基于555定时器闪光电路设计与制作.pdf

本科毕业论文本科毕业论文题题目目：基于 555 定时器的闪光灯设计Based on the 555 timer flash design目目录录1.1.摘要与关键词摘要与关键词.III1.1 摘要.III1.2 关键词.III2.2.绪论绪论.13.3.基本概念：基本概念：.13.1 闪光灯：.13.2 555 定时器：.13.3 Xenon闪光灯：.14.4.闪光灯的发展历史闪光灯的发展历史.25.5.闪光灯的用途：闪光灯的用途：.26.6.理论基础理论基础.26.1 闪光灯的工作原理：.26.2 555 定时器的电路组成与功能.37.7.闪光灯各个部分电路组成及其功能闪光灯各个部分电路组成及其功能.47.1由 555 定时器组成的多谐振荡器.47.2充放电电路.57.3升压电路.57.4发光电路.68.8.可行性测试可行性测试.78.1 在电脑软件 proteus 中仿真。.78.2 理论值估算.79.9.安装及调试安装及调试.7.79.1 安装电路。.79.2 调试电路.81010 结论结论.8.81111 参考文献参考文献.8.81212 致谢致谢.9.9-II-基于 555 定时器的闪光灯设计题目：基于 555 定时器的闪光灯设计1.1.摘要与关键词摘要与关键词1.11.1 摘要摘要555 定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成电路，使用灵活，逻辑功能强，内部的比较器灵敏度较高,而且采用差分电路形式,用其构成的多谐振荡电路的振荡频率受电源电压和温度的影响很小,可以很方便的组成各种自己所需的电路。本文主要利用 555 定时器组成多谐振荡电路并为闪光灯提供所需的电压源，通过对电容充放电，来产生瞬时高压驱动闪光灯使其发光。这种电路设计可以很好解决普通照相机在拍照时闪光时间不可控,易出现红眼的问题!1.21.2 关键词关键词555 定时器；,多谢振荡电路；脉冲产生电路；闪光灯；AbsractThe 555 timer is an analog circuit and digital circuit of the combination of the scale of integratedcircuits,flexible use,strong internal comparator logic functions,high sensitivity,and the use ofdifferential circuit form,with the multivibrator circuit oscillation frequency of power supply voltage andtemperature effects is very small,can be very convenient.A variety of their own desired circuit.Thispaper mainly uses 555 timer multivibrator circuit and flash to provide the desired voltage source,through the charge and discharge the capacitor,to generate instantaneous high pressure drive flashto emit light.This circuit design can solve the ordinary camera camera flash time is not controllable,prone to eye problems!Key words555 timer;thanks for oscillation circuit,a pulse generating circuit;flash;-III-基于 555 定时器的闪光灯设计2.绪论夜幕降临，大街小巷，五光十色，闪烁不停，点缀着城市的美丽繁华；婚礼大堂中，如萤似火，呈现不同颜色，烘托着人们的兴奋与喜庆那五光十色的闪光灯总是能给人喜悦的感觉。然而随着时代的快速发展,闪光灯也得到更广泛的应用,人民也对闪光灯提出了更高的要求,为了让闪光灯更便捷，更稳定，更简单，我们将在本论文中利用 555 定时器设计一种闪光灯，希望其能在各种活动中使用并点缀着这大千世界。随着电子技术的发展,人们正处于一个信息时代.在信息社会,人们每天都要通过电视、广播、通过信、互联网等多种媒体获取大量的信息。而现代信息的存储、处理和传输越来越趋于数字化。利用数字化处理这一强有力的工具来分析和设计复杂的数字电路和数字系统、分析和解决复杂电路，信号中的各种问题，有利于电路的集成化、设计和大批量生产等，信号传输高保真！闪光灯是基于数字电路基础上的知识设计，主要涉及到时序逻辑电路的知识设计的。其中，以 555 定时器为主要元器件设计的多偕振荡电路提供闪光灯的计时电路，是闪光灯设计电路的核心部分。时序逻辑电路在任何一个时刻的输出状态不仅取决于当时的输入信号，还与电路的原状态有关。因此，时序电路中必须含有具有记忆功能的存储电路，由他将某一时刻的电路状态保存下来。定时器电路在数字电路中有着广泛的应用，既可以用于脉冲的产生，也可以用于电路的控制与检测。而集成定时器的典型代表是 555 定时器，他将模拟电路和数字电路集成于一体，可以方便的构成多谐振荡器，并且带负载能力较强。本设计中主要涉及到以 555 定时器为主要元件组成的多谐振荡电路，通过其振荡电流对主电容充放电，来为闪光灯提供瞬间高压电源，让 Xenon 导通产生强烈耀眼光芒！3.基本概念：3.13.1 闪光灯闪光灯：英文学名为 Flash Light。闪光灯是只能在瞬间产生强烈光芒的一种灯，是加强曝光光量的方式之一，可以让我们的照相机、摄像机等无论黑夜、白天以及光线暗淡的地方均能正常摄取景物。3.2 5553.2 555定时器定时器：这是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件，一般由双极性工艺制作的称为 555，其成本低，性能可靠，只需外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器，单稳态触发器和施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器及自动控制等方面，我们在本次中主要使用 555 定时器作为多谐振荡器，其优越的性能，不受外界环境温度等的影响，波形稳定，且可以通过改变其电阻值来改变其高电平脉冲宽度，有利于控制闪光灯的时间。3.33.3XenonXenon：其是一种含有氙气的新型灯，该种灯打破了爱迪生发明的钨丝发光原理，在石英灯管内充满惰性气体氙气，取代传统的钨丝，在两段电极上有水银和碳素化合-1-基于 555 定时器的闪光灯设计物，透过安定器以高压电流击穿导通，产生强烈的白色电弧，发出的光接近非常完美的太阳关。4.4.闪光灯的发展历史闪光灯的发展历史摄影技术诞生后的 48 年（1887 年）才出现闪光摄影，它的发展过程大略如下：1.镁粉闪光机（18871930 年）。点燃镁粉与氯酸钾混合物发出强烈白光，这种方法延续了近半个世纪。2.一次闪光灯（闪光泡）。1929 年德国人欧斯特迈尔（JOstermeyer）发明。3.电子闪光灯。1931 年发明，1939 年发售，它利用气体放电原理。其特点是高速、经济、方便，主要分为三代产品：第一代产品于 19311939 年间使用，它采用机械震荡器，易出故障。第二代产品于 20 世纪 60 年代中期使用，它采用晶体管震荡电路。如海鸥107B、108 型第三代产品于 1972 年投入市场，其特点是：（1）采用集成电路和蓝硅晶体管组成的光敏控制电路，能自动根据拍摄距离和反光的强弱控制明灭时间（从1/50000 1/120 秒）（2）将旁路式改为并联控制式电子闪光灯，以储存能量，节约电能，缩短闪光间隙，为频闪创造了条件。（3）采用“热靴”及其另一个自动接点，控制速度到“X”位。（4）色温 5500K，适合于日光型彩色胶片的拍摄5.5.闪光灯的用途：闪光灯的用途：闪光灯是一种补光设备，它可以保证在昏暗情况下拍摄画面的清晰明亮，在户外拍摄时候，闪光灯还可用作辅助光源，用以强调皮肤的色调。还可以根据摄影师的要求布置特殊效果。1：改变色温。2：改善被摄体照明条件3：反射用光，不破坏被摄体现场环境4：添加眼神光5：多灯组合，塑造被摄体形象6：减小或加大反差7：瞬间凝固被摄体8：补光-2-基于 555 定时器的闪光灯设计6.6.理论基础理论基础6.16.1 闪光灯的工作原理闪光灯的工作原理：电路由四部分组成：振荡升压部分、充放电部分、电压指示部分和脉冲触发闪光部分。当电源接通后，555 定时器构成的多谢振荡电路在电扰动下，开始振荡，形成一系列均匀方波，使 T1 的初级获得一个交变电压，经 T1 升压，使其次级获得大于300V 的交变电压。交变电压对主电容 C2 和触发电容 C3 充电储能。当电压充至额定电压的 70%左右时，指示电路中的氖灯（Ne）起辉，指示闪光灯处于正常闪光等待状态。当按下按钮 AN，由 R3，C3，T2 和 Xe 组成触发电路，触发电容 C3 将瞬间释放出自己的储能，产生一个极高的脉冲电压，经 T2 互感线圈的次级感应出瞬间高压（约 10kV）脉冲，通过 Xe 闪光管的触发极使 Xe 闪光管内氮气电离并导通，电容 C2 上储存的电能瞬间通过闪光灯管放电转化为光能，完成一次闪光6.2 5556.2 555定时器的电路组成与功能定时器的电路组成与功能如图所示的是 555 定时器的内部逻辑结构图。它是一种由模拟电路与数字电路组合而成的多功能的中规模集成组件，只要配少量的外部器件，便可很方便的组成触发器、振荡器等多种功能电路。因此其获得迅速发展和广泛应用。555 集成定时器的工作原理如下：如图所示为其内部电路结构图。整个电路包括分压器，比较器，基本 RS 触发器和放电开关四个部分。（1）分压器 由三个 5k的电阻串联组成分压器，其上端接电源 VCC（8 端），下端接地（1 端），为两个比较器 A1、A2 提供基准电平。使比较器 A1 的“+”端接基准电平 2VCC/3（5 端），比较器 A2 的“-”端接 VCC/3。如果在控制端（5 端）外加控制电压。可以改变两个比较器的基准电平。不用外加控制电压时，可用 0.01F的电容使 5 端交流接地，以旁路高频干扰。（2）比较器 A1、A7 是两个比较器。其“+”端是同相输人端，“-”端是反相输入端。由于比较器的灵敏度很高，当同相输入端电平略大于反相端时，其输出端为高电平；反之，当同相输入端电平略小于反相输人端电平时，其输出端为低电平。因此，当高电平触发端（6 端）的触发电平大于 2VCC/3 时，比较器 A1 的输出为低电平；反之输出为高电平。当低电平触发端（2 端）的触发电平略小于 VCC/3 时，比较器 A2 的输出为低电平；反之，输出为高电平。（3）基本 RS 触发器 比较器 A1 和 A2 的输出端就是基本 RS 触发器的输入端RD 和 SD.因此，基本 RS 触发器的状态（3 端的状态）受 6 端和 2 端的输入电平控制。图中的 4 端是低电平复位端。在 4 端施加低电平时，可以强制复位，使 Q=0.平时，将 4 端接电源 VCC 的正极。（4）放电开关图中晶体管 VT 构成放电开关，使用时将其集电极接正电源，基极接基本 RS 触发器的 Q 端。当 Q=0 时，VT 截止；当 Q=1 时，VT 饱合导通。可见晶体管 VT 作为放电开关，其通断状态由触发器的状态决定。-3-基于 555 定时器的闪光灯设计图图 1 1555555 定时器内部结构定时器内部结构7.7.闪光灯各个部分电路组成及其功能闪光灯各个部分电路组成及其功能7.17.1由由555555定时器组成的多谐振荡器定时器组成的多谐振荡器连接电路如图所示的形式，图图 2 2555555 定时器多谐振荡器及其输出波形定时器多谐振荡器及其输出波形由 555 定时器组成的多谢振荡电路如上所示。接通电源后，Vcc 通过 Ra、D1 向电容 C 充电，充电时间为tPL=RAC1n20.7RAC（7.1.1）当 Vc 上升到 2Vcc/3 时，使 Vo 为低电平，同时放电三极管 T 导通，此时电容 C 通过D2、RB及 T 放电，放电时间为 tPH=RBCln20.7RBC (7.1.2)因而，振荡频率为-4-基于 555 定时器的闪光灯设计（7.1.3）当 Vc 下降到 Vcc/3 时，Vo 反转为高电平。放电结束后，T 截止，Vcc 又将通过 Ra、D1 向电容 C 充电，Vc 上升到 2Vc/3 时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。7.2充放电电路用信号发生器产生一个方波来模拟 555 定时器构成的多谐振荡器，来为该充放电电路提供电源。当放电回路接通时，开关 K1 闭合，当一个高电平脉冲时，开始对主电容 C1 充电储能，一个低电平脉冲来临时，开关 K2 闭合，K1 断开，主电容 C1 瞬间释放出所储存的能量，产生一个极高瞬间脉冲。图图 3 3充放电电路充放电电路7.37.3升压电路升压电路由于在放电电路中是一个 LC 串联电路，而且瞬时电流较大，在线圈 L 上产生强磁场，通过耦合线圈耦合到 L上，通过控制初级与次级线圈的匝数比，让次级线圈 L产生极大的瞬时电压。脉冲如图：-5-基于 555 定时器的闪光灯设计图图 4 4升压电路输出波形升压电路输出波形7.4发光电路通过次级线圈感应出瞬间高压脉冲，使闪光管内氮气电离并导通，电能瞬间通过闪光灯放电转化为光能，完成一次闪光。通过计数器 74ls161 计数从而控制闪烁次数也即时长。电路图如下：图图 5 5发光电路发光电路当按下开关 K 以后计数器工作并当 Q3，Q2，Q1，Q0 都为 1 时，开关自动断开。-6-基于 555 定时器的闪光灯设计8.8.可行性测试可行性测试8.1在电脑软件proteus中仿真。8.1.1打开proteus软件，新建一个文件，并取名“Xenon仿真图”8.1.2在proteus左上方工具栏中找到p库，在其中分别找到电阻，电容，555定时器，滑线变阻器，开关，灯泡，变压器等电器元件。8.1.3将各电器元件放在工作区中适当位置，并连线（注意在连线时不要交叉）。8.1.4在左边的工具栏中找到电源，示波器，探头等仪器。8.1.5按顺序用线将其连接在要测量的位置，注意不要出现虚接假接的情况。8.1.6点击左下开始按钮，电路开始模拟，记录下数据及其波形。8.1.7根据所测得数据及所观察波形判断该设计电路可行性8.2理论值估算运用我们所学过的电路知识，以及数字电路，模拟电子线路的知识，理论估算各位点的值，再与我们所测量出的值进行比较。9.安装及调试9.1安装电路。9.1.1使用主要仪器：万用表，函数发生器，电烙铁，示波器，稳压电源等。9.1.2现将所有器件依次在面板进行焊接。在进行焊接时要注意不要出现虚焊，过焊等情况。9.1.3焊完后，接入稳压电源，然后用万用表分别测量个部分电路的输出，输入电压大小。9.1.4根据检测结果，调试电路9.1.5.利用示波器测试四部分电路中的的数据及555定时器输出和电容放电瞬间是的波形555定时器输出波形图图 6 6555555 定时器输出波形定时器输出波形-7-基于 555 定时器的闪光灯设计电容放电波形图图 7 7电容放电瞬间输出波形电容放电瞬间输出波形9.2调试电路根据所测出的结果和波形，分析电路与 proteus仿真结果，若有较大差出，认真检查电路，是否出现遗接线路或者接错电路情况，直至结果和理论值接近。10结论我设计的电路采用独特的数字控制电路，具有回电快寿命长，精确控制闪光时间，闪光瞬间内持续以大功率方波形式输出（功率密度大），大大提高了相机曝光期内输出能量等特点，通过调节闪光灯闪光长度能够是发光与摄像曝光时间达到最完美的结合，从而大大降低对人眼的影响和最大限度的减少环境光对拍照的干扰，能够满足在各种光线条件下，辅助摄像系统实现对景物、人和移动物体最清晰怕拍照要求。通过此次毕业设计，体会到了独立思考，亲手设计电路的乐趣和电子信息知识的奥妙无穷，这将更加刺激我在以后的工作学习日子里，更加努力学习、探索电子知识。11参考文献【电子技术基础(数字部分)】康华光等 第五版 高等教育出版社2005年出版;应用部分起第414页-416页，421423页【555集成电路应用800例】陈永甫新编电子工业出版社2000出版；应用部分起第385页386页【模拟电子技术基本教程】华成英第一版清华大学出版社2010出版；应用部分起第5455页【电路分析基础】周茜2010年版电子工业出版社2010出版；应用部分起第189页192页-8-基于 555 定时器的闪光灯设计【555时机电路原理、设计与应用】陈有卿、叶桂娟2007年版电子工业出版社2010年出版应用部分起120123页【电子技术】李增国第二版北京航空航天大学出版社2010年出版应用部分起213-215页【555集成电路应用精粹】肖景和第一版人民邮电出版社2007年出版应用部分起34-36页【数字集成电路：设计透视】Rabaey,J.M等第二版清华大学出版社2004年出版 应用部分起363-365页闪光灯的基础知识（闪光灯的发展史及其用途），该部分主要从网上查询得到12致谢非常感谢在写这篇论文时，朋友给与我的帮助，帮我查找资料，解答疑惑；也非非常感谢在写这篇论文时，朋友给与我的帮助，帮我查找资料，解答疑惑；也非常感谢老师在我们学这些相关课程时，精心详细的讲解，耐心细致的开导，教会了我常感谢老师在我们学这些相关课程时，精心详细的讲解，耐心细致的开导，教会了我们许多终身受益的知识，帮我在最后的阶段上画上了一个圆满的句号。在此再次向各们许多终身受益的知识，帮我在最后的阶段上画上了一个圆满的句号。在此再次向各位帮助我的老师和同学朋友致以诚挚的谢意和崇高的敬意！位帮助我的老师和同学朋友致以诚挚的谢意和崇高的敬意！-9-