大学物理实验采用 555 时基集成电路的水位控制系统

大学物理实验 采用555时基集成电路的水位控制系统

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（IC1）构成施密特触发器完成整个水位控制功能。

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

实验原理 图1水位控制系统的电路原理图

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。

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。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

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。

实验仪器 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

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：5G555 CMOS:CC755 图2 G7555基时定时器

电阻分压器 放电三极管T 2、555定时器的构成基本RS触发器图3

四个组成部分的功能 基本RS触发器两个电压比较器C1 C2 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。将6脚和2脚的电压与其参考电压比较，使RS置1或置0。电阻分压器放电三极管T 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。 RS触发器Q=0，T截止； Q=1，T饱和导通。

放电端 高电平触发端电压控制端复位端接地端电源端低电平触发 3、555定时器引脚功能 8 7 6 5 1 2 3 4

555集成定时器构成的RS触发器 图4

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。

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/ 3VDD 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。

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

实验内容 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。

注意事项 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。

问题与讨论 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？

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