555集成电路在自动化电路中的设计

吕照亮

(浙江省诸暨市湄池中学, 浙江 诸暨 311814)

1 555集成电路及其逻辑功能

555集成电路是一种应用极其广泛的模拟、数字混合式集成电路，只要在其外部配上几个阻容元件，就能构成性能稳定、精确的单稳态触发器。由于使用灵活、方便，在各种自动化领域应用极其广泛。本文着重从最基础的设计出发，以单片机的温度控制系统自动控温为例，把控温的实际电路拆分成独立的小电路结构，降低电路设计难度，让初学者了解电子控制技术设计的方法与技巧。

555集成电路的外形及针脚分布如图1所示。

图1 555集成电路实物图及引脚图

555集成电路主要输入脚和输出脚的逻辑关系，可见表1。其它针脚的作用：

4脚：直接清零端。

5脚：控制电压端。此端外接电压时，可改变内部2个比较器的基准电压；当该端不用时，应将该端串入一只0.01 μF电容接地，以防引入干扰。

7脚：放电端。

8脚：外接电源Vcc，双极型集成电路Vcc的范围是4.5- 16 V，CMOS型集成电路Vcc的范围为3-18 V。一般采用5 V。

表1555集成电路输入脚和输出脚的逻辑关系

Tab.1Logicalrelationshiphipbetweeninputandoutputfeetof555integratedcircuits

输入2脚输入6脚输出3脚>1/3Vcc>2/3Vcc0>1/3Vcc<2/3Vcc不变<1/3Vcc>1/3Vcc1

2 温度控制部分的电路设计

温度控制电路主要包括2个控制单元，一是温度采集并对温度的上限和下限控制；另一个是温度超出上、下限时能实现报警，包括声音报警和发光报警。下面主要针对这2个控制单元的设计做初步的研究。

2.1 热敏电阻温度采集及电路控制

有2种热敏电阻可供选择，当温度达到上限时，3脚输出高电平，进而切断加热源。2、6脚合并相连至B端。若要3脚输出高电平，2、6脚电位需降低到1/3Vcc。若选择NTC热敏电阻，根据温度升高，其电阻下降的特性，C端接地，A端接+Vcc；若选择PTC,应A端接地，C端接+Vcc。连接方法如图2所示。

图2 采集温度及控制电路

Fig.2Designdiagramoftemperatureacquisitionandcontrolcircuit

2.2 热敏电阻实现温度上、下限的精确控制

为了能够精确控温，使保温箱的温度控制在某一温度范围内。通过分析可知2、6脚必须分别接入独立支路，才能精确控温，电路设计如图3所示。

图3 控制温度上限和下限的电路设计

Fig.3Designcircuittocontroltheupperandlowertemperaturelimits

对于2、6脚上、下限连接方式，要综合考虑，连接方式与3脚输出、热敏电阻的类型、电位器和热敏电阻的位置都有一定的联系。当温度升高，达到上限时，3脚应输出低电平，加热器停止加热，这需要6脚电位逐渐升高到2/3Vcc,所以6脚控制上限，接入上限电路的B端。2脚控制下限，接入下限电路的B端，参考电路如图4所示。当温度升高，热敏电阻阻值及电压减小，可变电阻的电压升高，因为要求6脚电位升高，可变电阻一端接地。若换成正温度系数电阻，电路连接将发生变化。

图4 控制温度上限和下限的参考方案

Fig.4Referenceschemeforcontrollingtheupperandlowertemperaturelimits

2.3 采用发光二极管实现报警功能

当温度达到上限，3脚输出高电平，因此发光二极管与电阻串联后一端接3脚，一端接地，如图5所示。2个电阻互换后，如果仍然满足温度达到上限发光报警的要求，此时3脚应输出低电平，发光二极管与电阻接入方法:串联后一端接3脚，一端接电源Vcc，这里要注意发光二极管的单向导电性，长脚为正极、短脚为负极。

图5 实现发光报警的设计电路

2.4 采用三极管、继电器、蜂鸣器增强报警功能

针对某些特殊情况，需要增强温度达到上限时的报警功能，可以通过3脚接三极管驱动继电器，从而控制蜂鸣器发声，如图6所示。

图6 增强报警功能的设计电路

当温度升高，热敏电阻阻值减小，2脚电位降低，当降低到1/3Vcc时，3脚输出高电平。若选择三极管为PNP型，3脚接基极，此时三极管处于截止状态，继电器不工作，若要使扬声器发声，继电器应选择常闭触点，即扬声器上端接继电器的e端。若选择NPN类型的三极管，应采用常开触点，即扬声器上端接继电器的d端。这个设计主要涉及以下问题。

(1)三极管驱动继电器时一定要并联一个二极管来保护三极管。

(2)继电器触点连接方式随三极管类型的变化而变化。

3 结束语

在自动化应用中，555集成电路的设计，还会接入电容、电位器、晶闸管、稳压管等元器件，从而可设计出相片曝光定时器、简易催眠器、风扇调速电路、多用途延迟开关电源插座、触摸式电控灯等。电子控制技术的核心是电路设计，要设计出合理的、有价值的电路，只进行理论的研究还不够，应亲身设计、制作与实践，这样才能不断提高自身的设计和理解能力。