课程设计报告--双光控节电开关

课程设计报告姓名：***学号：********专业与班级：******指导教师：***课程设计名称：光电技术课程设计课程设计单位：电子信息工程学院****大学实习报告1一、课程设计目的1、加强对555芯片的了解，巩固和加深课堂教学内容；2、提高动手能力和工作技能，培养科学工作作风；3、为学习后续课程和从事实践技术工作奠定坚实基础。二、课程设计时间本课程设计采用课下独立设计和课上集中实践相结合的方式，课上实践包括电子元器件的识别和电路图的设计等，课下设计包括原理的分析和设计报告的整理等。三、课程设计内容一、555芯片简介（1）芯片原理555芯片是美国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。此电路后来竟风靡世界。目前，流行的产品主要有4个：BJT两个：555，556（含有两个555）；CMOS两个：7555，7556（含有两个7555）。555定时器可以说是模拟电路与数字电路结合的典范555定时器的电路如图A所示,个阻值为5kΩ的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电晶体管T、与非门和反相器组成。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触发器置0，使输出为0电平。555定时器功能如下表所示。输入输出复位u11u12输出u0晶体管T0××0导通10导通****大学实习报告211截止1保持保持原理图:分压器为两个电压比较器C1、C2提供参考电压。如5端悬空，则比较器C1的参考电压为32Ucc，加在同相端；C2的参考电压为31Ucc，加在反相端。是复位输入端。当=0时，基本RS触发器被置0，晶体管T导通，输出端u0为低电平。正常工作时，=1。11u和12u分别为6端和2端的输入电压。当11u32Ucc，12u31Ucc时，C1输出为低电平，C2输出为高电平，即=0，=1，基本RS触发器被置0，晶体管T导通，输出端0u为低电平。当11u32Ucc，12u31Ucc时，C1输出为高电平，C2输出为低电平，=1，=0，基本RS触发器被置1，晶体管T截止，输出端u0为高电平。****大学实习报告3当11u32Ucc，12u31Ucc时，基本RS触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。RS触发器RS触发器由两个与非门交叉耦合组成，R和S是信号输出端，Q为触发器的输出端。其真值表如下。输入输出说明RSQ11NC不翻转011置1101置0001非法比较器如图A所示，C1、C2是两个电压比较器，如果用U+和U-表示相应输入端上所加电压，则当U+U-时，其输出为高电平；当U+U-时，输出为低电平。两个输入端基本不向外电路索取电流，即输入电阻趋近于无穷大。分压器三个阻值均为5k欧姆的电阻串联起来构成分压器（“555”芯片也因此得名），为比较器C1、C2提供参考电压。如图A所示，C1端“U-”=2/3*Vcc,C2端“U+”=1/3*Vcc。电压控制端5脚处如果另加控制电压，可改变C1、C2的参考电压，工作中不使用控制端时，一般通过接一个F01.0的电容接地，以防旁路高频干扰。（2）芯片结构和特点555的内部结构可等效成23个晶体三极管.17个电阻.两个二极管.组成了比较器.RS触发器.等多组单元电路.特别是由三只精度较高5k电阻构成了一个电阻分压器.为上.下比较器提供基准电压.所以称之为555.555引脚图介绍如下: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。****大学实习报告44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0.01μF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4.5～16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3～18V。一般用5V。特点：①555在电路结构上是由模拟电路和数字电路组合而成，它将模拟功能与逻辑功能兼容为一体，能够产生精确的时间延迟和振荡。它拓宽了模拟集成电路的应用范同。②该电路采用单电源。双极型555的电压范围为4.5V～15V;而CMOS型的电源适应范围更宽，为2V～18V。这样，它就可以和模拟运算放大器和TTL或CMOS数字电路共用一个电源。③555可独立构成个定时电路，且定时精度高。④555的最大输出电流选200mA，带负载能力强。可直接驱动小电机、喇叭、继电器等负载。⑤该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳态触发器和多谐振荡器等，因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。⑥555定时器成本低，性能可靠。（3）芯片种类555定时器产品有TTL型和CMOS型两类。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。TTL型产品型号****大学实习报告5的最后三位都是555，CMOS型产品的最后四位都是7555，它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。二、实验设计（双光控节电开关）：要求详细叙述电路原理、工作过程、要有电路图（1）电路图（2）电路原理在本电路图中，光控三极管相当于开关作用，采用光控更好在适时时候自动控制整个电路的导通导通，采用+5V电源供电，R1是对光电耦合发光管的限流电阻，发光光来控制VT1在导通，进而控制VT2的导通，进而控制灯在亮与否，其最终都会受到管脚4的控制，当4为低电平，整个芯片不工作，输出仍为零，当4为高电平是，VT1的控制才起作用，4的电平受到光电三极管VT3的控制，VT3导通进而会让VT4导通，此时相当于4直接接地为低电平。（3）电路工作过程下面分光线充足和光线不足两种情况分讨论双光控节电开关的工作原理。光线充足：当白天有光照射到VT3时，VT3呈现导通状态，此时VT4的基极为高电平，VT4导通，芯片的4管脚为低电平，此时芯片不工作，因此芯片3管脚输出为低电平，无输出，LED不亮。光线不充足（夜晚）：cbeebc2c1c200470K200K10K18K200K1K1VT4VT2VT3VT28671534555LED5V****大学实习报告6当夜晚没有光照（或光线较弱时）射到VT3时，VT3呈现截止状态，此时VT4的基极为低电平，VT4截止，VT4的集电极为高电平,此时芯片4管脚为高电平，此时555芯片处于暂稳态。当无人通过有光照射到VT1时，VT1导通，VT2的基极为低电平，此时VT2截止，芯片2管脚为高电平，因此3管脚输出低电平，LED不亮。当有人通过无光照到VT1时，VT1呈现高阻状态,此时呈现截止状态，VT2的基极为高电平，此时VT2导通，在VT2集电极是低电平,芯片2管脚为低电平，因此3管脚输出高电平，LED亮。其中470千欧的电阻和电解电容C1组成振荡电路，决定了灯亮之后维持的时间。注：555芯片引脚图四、感想自由发挥150字左右即可。