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大学物理实验采用 555 时基集成电路

的水位控制系统

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引 言

采用 555 时基集成电路组成的水位控制系统的电

路图如图 1 所示。电路中 555 时基集成电路器（ IC

1 ）构成施密特触发器完成整个水位控制功能。

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实验目的

1. 了解 555 定时器构成的多谐振荡器

2. 观察断线式防盗报警现象

3. 掌握断线式防盗报警器的设计原理

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实验原理

图 1 水位控制系统的电路原理图

1 2 3 4 5 6

A

B

C

D

654321

D

C

B

A

Title

Number RevisionSize

B

Date: 25-Jun-2010 Sheet of File: E:\Protel 99 practice\ \ .ddb水位控制器水位控制器 Drawn By:

TRIG2

OUT 3

4

CVOLT 5THOLD6

DISCHG7

8

1

RESET VCC

GND

IC1

555

R1

75k

R2

25k

R3100k

R4

5.1k

VT12SC8050

VD1

1N4007

RELAYRELAY-DPST

C110u

C20.01u

M

C

BA

水池

GND

+5V

C34.7u

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电路工作原理

图中 A 、 B 、 C 是三个电极检测点。当水位高于水位线 A 时，水泵停机，停止给水池加水；水位低于水位线 B时，水泵工作，给水池加水。 C 电极是最低水位检测点，它连接于电源 VDD 。当水位低于水位线 B 时， C 与 B 点不导通，导致 IC 1 的 2 、 6 脚电位为零， 555 时基集成电路 3 脚输出高电平， VT1 导通，继电器吸合，水泵给水池加水。

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当水位到达 A 点时， C 、 B 、 A 三点被短路（ R2 、 R3 串联），使 IC1 的 2 、 6 脚电位等于 4/5 VDD ，大于 2/3VDD ， IC1 的 3 脚输出低电平， VT1 截止，继电器断开，水泵停止给水池加水

当水位到达 B 点时，由于 C 、 B 两点在水的作用下被短路（ R1 、 R2 、 R3 串联），使 IC1 的 2 、 6 脚电位大于1/3 VDD ，而小于 2/3 V 等于 1/2 V ，此时， IC1 输出端3 脚维持高电平不变，水泵继续给水池加水。

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同理，当水位下降，但还高于 B 点，此时 IC1 的 2 、 6

脚电位等于 1/2 VDD ，大于 1/3 VDD ，水泵仍然停止工

作，只有水位低于 B 点时，此时 IC1 的 2 、 6 脚电位等于

0V ，小于 1/3 VDD ，定时器才输出高电平， VT1 导通，

继电器吸合，水泵开始向水池加水。如此循环往复使水池

中的水位保持在 B 、 A 之间。

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555 芯片，电阻，极性电容，电容器，三极管，二极管，LED 灯，五伏电池，水泵

实验仪器

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555 定时器555 集成定时器的组成及基本工作原理

1 、 555 集成定时器是模拟和数字相结合的中规模集成电路，外形图、外引脚排列图和内部电路图如图 3 示。

常用型号双极性： 5G55

5CMOS:CC755

图 2 G7555 基时定时器

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2 、 555 定时器的构成

CCU3

2

电阻分压器

CCU3

1

放电三极管 T

基本 RS触发器

图 3

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四个组成部分的功能四个组成部分的功能

两个电压比较器两个电压比较器 CC1 1 CC22

将 6 脚和 2 脚的电压与其参考电压比较，使RS 置 1 或置 0 。

电阻分压器电阻分压器

为比较器提供参考电压，在 5 脚外加电压，可以改变将参考电压值。

基本基本 RSRS 触发器触发器

1 、 Q 端提供电路输出；

2 、 Q 控制放电三极管状态；

3 、强迫触发器置 0 。

放电三极管放电三极管 TT

RS 触发器 Q=0 ， T 截止； Q=1 ， T 饱和导通。

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3 4

接地端 低电平触发

复位端1 2

5678 电压控制端电源端

高电平触发端放电端

3 、 555 定时器引脚功能

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图 4

555 集成定时器构成的 RS 触发器

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3 、 555 定时器引脚功能

555 电路等效成一个带放电开关的 RS 触发器，如图 4 。这个

特殊的触发器有两个输入端；阈值端（ TH ）可看成是置零端

R ，要求高电平；触发端 TR 可看成是置位端 ，低电平有效

。它只有 1 个输出端 VO ， VO 可等效成触发器的 Q 端。放电端

（ DIS ）可看成由内部的放电开关控制的一个接点，放电开

关由触发器的 Q 端控制： =1 时 DIS 端接地； =0 时 DIS

端悬

空。此外这个触发器还有复位端 ，控制电压端 VC ，电

源端 VDD 和地端 GND 。

s

Q Q

RM

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这个特殊的 RS 触发器有 2 个特点：

（ 1 ）两个输入端的触发电平要求一高一低：置零端 R 即阈值端 TH 要求高电平，而置位端 S 即触发端 则要求低电平。

（ 2 ）两个输入端的触发电平，也就是使它们翻转的阈值电压值也不同，当 VC 端不接控制电压时，对 TH （ R ）端来讲，＞ 2 /3 VDD 是高电平 1 ，＜ 2 /3 VDD 是低电平 0 ；而对（ ）端来讲，＞ 1/ 3 VDD 是高电平 1 ，＜ 1 /3VDD

是低电平 0 。如果在控制端（ VC ）加上控制电压 VC ，这时上触发电平就变成 VC 值，而下触发电平则变成 1/2VC 。可见改变控制端的控制电压值可以改变上下触发电平值。

S

RTS

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555 电路可以等效成一个触发器，它的功能表见表1

表 1 555 等效触发器功能表

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1 、读懂电路原理图；2 、选择元件器，熟悉各元器件特征和封装；3 、判断 555 芯片各引脚，判断三极管引脚，

二 极管引脚，电容极性引脚等；4 、把各元器件按照原理图连接关系依次插入 电路板，确保元器件的正确连接；5 、连接电源，调试电路，实现水位控制功能

。

实 验 内 容

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1 、正确判断 555 芯片各引脚，判断三极管、二极 管及电容极性引脚等；2 、注意元器件引脚正确插入电路板；3 、注意安全。

注 意 事 项

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1 、可否采用其他芯片替代 555 芯片？

2 、电阻 R1 、 R2 的阻值是否可以改变？

问题与讨论