1、流水彩灯的设计与调试,流水彩灯的设计与调试,流水彩灯的设计与调试,图5-1 流水彩灯控制电路框图,流水彩灯的设计与调试,完成流水彩灯电路的设计。画出流水彩灯电路的逻辑图。完成流水彩灯电路的仿真调试。 要完成流水彩灯电路的设计，需要多个数字电路知识模块的综合应用，相应的知识环节如图5-2所示。,本项目需要完成内容,流水彩灯的设计与调试,图5-2 流水彩灯电路设计的知识环节,流水彩灯的设计与调试,任务目标：,1.了解555电路的逻辑功能； 2.了解单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器的工作原理；,流水彩灯的设计与调试,技能目标,1.掌握555电路的仿真测试； 2.掌握555电路的简单应用； 3.
2、能使用仿真软件进行555应用电路的设计。,流水彩灯的设计与调试,流水彩灯的设计与调试,任务一,流水彩灯的设计与调试,在数字电路系统中，常常需要用到各种脉冲波形，例如，时钟脉冲、控制过程的定时信号等。这些脉冲波形的获取，通常采用两种方法：一种是利用脉冲信号发生器直接产生；另一种是通过对已有信号进行变换，使之满足系统的要求。集成555定时器是一种多用途的单片中规模集成电路，该电路巧妙地将模拟功能与逻辑功能结合在一起，具有使用灵活、方便的特点，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器，因而在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器和电子玩具等许多领域中都得到了广泛的应用。集成555定时
3、器的常见名称有555定时器、555时基电路、三五集成电路、555定时电路等。本任务就是通过仿真测试的方式，学习555定时器的基本逻辑功能。,流水彩灯的设计与调试,知识链接,一、555定时器的电路结构与工作原理,1.555定时器内部结构,（1）由三个阻值为5 k的电阻组成的分压器。,（2）两个电压比较C1和C2，电压比较器如图5-4所示。,流水彩灯的设计与调试,（3）基本RS触发器。,（4）放电三极管T及缓冲器G。,图5-4 电压比较器,流水彩灯的设计与调试,2.工作原理,图5-5 555定时器的电气原理图和电路符号,流水彩灯的设计与调试,流水彩灯的设计与调试,流水彩灯的设计与调试,二、555定
4、时器构成单稳态触发器,单稳态触发器具有下列特点：第一，它有一个稳定状态和一个暂稳状态；第二，在外来触发脉冲作用下，能够由稳定状态翻转到暂稳状态；第三，暂稳状态维持一段时间后，将自动返回到稳定状态。暂稳态时间的长短，与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。单稳态触发器在数字系统和装置中，一般用于定时（产生一定宽度的脉冲）、整形（把不规则的波形转换成等宽、等幅的脉冲）以及延时（将输入信号延迟一定的时间之后输出）等。,流水彩灯的设计与调试,1.电路组成及工作原理,图5-6 用555定时器构成的单稳态触发器及工作波形,流水彩灯的设计与调试,1)无触发信号输入时电路工作在稳定状态当电路无触发信号时，vI
5、保持高电平，电路工作在稳定状态，即输出端vO保持低电平，555内放电三极管T饱和导通，管脚7“接地”，电容电压vC为0 V。,2)vI下降沿触发 当vI下降沿到达时，555触发输入端（2脚）由高电平跳变为低电平，电路被触发，vO由低电平跳变为高电平，电路由稳态转入暂稳态。,3)暂稳态的维持时间 在暂稳态期间，555内放电三极管T截止，VCC经R向C充电。其充电回路为VCCRC地，时间常数1=RC，电容电压vC由0 V开始增大，在电容电压vC上升到阈值电压2/3VCC之前，电路将保持暂稳态不变。,流水彩灯的设计与调试,4)自动返回（暂稳态结束）时间 当vC上升至阈值电压2/3VCC时，输出电压v
6、O由高电平跳变为低电平，555内放电三极管T由截止转为饱和导通，管脚7“接地”，电容C经放电三极管对地迅速放电，电压vC由2/3VCC迅速降至0 V（放电三极管的饱和压降），电路由暂稳态重新转入稳态。,5)恢复过程 当暂稳态结束后，电容C通过饱和导通的三极管 T放电，时间常数2=RCESC（RCES是T的饱和导通电阻，其阻值非常小，因此2之值亦非常小），经过（35）2后，电容C放电完毕，恢复过程结束。,流水彩灯的设计与调试,2.主要参数估算,1)输出脉冲宽度tW 输出脉冲宽度就是暂稳态维持时间，也就是定时电容的充电时间。,2)输出脉冲宽度tW 一般取tre=（35）2，即认为经过35倍的时间常
7、数电容就放电完毕。,流水彩灯的设计与调试,3)最高工作频率fmax 若输入触发信号vI是周期为T的连续脉冲时，为保证单稳态触发器能够正常工作，应满足下列条件。,即vI周期的最小值Tmin应为tWtre，即,流水彩灯的设计与调试,因此，单稳态触发器的最高工作频率应为,流水彩灯的设计与调试,案例,触摸式定时控制开关,流水彩灯的设计与调试,图5-7 触摸式定时控制开关电路,流水彩灯的设计与调试,三、多谐振荡器,（一）用555定时器构成的多谐振荡器,1.钢梁安装,图5-8 用555集成电路构成的多谐振荡器,流水彩灯的设计与调试,2.振荡频率的估算,流水彩灯的设计与调试,（二）占空比可调的多谐振荡器电路
8、,在图5-8所示电路中，由于电容C的充电时间常数1=（R1+R2）C，放电时间常数2=R2C，所以T1总是大于T2，vO的波形不仅不可能对称，而且占空比q不易调节。利用半导体二极管的单向导电特性，把电容C充电和放电回路隔离开来，再加上一个电位器，便可构成占空比可调的多谐振荡器，如图5-9所示。,图5-9 占空比可调多谐振荡器,流水彩灯的设计与调试,流水彩灯的设计与调试,（三）石英晶体多谐振荡器,1.石英晶体的选频特性,石英晶体有两个谐振频率。当f=fs时，为串联谐振，石英晶体的电抗X=0；当f=fp时，为并联谐振，石英晶体的电抗无穷大。石英晶体的选频特性由晶体本身的特性决定，其值为fsfpf0
9、（晶体的标称频率）。石英晶体的选频特性极好，f0十分稳定，其稳定度可达10-1010-11。石英晶体的电抗频率特性和符号,如图5-10所示。,流水彩灯的设计与调试,图5-10 石英晶体的电抗频率特性和符号,流水彩灯的设计与调试,2.石英晶体多谐振荡器,图5-11 石英晶体多谐振荡器,流水彩灯的设计与调试,图5-12 CMOS石英晶体多谐振荡器,流水彩灯的设计与调试,案例1,双音门铃,流水彩灯的设计与调试,图5-13 用多谐振荡器构成的双音门铃电路,流水彩灯的设计与调试,案例2,秒脉冲发生器,流水彩灯的设计与调试,图5-14 秒脉冲发生器,流水彩灯的设计与调试,四、施密特触发器,流水彩灯的设计与
10、调试,五、用555定时器构成的施密特触发器,1.电路组成及工作原理,图5-15 555定时器构成的施密特触发器,流水彩灯的设计与调试,流水彩灯的设计与调试,2.电压滞回特性和主要参数,流水彩灯的设计与调试,图5-16 施密特触发器的电路符号和电压传输特性,流水彩灯的设计与调试,六、集成施密特触发器,1.CMOS集成施密特触发器,图5-17 CC40106和74LS14引脚功能图,流水彩灯的设计与调试,2.TTL集成施密特触发器,带负载能力和抗干扰能力都很强。,流水彩灯的设计与调试,3.施密特触发器的应用举例,（1）,图5-18 慢输入波形的TTL系统接口,流水彩灯的设计与调试,（2）,图5-1
11、9 脉冲整形电路的输入输出波形,流水彩灯的设计与调试,（3）,图5-20 用施密特触发器鉴别脉冲幅度,流水彩灯的设计与调试,任务二,流水彩灯的设计与调试,由于555定时器功能强大，使用时外接电路简单，实际应用中有很多包含有555定时器的应用电路，本任务仅举几个简单的应用实例，介绍555定时器在实际应用中的使用。使用者可通过这些实例举一反三，再多查些555定时器应用的例子，就能达到学以致用的目的。本任务就是通过仿真测试的方式，学习555定时电路的简单应用。,流水彩灯的设计与调试,知识链接,1.接近开关的设计,接近开关电路如图5-26所示，接近开关以555定时器为核心组成单稳态触发电路。555定时
12、器的触发端2脚（TRI）通过大电阻R1接VCC，处于等待触发状态。当人体接近或触摸金属板电极时，由于感应信号，555定时器被触发，输出一单稳脉冲（如图中电压表显示的5 V）。C1用于抗干扰滤波。该电路可用于电器、玩具或报警电路中。本例中触摸金属板电极用开关S1代替。输出端接一发光二极管作为输出电压的指示。,流水彩灯的设计与调试,图5-26 接近开关电路,流水彩灯的设计与调试,2.救护车警笛电路,用两个555定时器构成低频信号对高频调制的救护车警笛电路，如图5-27所示。该电路的本质是由两个多谐振荡器构成的模拟声响发生器。调节定时元件R1、R2、C2使第1个振荡器的振荡频率为714 Hz，调节R
13、3、R4、C4使第2个振荡器的振荡频率为10 kHz。由于低频振荡器的输出端3接到高频振荡器的复位端4，因此当振荡器U1的输出电压uO1为高电平时，振荡器U2就振荡；uO1为低电平时，振荡器U2停止振荡。接通电源，试听音响效果。调换外接阻容元件，再试听音响效果。从而扬声器便发出“呜呜”的间隙声响。uO1和uO2的波形如图5-28所示。,流水彩灯的设计与调试,图5-27 救护车警笛,流水彩灯的设计与调试,谢谢观看/欢迎下载,BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES. BY FAITH I BY FAITH,
