基于Multisim13的555 定时器教学探索

刘允峰，王宇迪，冉金宇

（1.渤海大学，辽宁锦州，121007；2.锦州市紧急医疗救援中心，辽宁锦州，121000）

0 引言

555 定时器是《电子技术基础》课程中的重要组成部分。20 世纪70 年代，由西格尼蒂克(Signetics)公司推出的555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的集成器件，因其价格低廉、易用性和可靠性，被广泛应用于电子电路设计之中，可以构成波形整形、脉冲产生、定时器和振荡电路等电路。555 定时器有两种制作工艺：双极性(TTL)工艺和互补金属氧化物(CMOS)工艺。以TI 公司的NE555 芯片为例，简化原理图如图1 所示，引脚图如图2 所示。

图1 简化原理图

图2 引脚图

1 555 定时器工作模式

555 定时器的输出有0 和1 两种状态，与输入引脚的不同组合有关，如表1 所示。

表1 555定时器功能表

其中，0 表示低电平，1 表示高电平，×表示不相干的。

555 定时器可以工作在单稳态模式、双稳态模式和无稳态模式三种工作模式下，电路组成如图3 所示。由图可见，双稳态电路输入端的输入电压端一般没有定时电阻和定时电容。

图3

对三种工作模式进行比较，如表2 所示。

表2 555定时器三种工作模式

2 Multisim 仿真

介绍555 定时器的工作原理后，一定要向学生介绍实际应用例子，利用声、光信号的演示加深印象，学以致用[1-4]。比如：图4(a)闪光器、图4(b)鸣叫式警报器。

图4

利用74LS161、74LS74、74LS153、74LS139、74LS00、74LS08 及电阻、电容和LED 等，仿真一下十字路口的交通灯控制电路，如图5 所示。为了缩短一个循环周期的观察时间，将图5 中的芯片U10（秒脉冲信号发生器）由1Hz 设置成了20Hz，便于观察现象，实际中可以由图3的555 定时器产生秒信号，设置如下：R1=R2=4831Ω，C=100μF，使得振荡周期T=0.69(R1+R2)C ≈1 秒。交通灯循环过程为：1 路绿灯亮2 路红灯亮。

图5 交通灯控制电路

以学生学习能力达成为目标，结合Multisim 软件工具，教师可以采取讨论式教学法、问题教学法等方法，强调理论与工程实际相结合[5]。在课堂教学中，对一些重点和难点，辅以Multisim 虚拟仿真作为演示工具，老师讲解和引导学生观察实验现象，再加上实物照片和短视频等方式，提升学生动手能力，提高学生分析和设计数字逻辑电路的能力。

3 课程思政要点

（1）创新实践，学以致用。一方面，学生可以利用实验室开放时间，亲自动手去感悟教材中已有的数字电路知识，完善知识结构，从“学会”转变成“学活”。另一方面，可以利用所学电路知识进行大学生创新创业项目、社会实践活动等，在真实情境中检验自身已有的电路知识，培养独立思考能力、团队协作精神、沟通和交流能力、创造性地解决实际问题，学会做人、做事。

（2）结合实验芯片安全，引入日常用电安全常识，提醒学生注意实验室用电安全；同时，立足中美贸易战情况，从专业学习角度出发，思考个人努力对专业及国家的积极影响，激发学生爱国情怀和奋发学习热情。

（3）555 定时器三种工作模式中的稳态、暂态转换，都要取决于555 定时器内部电路的工作原理。将这个性质升华为内外因辨证原理：事物的发展是内外因共同起作用的结果，内因是事物发展的依据，它是第一位的，决定着事物发展的基本趋向，外因是事物发展的外部条件，它是第二位的，对事物的发展起着加速或延缓的作用，外因必须通过内因而起作用。

4 结束语

在《电子技术基础》课程教学中引入了虚拟仿真技术辅助教学，“虚实融合”，重视学生动手能力的培养；同时，课程思政和教学内容有机融合，育人与教学同步进行[6]。以“555定时器典型电路应用”教学设计为例，解析了Multisim13在《电子技术基础》课程实验中的应用，探讨了仿真技术手段的教学改革。教学实践表明，在教学环节加入Multisim虚拟仿真环节，较好地优化了教学模式，切实提升了教学质量，培养了学生创新创造能力，达到了专业课育人的“润物细无声”。教学过程中理论联系实际，既有虚拟仿真，又有实物呈现，真正实现了以学生为中心，鼓励并带领学生学好专业技术技能，为国家发展奉献一份力量。