毕业设计555构成的多用途定时控制器电路的设计.docx

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毕业设计555构成的多用途定时控制器电路的设计

555构成的多用途定时控制器电路的设计

摘要：

设计一个由555构成的实用定时控制电路，这种定时控制器具有简单、性能稳定、调整方便等特点。

设用于电饭煲的定时开启、关闭和保温，电风扇或其他用电器的定时开启和循环间歇通电等，也可用于替代已损坏的电冰箱温控器，控制冰箱电源的通断循环过程。

关键词：

555定时器；触发信号；延时时间；继电器；晶闸管

Abstract:

555constitutedbythedesignofapracticaltimingcontrolcircuit,thetimingcontrollercircuitwithasimple,stableperformance,easyadjustment.Fromtimetotimeappropriatetoaricecookeron,offandheat,electrictfansorotherappliancesusedtoopentheregularcycleofintermittentelectricityandsoon,canalsobeusedtoreplacedamagedthermostatoftherefrigeratortocontroltherefrigerator’spower-offcycle.

Keywords:

555Timer;Triggersignals;Delaytimer;Relay;Thyristor

前言

20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有利地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。

时间对于人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间，忘记了要做的事情。

在日常生活和工作中，我们常常用到定时控制器，如电饭煲的定时开启、关闭和保温，电风扇或其他用电器的定时开启和循环间歇通电等。

早期常用的一些时间控制单元都是使用模拟电路设计制作的，其定时准确性和重复精度都不是很理想，现在基本都是基于数字技术的新一代产品，随着555定时器的性能价格比的不断提高，新一代产品的应用也越来越广泛，可以用于家电控制，甚至可以用于儿童玩具。

它具有电路简单、性能稳定、调整方便等特点。

随着电子技术的飞速发展，家用电器和办公电子设备逐渐增多，不同的设备都有自己的控制器，使用起来很不方便。

根据这种实际情况，设计了555构成的多用途定时系统，可以利用一个控制器对多路电器进行控制。

这种具有人们所需要的智能化特性的产品减轻了人的劳动，扩大了数字化的范围，为家庭数字化提供了可能。

本设计以555定时器为核心，与电源电路、控制电路、驱动电路等共同组成的一个多用途的定时控制器。

本文对多用途的定时控制器组成、结构和工作原理作了详细的介绍，并给出了各个组成部分的原理电路图，并对它们作了具体的介绍。

第一章设计方案

1.1设计要求

设计一个555构成的多用途定时控制器电路，具体要求如下：

1.可设定定时启动的时间，按照设定好的时间，自动循环地工作下去；

2.设计的电路尽量用最简单的元器件来实现所要求的功能，要具有一定的实际应用价值；

3.可以自动控制电路的整个工作过程；

4.定时时间范围可以选择；

5.接通电源，指示灯亮；定时开始，指示灯亮。

1．2设计目的

本课题是设计一个555构成的多用途定时控制器电路，通过本设计了解掌握定时控制器电路的工作原理，进而研究电子产品设计的技术方法。

通过对555构成的多用途定时控制器电路的设计、安装于调试，熟练掌握各种电子仪器、仪表的正确使用方法，熟悉掌握数字逻辑电路原理及各类型数字单元电路的工作原理、电路形式、调试方法等方面知识；同时，通过对系统设计结果的理论分析，加强理论联系实际的工作能力，对加强数字逻辑电路原理与技术方法的掌握，得到全面的、系统的训练，为今后从事本专业工作奠定坚实的基础。

第二章设计方案

2.1元器件介绍

2.1.1555定时器的原理

555定时器是一种集模拟、数字于一体的中规模集成电路，其应用极为广泛。

它不仅用于信号的产生和变换，还常用于控制和检测电路中。

定时器有双极性和CMOS两种类型的产品，它们的结构和工作原理基本相同，没有本质的区别。

一般来说，双极型定时器的驱动能力较强，电源电压范围为5至16V，最大负载电流可达200mA,而CMOS定时器的电源电压范围为3至18V，最大负载电流在4mA,以下，它具有功耗低、输入阻抗高等优点。

1.电路结构

图2-1555定时器电路结构

555定时器的内部电路由分压器、电压比较器C1和C2、简单SR锁存器、放电三极管T以及缓冲器G4组成，其内部结构如图2-1所示。

3个5KΩ的电阻串联成分压器，为比较器C1、C2提供参考电压。

当控制电压端5悬空时（可以对地接上0.01μF左右的电容），比较器C1和C2的基准电压分别为2/3VCC和1/3VCC。

VI1是比较器C1的信号输入端，称为阈值输入端；VI2是比较器C2的信号输入端，称为触发输入端。

如果控制端5外接电压Vco和1/2Vco.比较器C1和C2的输出控制SR锁存器和放电三极管T的状态。

放电三极管T为外接电路提供放电通路，在使用定时器时，该三极管的集电极（7脚）一般要外接上拉电阻。

RD为直接复位输入端，当RD为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输入端VO即为低电平。

当VI1>2/3Vcc,VI2>1/3Vcc,比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，简单SR锁存器Q端置0，放电三极管T导通，输出Vo为低电平。

当VI1<2/3Vcc,VI2<1/3Vcc,比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，简单SR锁存器Q端置1，放电三极管T截止，输出Vo为高电平。

当VI1<2/3Vcc,VI2>1/3Vcc,简单SR锁存器R=1,S=1，锁存器状态不变，电路保持原状态不变。

2.引脚排列

图2-2555外部引脚排列图

由图2-2可以看出，555外部引脚排列为1为接地，2为触发端，3为输出端，4为复位端，5为控制端，6阀值端，7为放电端，8电源端。

3.电路功能

表2-1555定时器功能表

输入

输出

阀值输入

（VI1）

触发输入

（VI2）

复位端

R0

输出

V0

放电管

T

X

X

0

0

导通

＜2/3VCC

＜1/3VCC

1

1

截止

＞2/3VCC

＞1/3VCC

1

0

导通

＜2/3VCC

＞1/3VCC

1

不变

不变

2.1.2电子闹钟

闹钟既能指示时间，又能按人们预定的时刻发出响铃信号或其他信号。

闹钟的机芯结构主要有机械式和石英电子式两大类，其他如晶体管摆轮游丝式、音叉式等类型已很少用。

日用机械闹钟的走时日误差一般在120秒/日以内，石英电子闹钟的走时日误差一般在0.2秒/日以内。

本设计中所用到的是电子闹钟，下面介绍了石英电子闹钟的内部结构及原理。

石英电子闹钟的机芯结构包括走时和闹时两大系统。

○1走时系统：

指针式石英电子闹钟的走时系统包括石英谐振器、CMOS集成电路（分频和驱动）、步进电机（将电能转换为机械能）、计数和传动机构、指针结构等部件；数字式石英电子闹钟的走时系统包括石英谐振器、CMOS集成电路（分频、计算和驱动）、液晶显示屏或发光二极管、导电橡胶等部件；此外，指针式和数字式都包括电池、微调电容、夹板和线路板等部件。

○2闹时系统有两种：

一种是以集成电路或晶体管开关电路（分立元件）输出信号，驱动扬声器或其他声响装置；另一种是直接利用电磁原理，通过线圈的通、断电流，吸动打锤敲击闹铃，或吸动其他声响装置。

石英电子闹钟用石英晶体产生基本振荡，通过步进电机驱动齿轮组带动指针组。

2.1.3三极管的开关作用

图2-3NPN三极管共射级电路

图2-4共射级电路输出特性曲线

图2-3所示是NPN三极管的共射级电路。

图2-4所示是它的特性曲线图，图中有3种工作区域：

截止区（CutoffRegion）、线性区（ActiveRegion）、饱和区（SaturationRegion）。

三极管是以B级电流IB作为输入，操纵整个三极管的工作状态。

若三极管是在截止区，IB趋近于0，C极与E极间约为断路状态，IC=0,VCE=VCC。

若三极管是在线性区，B-E接面为顺向偏压，B-C面为逆向偏压，IB值适中（VBE=0.7V）,IC=hFEIB成比例放大，Vce=Vcc-RcIc=Vcc-RchFEIB可被IB操控。

若三极管在饱和区，IB很大，VBE=0.8V,VCE=0.2V,VBC=0.6V,B-C与B-E两接面均为正向偏压，C-E间等同于一个带有0.2V电位落差的通路，可得IC=（VCC-0.2）/RC,IC与IB无关了，因此时的IB大过线性放大区的IB，IC

三极管在截止状态时C-E间如同断路，在饱和态时C-E间如同通路（带有0.2V电位降），因此可以作为开关。

控制此开关的是IB，也可以用VBB作为控制的输入讯号。

图2-5、2-6分别显示三极管开关的通路、断路状态及其对应的等效电路。

图2-5截止状态如同断路图2-6饱和状态如同通路

2.1.4单向晶闸管

单向晶闸管的结构和电路符号如图2-7所示，它是具有PNPN四层半导体结构的开关元件，它有三个PN结和阳级A、阴极K，门级（控制极）G三个电极。

a）b）

图2-7单向晶闸管的结构和电路符号

a）单向晶闸管的结构图b）电路符号

1.单向晶闸管的工作特性

单向晶闸管具有可控的单向导电性。

如图2-8所示的电路中，只有图2-8a所示的晶闸管正向导通，灯泡点亮，另两种接法，晶闸管都不导通。

（1）正向导通特性

如图2-8a所示，晶闸管加上正向电压时，阳极A与阴极K之间呈现低阻导通状态，A-K间压降约为1V，电压大部分都加在了小灯泡上面，所以灯泡亮。

实验证明，晶闸管的正向导通电压随控制级电流的增大而迅速降低，当控制级有足够大的电流，晶闸管会在较低的正向阳极电压下导通。

a）正向导通b）正向阻断c）反向阻断

图2-8单向晶闸管的工作特性

（2）正向阻断特性

当门级无触发电压时，晶闸管虽有正向阳极电压，但不能导通，

A-K之间阻值很大，相当于开关断开，灯泡不亮，这时的晶闸管处于正向阻断状态，如图2-8b所示。

（3）反向阻断特性

当晶闸管两端加反向电压时，即使控制级有触发电压，晶闸管也不会导通，灯泡不亮，晶闸管处于反向阻断状态，如图2-8c所示。

综上所述，晶闸管的导通和阻断相当于开关的闭合和断开，只是它的开、合是有条件的，所以可以用它构成各种控制电路的开关电路。

2.单向晶闸管的通、断转化条件

通过前面的分析我们知道，晶闸管的通、断工作状态是随着阳极电压、电流和控制级电流等条件相互转化的，具体见表2-2

从断到通条件

维持导通条件

从通到断条件

1）阳极电位高与阴极电位

2）控制级具有足够的正向电压和电流

1）阳极电位比阴极电位高

2）阳极电流大于维持电流

1）阳极电流小于维持电流

2）阳极电位比阴极电位低

以上两种条件应同时具备

以上两种条件应同时具备

具备以上两种条件的其中一个

从表2-2中可知，单向晶闸管一旦导通，其控制级就失去了控制作用，即无触发电压，只要阳极A比阴极K电位高，阳极电流大于维持电流，晶闸管仍将维持导通状态。

只有在阳极电流降到维持电流以下或阳