 阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2006. [4] 陈滟涛，杨俊起，谢东磊等.Multisim7在《电工学》教学中的应用[J].中国现代教育装备，2008，02：86-87. [5] 张肃文.高频电子线路[M ].北京：高等教育出版社，2007. 完成期限 2014.6.30——2014.7.4 指导教师 陶国彬 刘超 专业负责人 2014年 7 月4日 目录 1 设计 (1) 2 方案选择与电路原理图的设计 (1) 2.1 振荡器的选择 (2) 2.2 基本电路的选择 (2) 2.3 电路方案的确定 (2) 3 元件选取与电路图的绘制 (3) 3.1 元件选取 (3) 3.2 电路图的绘制 (3) 4 虚拟仪器设置与仿真分析计算 (4) 4.1虚拟仪器设置 (4) 4.2虚拟仪表输出波形 (5) 4.3仿真分析计算 (5) 5 仿真分析方法实验与结果分析 (6) 6 修改电路参数的仿真计算 (6) 7 总结 (7) 参考文献 (9) 实验10 555定时器的原理及三种应用电路 「、实验目的 (1) 掌握555定时器的电路结构、工作原理。 (2) 熟悉555定时器的功能及应用。 :■、实验箱一个；双踪示波器一台；稳压电源一台；函数发生器一台。 CB555定时器；100Q ~100k Q电阻；0.01~100卩F电容；1k Q和5k Q电位器; 发光二极管或蜂鸣器。 三、实验内容 (1)按图2-10-3连接施密特触发器电路，分别输入正弦波、锯齿波信号，观察并记录输出输入波形。 1?实验原理 当输入电压《：：」V cc时，=V TR：：：'CC V。为高电平 3 3 1 2 当-V cc : V i:-时，乂保持高电平。 3 3 2 2 当V i ?—V CC,V TH -V TR -V cc 时，V o 为低电平。 3 3 1 2 V由大变小时，即-v cc : V :-时，V)保持低电平。 3 3 一旦V「：-V cc,则V o又回到高电平。 3 2?仿真电路如图: 3?实验结果： 输入正弦波: 输入锯齿波: (2)设计一个驱动发光二极管的定时器电路，要求每接收到负脉冲时，发光管持续点亮秒后熄灭。 2 1?实验原理： 由555定时器构成单稳态触发器，由单稳态触发器的功能可知，当输入为一个负脉冲 时，可以输出一个单稳态脉宽T W,且T W=1.1RC。所以想要使发光二极管接收到负脉冲时, 持续点亮2S，即要使T W=2S所以，需选定合适的R、C值。选定R、C时，先选定C的值 为100uF,然后确定R的值为18.2k Q。 2.仿真电路如图： 波形图为： 若是1秒或者是5秒。只需改变R 与C 的大小，使得脉冲宽度 T=1.1RC 分别为1或是5 即可。1 秒时： C=1OOuF, R=9.1k Q 5 秒时：C=1OOuF , R=45.5k Q 。 (3) 按图 2-10-7连接电路，取 R 仁1k Q , R2=10k Q ,C 仁0.1卩F,C2=0.01卩F ,观察、记录 V Cr 、V O 的同步波形，测出 V 。的周期并与估算值进行比较。改变参数 R1=15k Q , R2=10k Q ,C1=0.033卩F,C2=0.1卩F ,用示波器观察并测量输出端波形的频率。 经与理论估算值比较， 算出频率的相对误差值。 1?实验原理 555定时器构成多谐振荡器。 1 当加电后，V cc 通过R |,R 2 对R 充电，充电开始时V Cr =V TH =V TR ￡-V cc ,所以 V O =1。 3 1 2 当V Cr 上升到-V cc 多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振荡器，也称矩形波发生器。“多谐”指矩形波中除了基波成分外，还含有丰富的高次谐波成分。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态。在工作时，电路的状态在这两个暂稳态之间自动地交替变换，由此产生矩形波脉冲信号，常用作脉冲信号源及时序电路中的时钟信号。 一、用555定时器构成的多谐振荡器 １．电路组成: 用555定时器构成的多谐振荡器电路如图6-１1（a)所示：图中电容Ｃ、电阻R１和Ｒ2作为振荡器的定时元件，决定着输出矩形波正、负脉冲的宽度。定时器的触发输入端（2脚）和阀值输入端（6脚）与电容相连;集电极开路输出端(7脚）接R1、Ｒ2相连处，用以控制电容Ｃ的充、放电;外界控制输入端（5脚)通过０.0１ｕF电容接地。 2.工作原理: 多谐振荡器的工作波形如图6-１１(ｂ)所示: 电路接通电源的瞬间,由于电容C来不及充电，Vc＝0ｖ,所以5５５定时器状态为１,输出Vｏ为高电平。同时,集电极输出端(7脚）对地断开,电源Vcc对电容C充电,电路进入暂稳态I，此 后,电路周而复始地产生周期性的输出脉冲。多谐振荡器两个暂稳态的维持时间取决于RC充、放电回路的参数。暂稳态Ⅰ的维持时间,即输出Vo的正向脉冲宽度T１≈０.7(R1+R２)C;暂稳态Ⅱ的维持时间，即输出Vo的负向脉冲宽度T2≈０.7R2Ｃ。 因此，振荡周期T=T１+T２=0.7（Ｒ1+2R2)Ｃ,振荡频率f＝1／Ｔ。正向脉冲宽度T1与振荡周期T之比称矩形波的占空比D,由上述条件可得D=(Ｒ1＋R2）/（R1+２R2），若使R２>>Ｒ1,则Ｄ≈１/２，即输出信号的正负向脉冲宽度相等的矩形波(方波）。 二、多谐振荡器应用举例: １．模拟声响发生器： 将两个多谐振荡器连接起来,前一个振荡器的输出接到后一个振荡器的复位端,后一个振荡器的输出接到扬声器上。这样,只有当前一个振荡器输出高电平时，才驱动后一个振荡器振荡，扬声器发声;而前一个振荡器输出低电平时,导致后面振荡器复位并停止震荡,此时扬声器无音频输出。因此从扬声器中听到间歇式的"呜．....．呜＂声响。 2.电压——频率转换器: 由555定时器构成的多谐振荡器中,若定时器控制输入端(5脚)不经电容接地，而是外加一个可变的电压源，则通过调节该电压源的值,可以改变定时器触发电位和阀值电位的大小。外加电压越大，振荡器输出脉冲周期越大,即频率越低；外加电压越小,振荡器输出脉冲周期越小，即频率越高。这样，多谐振荡器就实现了将输入电压大小转换成输出频率高低的电压—频率转换器的功能。 内容摘要 在日常的生产与生活中，温度是一个非常重要的过程变量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形、结晶以及空气流动等物理和化学过程。所以人们需要用到良好的温度检测及控制装置系统来解决这些问题。本文介绍了采用A/D转换、555定时器、AT89C51芯片以及DS1620温度传感器等组成的温度控制系统的设计方法和工作原理。能够通过传感器对温度的感应自动调节加热功率的大小，并且在解决温度检测的基础上，通过555定时器完成对温度的特殊控制。 本设计应用性比较强，设计系统可以作为温度监控系统，如果稍微改装可以做热水器温度调节系统、实验室温度监控系统等等。课题主要任务是完成环境温度检测，利用单片机实现温度调节并通过计算机实施温度监控。设计后的系统具有操作方便，控制灵活等优点。 本设计系统包括温度传感器，A/D转换模块，温度传感器模块，和555定时器，AT89C51芯片等。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。整个系统的核心是以555定时器进行温度监控，完成了课题所有要求。 索引关键词：自动控制系统温度传感器 MCS-51 555定时器 目录 第一章绪论 (1) 1.1研究温度控制系统的意义 (1) 1.2 温度控制系统中传感器 (1) 1.3 温度控制系统设计要点 (1) 1.4 温度控制系统设计内容 (1) 第二章硬件系统的构成 (2) 2.1 AT89C51概况 (2) 2.2功能特性概述 (2) 2.3引角功能说明 (2) 2.4时钟振荡器 (4) 2.5空闲节电模式 (4) 2.6掉电模式 (4) 2.7传感器概述 (4) 第三章数字温度测控芯片DS1620的应用 (4) 3.1 概述 (4) 3.2 引脚功能说明 (5) 3.3 操作和控制 (6) 3.4 DS1620有两种操作模式 (6) 3.5 555定时器概述 (8) 3.6 电路图 (10) 后记 (11) 参考文献 (12) 555定时器的典型应用电路 单稳态触发器 555定时器构成单稳态触发器如图22-2-1所示，该电路的触发信号在2脚输入，R和C是外接定时电路。单稳态电路的工作波形如图22-2-2所示。 在未加入触发信号时，因u i=H，所以u o=L。当加入触发信号时，u i=L，所以u o=H，7脚内部的放电管关断，电源经电阻R向电容C充电，u C按指数规律上升。当u C上升到2V CC/3时，相当输入是高电平，5 55定时器的输出u o=L。同时7脚内部的放电管饱和导通是时，电阻很小，电容C经放电管迅速放电。从加入触发信号开始，到电容上的电压充到2V CC/3为止，单稳态触发器完成了一个工作周期。输出脉冲高电平的宽度称为暂稳态时间，用t W表示。 图22-2-1 单稳态触发器电路图 图22-2-2 单稳态触发器的波形图 暂稳态时间的求取： 暂稳态时间的求取可以通过过渡过程公式，根据图22-2-2可以用电容器C上的电压曲线确定三要素，初始值为u c(0)=0V，无穷大值u c(∞)=V CC，τ=RC，设暂稳态的时间为t w，当t= t w时，u c(t w)=2V CC/3时。代入过渡过程公式[1-p205] 几点需要注意的问题： 这里有三点需要注意，一是触发输入信号的逻辑电平，在无触发时是高电平，必须大于2V CC/3，低电平必须小于V CC/3，否则触发无效。 二是触发信号的低电平宽度要窄，其低电平的宽度应小于单稳暂稳的时间。否则当暂稳时间结束时，触发信号依然存在，输出与输入反相。此时单稳态触发器成为一个反相器。 R的取值不能太小，若R太小，当放电管导通时，灌入放电管的电流太大，会损坏放电管。图22-2-3是555定时器单稳态触发器的示波器波形图，从图中可以看出触发脉冲的低电平和高电平的位置，波形图右侧的一个小箭头为0电位。 图22-2-3 555定时器单稳态触发器的示波器波形图[动画4-5] 多谐振荡器 555定时器构成多谐振荡器的电路如图22-2-4所示，其工作波形如图22-2-5所示。 与单稳态触发器比较，它是利用电容器的充放电来代替外加触发信号，所以，电容器上的电压信号应该在两个阈值之间按指数规律转换。充电回路是R A、R B和C，此时相当输入是低电平，输出是高电平；当电容器充电达到2V CC/3时，即输入达到高电平时，电路的状态发生翻转，输出为低电平，电容器开始放电。当电容器放电达到2V CC/3时，电路的状态又开始翻转。如此不断循环。电容器之所以能够放电，是由于有放电端7脚的作用，因7脚的状态与输出端一致，7脚为低电平电容器即放电。 图22-2-4 多谐振荡器电路图图22-2-5 多谐振荡器的波形 一、用555定时器构成的多谐振荡器 1.电路组成： 用555定时器构成的多谐振荡器电路如图6-11（a）所示：图中电容C、电阻R1和R2作为振荡器的定时元件，决定着输出矩形波正、负脉冲的宽度。定时器的触发输入端（2脚）和阀值输入端（6脚）与电容相连；集电极开路输出端（7脚）接R1、R2相连处，用以控制电容C 的充、放电；外界控制输入端（5脚）通过0.01uF电容接地。 2.工作原理： 多谐振荡器的工作波形如图6-11(b)所示： 电路接通电源的瞬间，由于电容C来不及充电，Vc=0v，所以555定时器状态为1，输出Vo为高电平。同时，集电极输出端（7脚）对地断开，电源Vcc对电容C充电，电路进入暂稳态I，此后，电路周而复始地产生周期性的输出脉冲。多谐振荡器两个暂稳态的维持时间取决于RC充、放电回路的参数。暂稳态Ⅰ的维持时间，即输出Vo的正向脉冲宽度T1≈0.7(R1+R2)C；暂稳态Ⅱ的维持时间，即输出Vo的负向脉冲宽度T2≈0.7R2C。 因此，振荡周期T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C，振荡频率f=1/T。正向脉冲宽度T1与振荡周期T 之比称矩形波的占空比Ｄ，由上述条件可得D=（R1+R2）/（R1+2R2），若使R2>>R1，则D≈1/2，即输出信号的正负向脉冲宽度相等的矩形波（方波）。 二、多谐振荡器应用举例： 1.模拟声响发生器： 将两个多谐振荡器连接起来，前一个振荡器的输出接到后一个振荡器的复位端，后一个振荡器的输出接到扬声器上。这样，只有当前一个振荡器输出高电平时，才驱动后一个振荡器振荡,扬声器发声；而前一个振荡器输出低电平时，导致后面振荡器复位并停止震荡,此时扬声器无音频输出。因此从扬声器中听到间歇式的"呜......呜"声响。 2.电压——频率转换器： 由555定时器构成的多谐振荡器中，若定时器控制输入端（5脚）不经电容接地，而是外加一个可变的电压源，则通过调节该电压源的值，可以改变定时器触发电位和阀值电位的大小。外加电压越大，振荡器输出脉冲周期越大，即频率越低；外加电压越小，振荡器输出脉冲周期越小，即频率越高。这样，多谐振荡器就实现了将输入电压大小转换成输出频率高低的电压—频率转换器的功能。 目录 摘要 (1) 第一章电路设计 (1) 1.1电路设计方案 (1) 1.1.1 原理图 (1) 1.1.2 工作原理 (6) 第二章数字时钟功能要求及元器件介绍 (7) 2.1 基本功能 (7) 2.2 元器件介绍和清单 (9) 2.2.1 555多谐振荡器 (9) 2.2.2 74LS160芯片 (9) 2.2.3 74LS248芯片 (10) 2.2.4 数码管 (11) 2.2.5 74LS00芯片 (12) 2.2.6 CD4081芯片 (13) 第三章proteus仿真 (13) 3.1 proteus整体仿真 (13) 第四章PCB板的制作 (14) 4.1PCB板的制作 (14) 4.2电路板制作的基本步棸 (14) 4.2.1 protel软件来画好原理图 (14) 4.2.2 封装并画好PCB图，布好线 (14) 4.2.3 将PCB图打印出来，并压制好电路板 (15) 4.2.4 制作电路板，腐蚀好电路导航的铜，钻孔 (16) 4.2.5 安装元器件，焊接 (16) 4.2.6 手工焊接的步骤 (16) 4.3 注意事项 (18) 第五章电路板的调试 (18) 5.1 555多谐振荡器的调试 (18) 5.2 74LS160计数器的调试 (18) 5.3 数字时钟的整体调试 (19) 第六章总结 (19) 6.1 电路的特点及改进意见 (19) 6.2 心得体会 (19) 附录A 电路原理图 (20) 附录B 元件清单 (21) 附录C 装配图 (22) 任务书 设计题目：基于555多谐振荡器数字时钟设计 设计要求： 1. 设计内容：设计一个数字时钟，可以手动设定时间和清零。 2、性能要求： 1）通电后能自动从零开始计时。 2）时间可调。 3）24进制计时 3、每人撰写一份设计报告，根据个人分工情况有所侧重，页面数目不少于15页。 每位成员应参与设计与制作的每个过程，要了解整机设计的相关知识、掌握安装与调试等相关技能。在提交电路板和设计报告时，能够回答老师所提的问题。小组分工： 根据个人擅长及相关专业技能，我们三个分工如下： 方案设计： 绘图： 安装与调试： 摘要： 本系统是基于555多谐振荡器的数字时钟。通过555多谐振荡器产生1Hz的脉冲给74LS160计数器，使74LS160计数。再把通过74LS248数据锁存器锁存，再由译码器把数据显示出来。 课程设计说明书 名称555定时器声光报警电路 2011年12月12日至2011年12月16日共1 周 院系 班级 姓名 系主任 教研室主任 指导教师 目录 第一章绪论 (2) 第二章主要元器件原理及相关计算 (3) 2.1 测量值 (3) 2.2.主要元器件介绍 (3) 2.2.1 555定时器 (3) 2.2.2 555定时器的电路结构及其功能 (4) 2.2.3 555定时器的应用分类 (5) 2.3电位器 (5) 2.3.1电位器的作用及特点 (5) 2.4蜂鸣器 (6) 2.4.1蜂鸣器的结构原理 (6) 2.5 发光二极管 (6) 2.6 相关性能指标计算 (7) 第三章 555定时器声光报警电路设计 (8) 3.1 硬件组成 (8) 3.2 电路原理图 (8) 3.3 印刷板电路图 (8) 3.4 555定时器声光报警电路原理 (9) 3.5 性能指标要求 (9) 第四章焊接及调试过程和注意点 (10) 4.1安装及焊接步骤 (10) 4.1.1查找资料 (10) 4.1.2焊接 (10) 4.2调试及调试的波形 (11) 4.2.1焊接好后的成品图 (11) 4.2.2实验波形 (12) 第五章心得体会 (13) 参考文献 (13) 第一章绪论 555定时器是一种结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路。只要外部配接少数几个阻容元件便可组成施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器等电路。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定时器是美国Signetics公司1972年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成电路，因输入端设计有三个5kΩ的电阻而得名555定时器的电压范围宽，双极型555定时器为5~16 V，CMOS 555定时器为3~18 V。可提供与TTL及CMOS数字电路兼容的接口电平。555定时器还可以输出一定的功率，可驱动微电机、指示灯、扬声器等。它在脉冲波形的产生与变换、仪器与仪表、测量与控制、家用电器与电子玩具等领域都用着广泛的应用。 TTL单定时器型号的最后3位数为555，双定时器的为556；CMOS但定时器的最后4位数为7555，双定时器的为7556.它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。 555定时器可以说是模拟电路与数字电路结合的典范。 555定时器声光报警电路是一种防盗装置，在有情况时它通过指示灯闪光和蜂鸣器鸣叫，同时报警的一种装置。 555定时器声光报警电路是利用两个555定时器组成的振荡电路，实现异步工作，使两个振荡器间隙振荡，这样蜂鸣器就会发出间隙的声响，发光二极管闪烁。 13.1 555定时器的结构和工作原理本节重点: (1)脉冲的基本知识 (2)555电路的组成结构和工作原理 (3)555芯片引脚图 (4)555电路功能表 (5)555电路的典型应用 本节难点: (1)555的内部电路组成和工作原理 (2)555电路的典型应用 引入:555定时器电路是一种中规模集成定时器，目前应用十分广泛。通常只需外接几个阻容元件,就可以构成各种不同用途的脉冲电路,如多谐振荡器、单稳态触发器以及施密特触发器等。555定时电路有TTL集成定时电路和CMOS集成定时电路,它们的逻辑功能与外引线排列都完全相同。双极型产品型号最后数码为555，CMOS型产品型号最后数码为7555。 一、555电路的结构组成和工作原理 (1)电路组成及其引脚 (2)555的工作原理 它含有两个电压比较器，一个基本RS 触发器，一个放电开关T ，比较器 的参考电压由三只5K Ω的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器C1同相比 较端和低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为Vcc 32和Vcc 3 1 。C1和C2的 输出端控制RS 触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过Vcc 3 2 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Vcc 3 1 时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电， 开关管截止。 D R 是复位端，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接Vcc 。 Vco 是控制电压端（5脚），平时输出Vcc 3 2 作为比较器A1的参考电平，当5 脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01F μ的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。 T 为放电管，当T 导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路. (3)555电路的引脚功能 二、555电路的应用 （1）用555电路构成施密特触发器 555多谐振荡器 555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成器件，它性能优良，适用范围很广，外部加接少量的阻容元件可以很方便地组成单稳态触发器和多谐振荡器，以及不需外接元件就可组成施密特触发器。因此集成555定时被广泛应用于脉冲波形的产生与变换、测量与控制等方面。 本实验根据555定时器的功能强以及其适用范围广的特点，设计实验研究它的内部特性和简单应用。 一、原理 1、555定时器内部结构 555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成电路,其内部结构如图（A ） 及管脚排列如图（B ）所示。 它由分压器、比较器、基本R--S 触发器和放电三极管等部分组成。分压器由三个5K 的等值电阻串联而成。分压器为比较器1A 、2A 提供参考电压，比较器1 A 的参考电压为2 3 cc V ，加在同相输入端，比较器2A 的参考电压为13cc V ，加在反相 输入端。比较器由两个结构相同的集成运放1A 、2A 组成。高电平触发信号加在1A 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R--S 触发器 _ D R 端的输入信号；低电平触发信号加在2A 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R —S 触发器_ D S 端的输入信号。基本R--S 触发器的输出状态受比较器1A 、2A 的输出端控制。 2、 多谐振荡器工作原理 由555定时器组成的多谐振荡器如图(C)所示，其中R 1、R 2和电容C 为外接元件。其工作波如图(D)所示。 设电容的初始电压c U ＝０，t ＝０时接通电源，由于电容电压不能突变，所 以高、低触发端TH V ＝TL V ＝０<1 3 ＶＣＣ，比较器Ａ1输出为高电平，Ａ２输出为低 电平，即_1D R =，_ 0D S =（1表示高电位，0表示低电位），R S -触发器置１，定时器输出01u =此时_ 0Q =，定时器内部放电三极管截止，电源cc V 经1R ，2R 向 电容Ｃ充电，c u 逐渐升高。当c u 上升到1 3 cc V 时，2A 输出由０翻转为１，这时 __ 1D D R S ==，R S -触发顺保持状态不变。所以0 目录 摘要 (2) 1. Multisim软件的简介 (4) 2. 系统设计总体方案 (5) 2.1 设计基本思路 (5) 2.2 设计总流程图 (6) 3. 555定时器，CD4518和CD4011介绍 (7) 3.1 555定时器 (7) 3.2 CD4518 (10) 3.3 CD4011引脚图 (12) 4. 数字逻辑控制，脉冲信号产生，计数器计数和数码管显示模块电路图 (14) 4.1 数字逻辑控制模块 (14) 4.1.1 数字逻辑控制模块电路图 (14) 4.1.2 数字逻辑控制模块原理 (14) 4.2 脉冲信号产生模块 (15) 4.2.1 脉冲信号产生模块电路图 (15) 4.2.2 冲信号产生模块原理 (16) 4.3 计数器计数模块 (17) 4.3.1 计数器计数电路图 (17) 4.3.2 计数器计数模块原理 (18) 4.4 显示器模块 (18) 5. 电路的总体设计与调试 (19) 5.1 总体电路原理图 (19) 5.2 总电路工作原理 (19) 6. 课程设计收获与体会 (20) 7. 参考文献 (21) 摘要 本次课程设计利用555定时器以及数字逻辑芯片和数码管实现数字电子计时器功能，计时器显示0~99计数，在实际生活中应用很广。根据日常生活中观察，数字式计时器设计成型后供扩展的方面很多，例如自动报警、按时自动打铃等。因此，与机械式时钟相比具有更高的可视性和精确性，而且无机械装置，具有更长的使用寿命，所以研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实和实际的意义。目前，数字计数器的功能越来越强，并且有多种专门的大规模集成电路可供选择。但从知识储备的角度考虑，本设计是以中小规模集成电路设计数字钟的一种方法。数字计数器包括组合逻辑电路和时序电路。 1．多谐振荡器的工作原理 多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路，由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波，故称为多谐振荡器。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之间来回转换，故又称它为无稳态电路。 由555定时器构成的多谐振荡器如图1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，R2的连接处。 由于接通电源瞬间，电容C来不及充电，电容器两端电压uc为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，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按指数规律上升，当uc上升到（2/3）Vcc时，输出uo为低电平，放电管VT导通，把uc从（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关。充电时间常数T充=（R1＋R2）C。 由于放电管VT导通，电容C通过电阻R2和放电管放电，电路进人第二暂稳态.其维持时间TPL的长短与电容的放电时间有关，放电时间常数T放＝R2C0随着C的放电，uc下降，当uc下降到（1/3）Vcc时，输出uo。为高电平，放电管VT截止，Vcc再次对电容c充电，电路又翻转到第一暂稳态。不难理解，接通电源后，电路就在两个暂稳态之间来回翻转，则输出可得矩形波。电路一旦起振后，uc电压总是在（1/3～2/3）Vcc 之间变化。图1（b）所示为工作波形。 图1 555定时器构成的多谐振荡器电路及工作波形 2．叮咚门铃 如图2所示是一种能发出“叮、咚”声门铃的电路原理图。它的音质优美逼真，装调简单容易、成本较低，图中的IC便是集成555定时器，它构成多谐振荡器。按下按钮SB（装在门上），振荡器振荡，扬声器发出“口丁”的声音。与此同时，电源通过二极管VD1给c1充电。放开按钮时，c1便通过电阻R1放电，维持振荡。但由于SB的断开，电阻R2被串入电路，使振荡频率有所改变，振荡频率变小，扬声器发出“咚”的声音。直到C1上的电压放到不能维持555振荡为止，即4脚变为低电平，3脚输出为零。“咚”声余音的长短可通过改变C1的数值来改变。 3．旋光彩灯控制电路 旋光彩灯控制电路如图3所示，电路中的IC1 555组成多谐振荡器，它可以产生可调的 图2 叮咚门铃的电路原理图 时钟脉冲信号，改变可调电位器RP可改变时钟脉冲信号的频率。IC2是由CD4017组成的计数器，CD40l7是十进制计数器，可作为十分频使用，并具有译码输出功能。CD4017的引脚图如图4所示，其功能表见表1。 图3 旋光彩灯控制电路555定时器简单的电路
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