555集成電路在自動化電路中的設(shè)計

呂照亮

(浙江省諸暨市湄池中學(xué), 浙江 諸暨 311814)

1 555集成電路及其邏輯功能

555集成電路是一種應(yīng)用極其廣泛的模擬、數(shù)字混合式集成電路，只要在其外部配上幾個阻容元件，就能構(gòu)成性能穩(wěn)定、精確的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。由于使用靈活、方便，在各種自動化領(lǐng)域應(yīng)用極其廣泛。本文著重從最基礎(chǔ)的設(shè)計出發(fā)，以單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)自動控溫為例，把控溫的實(shí)際電路拆分成獨(dú)立的小電路結(jié)構(gòu)，降低電路設(shè)計難度，讓初學(xué)者了解電子控制技術(shù)設(shè)計的方法與技巧。

555集成電路的外形及針腳分布如圖1所示。

圖1 555集成電路實(shí)物圖及引腳圖

555集成電路主要輸入腳和輸出腳的邏輯關(guān)系，可見表1。其它針腳的作用：

4腳：直接清零端。

5腳：控制電壓端。此端外接電壓時，可改變內(nèi)部2個比較器的基準(zhǔn)電壓；當(dāng)該端不用時，應(yīng)將該端串入一只0.01 μF電容接地，以防引入干擾。

7腳：放電端。

8腳：外接電源Vcc，雙極型集成電路Vcc的范圍是4.5- 16 V，CMOS型集成電路Vcc的范圍為3-18 V。一般采用5 V。

表1555集成電路輸入腳和輸出腳的邏輯關(guān)系

Tab.1Logicalrelationshiphipbetweeninputandoutputfeetof555integratedcircuits

輸入2腳輸入6腳輸出3腳>1/3Vcc>2/3Vcc0>1/3Vcc<2/3Vcc不變<1/3Vcc>1/3Vcc1

2 溫度控制部分的電路設(shè)計

溫度控制電路主要包括2個控制單元，一是溫度采集并對溫度的上限和下限控制；另一個是溫度超出上、下限時能實(shí)現(xiàn)報警，包括聲音報警和發(fā)光報警。下面主要針對這2個控制單元的設(shè)計做初步的研究。

2.1 熱敏電阻溫度采集及電路控制

有2種熱敏電阻可供選擇，當(dāng)溫度達(dá)到上限時，3腳輸出高電平，進(jìn)而切斷加熱源。2、6腳合并相連至B端。若要3腳輸出高電平，2、6腳電位需降低到1/3Vcc。若選擇NTC熱敏電阻，根據(jù)溫度升高，其電阻下降的特性，C端接地，A端接+Vcc；若選擇PTC,應(yīng)A端接地，C端接+Vcc。連接方法如圖2所示。

圖2 采集溫度及控制電路

Fig.2Designdiagramoftemperatureacquisitionandcontrolcircuit

2.2 熱敏電阻實(shí)現(xiàn)溫度上、下限的精確控制

為了能夠精確控溫，使保溫箱的溫度控制在某一溫度范圍內(nèi)。通過分析可知2、6腳必須分別接入獨(dú)立支路，才能精確控溫，電路設(shè)計如圖3所示。

圖3 控制溫度上限和下限的電路設(shè)計

Fig.3Designcircuittocontroltheupperandlowertemperaturelimits

對于2、6腳上、下限連接方式，要綜合考慮，連接方式與3腳輸出、熱敏電阻的類型、電位器和熱敏電阻的位置都有一定的聯(lián)系。當(dāng)溫度升高，達(dá)到上限時，3腳應(yīng)輸出低電平，加熱器停止加熱，這需要6腳電位逐漸升高到2/3Vcc,所以6腳控制上限，接入上限電路的B端。2腳控制下限，接入下限電路的B端，參考電路如圖4所示。當(dāng)溫度升高，熱敏電阻阻值及電壓減小，可變電阻的電壓升高，因?yàn)橐?腳電位升高，可變電阻一端接地。若換成正溫度系數(shù)電阻，電路連接將發(fā)生變化。

圖4 控制溫度上限和下限的參考方案

Fig.4Referenceschemeforcontrollingtheupperandlowertemperaturelimits

2.3 采用發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)報警功能

當(dāng)溫度達(dá)到上限，3腳輸出高電平，因此發(fā)光二極管與電阻串聯(lián)后一端接3腳，一端接地，如圖5所示。2個電阻互換后，如果仍然滿足溫度達(dá)到上限發(fā)光報警的要求，此時3腳應(yīng)輸出低電平，發(fā)光二極管與電阻接入方法:串聯(lián)后一端接3腳，一端接電源Vcc，這里要注意發(fā)光二極管的單向?qū)щ娦?，長腳為正極、短腳為負(fù)極。

圖5 實(shí)現(xiàn)發(fā)光報警的設(shè)計電路

2.4 采用三極管、繼電器、蜂鳴器增強(qiáng)報警功能

針對某些特殊情況，需要增強(qiáng)溫度達(dá)到上限時的報警功能，可以通過3腳接三極管驅(qū)動繼電器，從而控制蜂鳴器發(fā)聲，如圖6所示。

圖6 增強(qiáng)報警功能的設(shè)計電路

當(dāng)溫度升高，熱敏電阻阻值減小，2腳電位降低，當(dāng)降低到1/3Vcc時，3腳輸出高電平。若選擇三極管為PNP型，3腳接基極，此時三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，繼電器不工作，若要使揚(yáng)聲器發(fā)聲，繼電器應(yīng)選擇常閉觸點(diǎn)，即揚(yáng)聲器上端接繼電器的e端。若選擇NPN類型的三極管，應(yīng)采用常開觸點(diǎn)，即揚(yáng)聲器上端接繼電器的d端。這個設(shè)計主要涉及以下問題。

(1)三極管驅(qū)動繼電器時一定要并聯(lián)一個二極管來保護(hù)三極管。

(2)繼電器觸點(diǎn)連接方式隨三極管類型的變化而變化。

3 結(jié)束語

在自動化應(yīng)用中，555集成電路的設(shè)計，還會接入電容、電位器、晶閘管、穩(wěn)壓管等元器件，從而可設(shè)計出相片曝光定時器、簡易催眠器、風(fēng)扇調(diào)速電路、多用途延遲開關(guān)電源插座、觸摸式電控?zé)舻?。電子控制技術(shù)的核心是電路設(shè)計，要設(shè)計出合理的、有價值的電路，只進(jìn)行理論的研究還不夠，應(yīng)親身設(shè)計、制作與實(shí)踐，這樣才能不斷提高自身的設(shè)計和理解能力。