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1、555夜间自动亮灯电路设计目录1引言111 试验目的212 EDA介绍22 设计课题与要求32.1 设计目的32.2 设计内容和要求32.3 工作任务及工作量33 基本原理与设计框图33.1 基本原理33.1.5 555时基电路的主要参数83.2 基本设计框图114 具体电路及元件说明114.1 主要电路图114.2 元件介绍说明：135 仿真分析146 总结14参 考 文 献16致 谢161引言“电子技术”是电类各专业基础课和技术基础课。随着经济发展与社会进步，对高等技术人才知识结构提出了新的要求，“电子技术课程设计”作为检验学生创新设计的一种方法。让学生在自行设计电路时锻炼了各种能力，对学
2、生日后走向社会工作有很大的益处。11 试验目的通过电子技术课程设计，加深对EDA的的认识，并且巩固电子技术相关的的知识，锻炼自己的创新意识和动手能力，还有通过与合作同学的共同设计，加强团队合作的能力。12 EDA介绍EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，在20世纪90年代初从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言HDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、
3、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动强度。利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成。现在对EDA的概念或范畴用得很宽。包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA的应用。目前EDA技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。例如在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能
4、涉及到EDA技术。2 设计课题与要求2.1 设计目的了解并掌握电路的一般设计方法，具备初步的独立设计能力2.2 设计内容和要求设计电路包括一个光电转换开关和一个555振荡器，用于入夜后自动显示路标和障碍目标、靶位等场合。2.3 工作任务及工作量1初选电路形式或根据参考电路确定器件类型。根据设计题目要求的指标，通过查阅有关资料分析其工作原理；2画出电路方框图，完成电路各部分的指标分配，计算各单元电路的参数和确定各元件的参数值，叙述主要元器件的功能及他们之间的控制关系和数据传输。3 基本原理与设计框图3.1 基本原理3.1.1 555定时器的概述和基本原理555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中
5、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 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 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。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。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
6、及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3 。3.1.2 555定时器的功能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 的输出为 1，可将 RS 触
7、发器置 0，使输出为 0 电平。555定时器可以说是模拟电路与数字电路结合的典范。 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。 比较器C1和C2的参考电压分别为UA和UB，根据C1和C2的另一个输入端触发输入和阈值输入，可判断出RS触发器的输出状态。当复位端为低电平时，RS触发器被强制复位。若无需复位操作，复位端应接高电平。3.1.3 555定时器的应用（1）构成施密特触发器，用于TTL系统的接口，整形电路或脉冲鉴幅等； （2）构成多谐振荡器，组成信号产生电路；振荡周期： T=0.
8、7（R1+2R2）C （3）构成单稳态触发器，用于定时延时整形及一些定时开关中。 555应用电路采用这3种方式中的1种或多种组合起来可以组成各种实用的电子电路，如定时器、分频器、脉冲信号发生器、元件参数和电路检测电路、玩具游戏机电路、音响告警电路、电源交换电路、频率变换电路、自动控制电路等。555时基电路时一种将模拟功能与逻辑功能巧妙地结合在同一硅片上的组合集成电路。该电路可以在最基本的典型应用方式的基础上，根据实际需要，经过参数配置和电路的重新组合，与外接少量的阻容元件就能构成不同的电路，因而555电路在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到了广泛的应用。3.1.
9、4 555时基电路的电路结构和逻辑功能由图可知555电路由电阻分压器、电压比较器、基本RS触发器、放电管和输出缓冲器5个部分组成。它的各个引脚功能如下：1脚：GND(或Vss)外接电源负端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0.01F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
10、相连，用做定时器时电容的放电。电阻分压器由三个5k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
11、.516V，CMOS型时基电路VCC的范围为318V。一般用5V。在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器C1、C2基准电压分别为2/3Vcc，1/3Vcc的情况下，555时基电路的功能表如表1.1所示：表1.1 555时基电路的功能表输入输出功能清零端高触发端TH低触发端OUT()放电管VT0XX0导通直接清零10导通置011截止置11不变不变保持3.1.5 555时基电路的主要参数555时基电路的主要参数有电源电压、静态电流、定时精度、阈值电压、阈值电流、触发电压、触发电流、复位电压、复位电流、放电电流、驱动电流及最高工作频率。电源电压：4.516V静态电流：10mA定时精度：1%阀值电压：
12、阀值电流：0.1uA触发电压：触发电流：0.5uA复位电压：1V复位电流：400uA放电电流：200mA驱动电流：200mA最高工作频率：500kHz3.1.6 555单稳态触发电路脉冲宽度的计算电路中只有一种稳定工作状态的触发器叫做单稳态触发器，其特点：在无外加触发信号作用时，电路处于一种稳定工作状态，称为稳态；当输入端有外加触发脉冲信号的上升沿或下降沿(由电路而定)作用时，输出状态立即发生跳变。电路进入暂时稳态状态，称为暂稳态。电路自动恢复原先的稳态，其暂稳态时间与电路阈值电压及外接R、C参数有关。按电路结构，单稳态触发器可分为微分型和积分型两种。前者适用于窄脉冲触发，后者适用于宽脉冲触发
13、。无论哪种电路结构，其单稳态的产生都源于电容的充放电原理。下图为用555定时器组成的单稳态触发器电路。555定时器组成的单稳态电路由输入脉冲信号的下降沿触发，使其输出状态产生翻转，另外，在暂稳态过程结束前，u1必须恢复为1，否则电路内的RS触发器为不确定状态，输出不能维持0状态。因此这种单稳态电路只能用负窄脉冲触发。如果输入脉宽大于输出脉宽，则输入端可加RC微分电路，使输入脉宽变窄。单稳态触发器电路输出脉冲宽度的计算 输出u0的脉冲宽度tW也就是暂稳态的持续时间，可根据uC的波形计算。根据RC电路瞬态过程的分析，可得到：这种电路产生的脉冲宽度可以从几微秒到数分钟。可通过改变R、C元件参数调节脉
14、冲宽度，精度可达01。综上所述，用555定时器构成的单稳态触发器是负脉冲触发形式，且暂稳态维持时间为TW=lnRC11RC，仅与电路本身的参数R、C有关。3.2 基本设计框图4 具体电路及元件说明4.1 主要电路图说明：由于本仿真使用multisim10软件，光照仿真使用光敏三极管。因此当二极管断电不发光是模拟黑夜。当二极管发光时，模拟白天。主要电路图见下页白天时，有光照，光敏三极管低阻态LED不亮，如图： 天黑时，无光照，光敏三极管处于高阻抗状态，LED亮 电路图如下：4.2 元件介绍说明：虚拟光耦U1 一个电阻三个 R3 _1.0k R_ 89.09k RL _200 电容两个 分别为 C
15、_100uF Cf_10nF 电源Vcc接地 GND锯齿波信号源1个 高电平5V 低电平0VLED发光二极管一个555定时器一个说明：虚拟光耦U1主要负责模拟白天和夜晚光照强度的不同。R3起分压作用数值可变。电阻R与电容C构成充放电电路，脉冲宽度可由Tw=1.1RC算出。电容cF为滤波电容，555定时器构成单稳态触发器，由锯齿波信号发生器施加触发脉冲。工作原理：白天时，光敏三极管工作在低电阻状态，分压极低，使能端接低电平，555定时器不工作，二极管不发光；夜晚时，光敏三极管工作在高电阻状态，与R3分压，相当于使能端接高电平，二极管发光。5 仿真分析当三极管工作在低电阻状态时由multisim分
16、析出555 RST端口、DIS端口、DIH端口、输出OUT端口的电压值分别如上图所示，可知定时器不工作（参考第九页电路图）。当三极管工作在高阻态时，分析出触发器的各端口RST端口、DIS端口、DIH端口、输出OUT端口的电压值分别如上图所示，可知定时器工作LED发光（参考第九页电路图）。6 总结要总结的不多，几点感慨：1、 电阻选不对了害死人multisim都不工作了，老说仿真错误。2、 光耦是很好的器件，在我都准备放弃光耦用不同的电阻代替它的时候，居然又找到它了。3、 有一个信号源不管白天黑夜都在工作，也就是说即使在白天 使能端低电平时，信号源也在不停的发出信号，对资源来说比较浪费。4、 其
17、实我认为光耦合与UI输入端的组合能够节省资源，但是时间有限，明天就要答辩了，现在仿真有点来不及（实际是有点懒）以后会好好思考这个问题的。5、 我们对保护电路的设计根本没有概念，以后需要加强学习。参 考 文 献1 毕满清，电子技术实验与课程设计，机械工业出版社，20032 张建华，数字电子技术，机械工业出版社，20033 王 远，模拟电子技术，机械工业出版社，20034 童诗白，模拟电子技术基础，高等教育出版社，19995 阎 石，数字电子技术基础，高等教育出版社，1999致 谢感谢各位老师们在设计中给予的大力指导，以及我可怜的课本（毕满清老师主编的那本），它已经被我翻得乱七八糟的，以及图书馆一层和3层里某两本我忘记名字的书，写的挺好，但是对我没太大的帮助。再次感谢老师们对我的辅导，还有田园餐厅门口报停的香辣味锅巴和雪碧，是他们给了我做课程设计的动力。特别感谢酷我音乐盒，理由同上。第 16 页 共 16 页
