光电技术课程设计报告1

课程设计报告姓名：吕宗鹏学号：20133649姓名：米冠霖学号：20133651姓名：施展学号：20133652专业与班级：13级应用物理一班指导教师：赵洪英课程设计名称：光电技术课程设计课程设计单位：理学院天津理工大学实习报告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1.555芯片简介555定时器由HansR.Camenzind于1971年为西格尼蒂克公司设计。西格尼蒂克公司后来被飞利浦公司所并购。不同的制造商生产的555芯片有不同的结构，标准的555芯片集成有25个晶体管，2个二极管和15个电阻并通过8个引脚引出(DIP-8封装)。[2]555的派生型号包括556（集成了两个555的DIP-14芯片）和558与559。NE555的工作温度范围为0-70°C，军用级的SE555的工作温度范围为−55到+125°C。555的封装分为高可靠性的金属封装（用T表示）和低成本的环氧树脂封装（用V表示），所以555的完整标号为NE555V、NE555T、SE555V和SE555T。一般认为555芯片名字的来源是其中的三枚5KΩ电阻[3]，但HansCamenzind否认这一说法并声称他是随意取的这三个数字。555还有低功耗的版本，包括7555和使用CMOS电路的TLC555。[4]7555的功耗比标准的555低，而且其生产商宣称7555的控制引脚并不像其他555芯片那样需要接地电容，同时供电与地之间也不需要消除毛刺的去耦电容。2.芯片原理555定时器的电路如图所示。它由三个阻值为k5的电阻组成的分压器、两个电压比较器1C和2C、基本RS触发器、放电晶体管T、与非门和反相器组成。天津理工大学实习报告2分压器为两个电压比较器1C、2C提供参考电压。如5端悬空，则比较器1C的参考电压为，加在同相端；2C的参考电压为，加在反相端。'DR是复位输入端。当0'DR时，基本RS触发器被置0，晶体管T导通，输出端0u为低电平。正常工作时，1'DR。11u和21u分别为6端和2端的输入电压。当ccUu3211，ccUu3121时，1C输出为低电平，2C输出为高电平，即0'DR，1DS，基本RS触发器被置0，晶体管T导通，输出端0u为低电平。当ccUu3211，ccUu3121时，C1输出为高电平，2C输出为低电平，1'DR，0DS，基本RS触发器被置1，晶体管T截止，输出端0u为高电平。当ccUu3211，ccUu3121时，基本RS触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。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11截止1保持保持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。天津理工大学实习报告3输入输出说明RSQ11NC不翻转011置1101置0001非法比较器1C、2C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UU时，其输出为高电平；UU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K5的电阻串联起来构成分压器（“555”芯片也因此得名），为比较器1C、2C提供参考电压。如图A所示，1C端CCUU32,2C端CCUU31。电压控制端5脚处如果另加控制电压，可改变1C、2C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。3.原理图天津理工大学实习报告44.结构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555.1脚：GND(或SSV)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0V）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：0C(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F01.0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K5的等值电阻串联而成。电阻分压器为比较器1C、2C提供参考电压，比较器1C的参考电压为CCV32，加在同相输入端，比较器2C的参考电压为CCV31，加在反相输入端。比较器由两个结构相同的集成运放1C、2C组成。高电平触发信号加在1C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端的输天津理工大学实习报告5入信号；低电平触发信号加在2C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1C、2C的输出端控制。8脚：CCV(或DDV)外接电源CCV，双极型时基电路CCV的范围是4.5～16V，CMOS型时基电路CCV的范围为3～18V。一般用5V。5.特点(1)555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。(3)555可独立构成个定时电路，且定时精度高。(4)555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。U21kU31kU41kCCOMPARATOR_VIRTUALDCOMPARATOR_VIRTUALU9A74LS00DBU8A74LS10DAVT1BJT_NPN_VIRTUALR610048562713AQQSR96543110112121378555芯片的内部等效电路天津理工大学实习报告6(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。(6)555定时器成本低，性能可靠。6.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。555电路在应用和工作方式上一般可归纳为3类。每类工作方式又有很多个不同的电路。在实际应用中，除了单一品种的电路外，还可组合出很多不同电路，如：多个单稳、多个双稳、单稳和无稳，双稳和无稳的组合等。这样一来，电路变的更加复杂。（1）单稳类电路①人工启动单稳，又因为定时电阻定时电容位置不同而分为2个不同的单元，并分别以1.1.1和1.1.2为代号。他们的输入端的形式，也就是电路的结构特点是：“RT-6.2-CT”和“CT-6.2-RT”。②脉冲启动型单稳，也可以分为2个不同的单元。他们的输入特点都是“RT-7.6-CT”，都是从2端输入。1.2.1电路的2端不带任何元件，具有最简单的形式；1.2.2电路则带有一个RC微分电路。③压控振荡器。（2）双稳类电路①触发电路，有双端输入（2.1.1）和单端输入（2.1.2）2个单元。单端比较器（2.1.2）可以是6端固定，2段输入；也可是2端固定，6端输入。②施密特触发电路，有最简单形式的（2.2.1）和输入端电阻调整偏置或在控制端（5）加控制电压VCT以改变阀值电压的（2.2.2）共2个单元电路。（3）无稳类电路①直接反馈型，振荡电阻是连在输出端0V的。天津理工大学实习报告7②间接反馈型，振荡电阻是连在电源CCV上的。其中第1个单元电路（3.2.1）是应用最广的。第2个单元电路（3.2.2）是方波振荡电路。第3、4个单元电路都是占空比可调的脉冲振荡电路，功能相同而电路结构略有不同，因此分别以3.2.3a和3.2.3b的代号。7.发展历程555定时器是美国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K5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。两个比较器1C和2C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mA200。比较器1C和2C的参考电压分别为AU和BU，根据1C和2C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。二、实验设计（双光控节电开关）：天津理工大学实习报告81.电路原理上图为双光控节电开关的proteus电路图,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b点为高电平，VT4导通，芯片的4管脚为低电平，此时芯片为强制复位状态，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）：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b点为低电平，VT4截止，芯片4管脚为高电平，此时芯片处于暂稳态。当没有人通过有光照射到VT1时，VT1导通，VT2的b点为低电平，此时VT2截止，芯片2管脚为高电平，由芯片的功能，3管脚输出低电平，LED不亮。当有人通过，阻挡了光照射到VT1时，VT1呈现截止状态，VT2的b点为高电平，此时VT2导通，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。2.电路组成（一）声音传感器MIC把声音信号转化为电信号.当这类信号转化为电信号时，电信号一般较弱，可对其进行放大对此可选择功放电路，经过这一步实现了声音信号到电信号的转换。有了电信号实现声控就容易了，我们可以让产生的电信号去触发触发器使电路导通。（二）光控部分光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子—空穴对，参与导电，使电路中电流增强。可见光光敏电阻器：包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，天津理工大学实习报告9光电跟踪系统等方面。（三）定时部分集成定时器555电路，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，应用十分广泛。它是一种产生时间延迟和多种脉冲信号的电路，由于内部电压标准使用了三个5K电阻，故取名555电路。