【正文】 合型的中規(guī)模集成電路，應用十分廣泛。它是一種產生時間延遲和多種脈沖信號的電路，由于內部電壓標準使用了三個3K電阻，故取名555電路。其電路類型有雙極型和CMOS型兩大類，二者的結構與工作原理類似。幾乎所有的雙極型產品型號最后的三位數(shù)碼都是555或556電路；所有的CMOS產品型號最后四位數(shù)碼都是7555或7556，二者的邏輯功能和引腳排列完全相同，易于互換。555和7555是單定時器。556和7556是雙定時器。雙極型的電源電壓Vtt＝＋5V~15V，輸出的最大電流可達200mA，CMOS型的電源時電壓為＝3~＋18V。1) 555電路的工作原理555電路的內部電路方框圖如圖32所示。它含有兩個電壓比較器，一個基本RS觸發(fā)器，一個放電開關管T，比較器的參考電壓由三只5K電阻器構成的分壓器提供。它們分別使高電平比較器A1的同相輸入和低電平比較器A2的反相呂、輸入端的參考電平為2/3VCC和1/3VCC。A1與A2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關狀態(tài)。當輸入信號自6腳，即高電平觸發(fā)輸入并超過參考電平2/3VCC時，觸發(fā)器復位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時放電開關管導通；當輸入信號自2腳輸入并低于1/3VCC進，觸發(fā)器復位，555的3腳輸出高電平，同時放電開關管截止。RD是復位端（4腳），當RD＝0,555輸出低電平。平時RD端開路或接VCC?！D32 555定時器內部框圖及引腳排列Vc是控制電壓端（5腳），平時輸出2/3VCC作為比較器A1的參考電平，當5腳外接一個輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實現(xiàn)對輸出的另一種控制，在不接外加電壓時，起濾波作用，以消除外來的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。T為放電管，當T導通時，將給接于腳7的電容器提供低阻放電通路。555定時器主要是與電阻、電容構成充放電電路，并由兩個比較器來檢測電容器上的電壓，以確定輸出電平的高低和放電開關管的通斷。這就很方便地構成從微秒到數(shù)十分鐘的延時電路，可方便地構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，多諧振蕩器，施密特觸發(fā)器等脈沖產生或波形變換電路。 2）構成多諧振蕩器圖3－3（a）為由555定時器和外接定時元件R、C構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。觸發(fā)電路由CRD構成，其中D為鉗位二極管，穩(wěn)態(tài)時555電路輸入端處于電源電平，內部放電開關和T導通，輸出端F輸出低電平，當有一個外部2與腳5與6直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外加觸發(fā)信號，利用電源通過RR2向C充電，以及C通過R2向放電端C1放電，使電路產生振蕩。電容C在1/3VCCt和2/3Vcc之間充電和放電。其波形如圖3－3（b）所示。輸出信號的時間參數(shù)如式（321）（322）（323）T＝tw1+tw2 （311） tw1=(R1+R2)C （312） tw2= （313）555電路要求R1與R2均應大于或等于1K,但R1＋。外部元件的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性，555定時器配以少量的元件即要獲得較高精度的振　蕩頻率和具有較強的功率輸出能力。因此這種形式的多諧振蕩器應用很廣。（a） 圖33 多諧振蕩器 （b）3）紅外線發(fā)射電路分析圖31是電路為紅外線發(fā)射電路，主要組成部分就是NE555構成的多諧振蕩器和紅外線發(fā)射管SE303。SE303發(fā)射的紅外線在可見光范疇之外，故用圖31中的PH302感應接受紅外線。而NE555作為多諧振蕩器發(fā)射固定頻率的方波脈沖信號，激發(fā)SE303產生特定頻率的紅外線。電流從RR6進入，給C6充電，VV2電壓升高，當V2達到8V左右時，NE555復位，輸出端（引腳3）為低電平。之后C6通過R2放電，V2降低，當V2降到4V時，輸出端輸出高電平，SE303向外發(fā)射紅外線。電源又通過RR6給C6充電，當V2升到8V時，觸發(fā)器再次翻轉。如此3號腳輸出特定頻率的脈沖方波信號。頻率為f=1/T=1/（R2+2R6）C6=1/（20kΩ+2*62kΩ）≈；占空比：q=R2/(R2+2R6)= 20kΩ/（20kΩ+2*62kΩ）≈%從NE555輸出端的電流大概是200mA,而SE303正常工作只需20mA。故連上R5來限流，保護紅外線發(fā)光二極管。 紅外接收電路圖34 紅外線接收電路圖34是紅外線接收電路，該電路由三部分組成。第一部分，紅外接受裝置PH302，第二部分是反相放大電路，此處用的是六相反相器CD4069的三個非門組成放大電路，第三部分是有兩個反相器構成的施密特電路，利用其回差特性，對數(shù)字信號進行濾波整流。當PH302未接收到光信號時相當于，反向截止，電路從R7過，C3左端高電平，大概是8v。當接受到光信號時，PH302處于導通狀態(tài)，相當于短路，C3左端相當于直接接地，為低電平。經過CRU2:U2:2 、U2:3 U2: U2:RR9，反相放大后輸出低電平為1V。在經過施密特電路整形濾波，整個發(fā)射電路輸出低電平。（即人伸進手時輸出低電平）這是施密特電路通過整形濾波到矩形脈沖，為NE555延時電路中輸入觸發(fā)信號。（PH302）圖35 PH302光電元件特點是其高精度、高分辨率、大動態(tài)范圍，利用光敏元件上的光電流隨光強變動而變化這一現(xiàn)象實現(xiàn)幾何增量，光電傳感器可廣泛地應用于靜態(tài)測量、動態(tài)測量及自動化控制等領域。本設計中接收部分就采用了光敏二極管。（1）光電傳感器的工作原理光電傳感器的基本轉換原理是將被測量參數(shù)轉換成光信號的變化，然后將光信號作用于光電元件轉換成電信號的輸出。常用的光電傳感器是采用發(fā)光二極管作為光源，光源經過透鏡聚焦于空間某一點。如果在該點有障礙物，光就照不到光敏二極管上，電路處于偏置狀態(tài)，PN結截止，反向電流很小。當沒有障礙物遮擋時，光照到光敏二極管上時，PN結附近產生電子——空穴對，漂移過PN結，產生光電流。此時，光電流與光照強度成正比，光敏二極管處于導通狀態(tài)。具體方法是在光源側使用發(fā)光二極管，在受光側使用光敏二極管，并將信號處理電路集成制作在一塊芯片上。它的特點是體積小，可靠性高，工作電源電壓范圍寬，接口電路的復雜程度大幅度減少，可直接與TTL，LSTTL和CMLS電路芯片連接。2. CD4069CD4069由六個COS/MOS反相器電路組成，管腳圖，如圖35所示。此器件主要用作通用反相器、即用于不需要中功率TTL驅動和邏輯電平轉換的電路中。電源電壓范圍：?15V ，有高抗干擾性，最大輸出電流為230mA圖35 CD4069管腳圖（1）CD4069施密特觸發(fā)器的電路實現(xiàn)1）施密特電路施密特觸發(fā)器是脈沖波形變換中經常使用的一種電路，它是利用脈沖整形電路將非矩形脈沖變換成符合要求的矩形脈沖。它具有滯后特性的數(shù)字傳輸門，且受電源限制，可對輸入波形進行變換和整形。閾值電壓UTUT2和回差電壓△UT是其主要參數(shù)。施密特觸發(fā)器的特點①電路具有兩個閾值電壓，分別稱為正向閾值電壓（UT+）和負向閾值電壓（UT），二者的差值稱為回差電壓（△UT）。輸出電平的變化滯后于輸入，形成回環(huán)。②不同于其它的各類觸發(fā)器，施密特觸發(fā)器屬于“電平觸發(fā)”型電路，觸發(fā)信號Vin可以是變化緩慢的模擬信號, Vin達某一電平值時，輸出電壓VOUT突變。③輸入信號增加和減小時，電路有不同的閾值電壓。 當矩形脈沖經過傳輸后因以下原因發(fā)生畸變，可通過施密特觸發(fā)器的整形就能獲得滿意的矩形脈沖波形。　 圖37 波形圖(a) 傳輸線上電容較大，波形的上升沿和下降沿變壞；(b) 阻抗不匹配，波形的上升沿和下降沿產生振蕩；(c) 受到干擾，脈沖波形上疊加有噪聲。在實際電路中信號傳送過程中，信號會受到干擾而失去原有的波形，利用施密特電路就可以得到想要的脈沖波形。2） 用兩級CMOS反相器構成的施密特觸發(fā)器電路中兩級反相器串聯(lián)，分壓電阻RWR4將輸出端的電壓反饋到輸入端對電路產生影響。圖38 反相器CD4069組成的施密特觸發(fā)器① Vin=0，GG2門為正反饋，Vout=VoL=0。② Vin=1，GG2在正反饋的作用下，使電路狀態(tài)迅速變化Vout=VoH=1。正向閾值電壓 （314） 負向閾值電壓 （315）圖39 施密特觸發(fā)器的傳輸特性及輸入輸出波形 時間延遲電路圖310 時間延遲電路和電機電路（1） 時間延遲電路電路中CR12組成微分電路，將施密特觸發(fā)器輸出的方波形成觸發(fā)脈沖，實現(xiàn)對NE555的可靠觸發(fā)。后面是NE555芯片組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，R12為上拉電阻，2號腳為輸入端，當2號腳輸入為低電平時（低于9v*1/3=3v），經過555輸出端（引腳3）為一個高電平，555進入暫穩(wěn)態(tài)。因為tw(Max)=*R11*C8=,。之后電源通過上拉電阻R12充電，使2號腳的電平升高超過12*1/3=4v，電源通過R11充電使6號腳變成超過8V，此時，NE555發(fā)生翻轉，輸出低電平。（2） 吹風機開關電路電動機直接接在220V交流電上，不能直接用數(shù)字電路中的微電來控制，所以要用繼電器來控制。電磁繼電器一般需要大電流，Ne555輸出為高電平，繼電器工作，開關KT閉合，電動機工作D3起到保護作用，當Ne555輸出低電平時，繼電器兩端均為低電平，開關KT處于斷開狀態(tài)，電動機不工作。（3） NE555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器延時時間：T=。圖311 NE555單穩(wěn)觸發(fā)器4） 微分電路它和放大電路中的 RC耦合電路很相微分電路是脈沖電路中最常用的波形變換電路，似，見圖 5 。當電路時間常數(shù) τ=RCt k 時，輸入矩形脈沖，由于電容器充放電極快，輸出可得到一對尖脈沖。輸入脈沖前沿則輸出正向尖脈沖，輸入脈沖后沿則輸出負向尖脈沖。這種尖脈沖常被用作觸發(fā) 脈沖或計數(shù)脈沖。圖312 微分電路在設計電路中紅外線接收電路中的C4和與延時電路中的R12組成微分電路，其作用是將整形電路輸出的方波信號微分為觸發(fā)脈沖去觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。 電源電路圖313 電源電路，電路直接從220V電網供電，通過T變壓器電路，出來12V左右的交流電壓，經過二極管橋式整流電路，輸出9v的直流電流，然后在經過CC2完成濾波功能，穩(wěn)壓電路采用三端穩(wěn)壓集成電路來實現(xiàn)。它們共同構成電源電路，為整個電路提供9v的直流電壓。、整流橋、三端穩(wěn)壓器7809組成電源功能：為各元器件的正常工作提供直流電源。根據(jù)設計要求組成電路的主要部分有555夠成的多諧振蕩器，—18V，放大電路與紅外發(fā)射管相配套光敏二極管PH302接收，其工作電壓為3V—18V，電磁閥9V—12V，由此可知，電源電壓應為9V使電路正常工作。(1)電源的組成：由變壓器，整流橋，濾波器，穩(wěn)壓器組成。變壓器把220V交流電（市電）變?yōu)榉€(wěn)壓所需的低壓交流電；整流器把低壓交流電變?yōu)橹绷麟?；整流后的直流電中仍會含有交流成分，可以通過濾波電路將交流成分濾除；經濾波后，穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。(2)電源變壓器變壓器的作用是將220V 50Hz交流電變成整流濾波所需的交流電壓。本設計需要把220V交流電變?yōu)?V 交流電，變壓器匝數(shù)比 n=原邊匝數(shù)/副邊匝數(shù)≈25。(3)整流濾波電路整流電路將交流電壓變換成脈動的直流電壓。再經濾波電路濾除較大的波紋成分，輸出波紋較小的直流電壓。整流通常有半波整流和全波整流。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等。整流橋的工作原理：很多電路要