畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于555定時(shí)器的閃光燈設(shè)計(jì)

1、本科畢業(yè)論文題 目：基于555定時(shí)器的閃光燈設(shè)計(jì)based on the 555 timer flash design姓 名：學(xué) 號(hào)專 業(yè)：電子信息工程職 稱副教授中國武漢二一二年二月基于555定時(shí)器的閃光燈設(shè)計(jì)分類號(hào) 密級(jí)華中農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文基于555定時(shí)器的閃光燈設(shè)計(jì)based on the 555 timer flash design學(xué)生姓名： 學(xué)生學(xué)號(hào)：014010210205學(xué)生專業(yè)：電子信息工程指導(dǎo)教師： 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院 二一二年二月目 錄摘要iii關(guān)鍵詞iiiabsractiiikey word iii2. 緒論13. 基本概念：13.1 閃光燈：13.2 555定時(shí)器：

2、13.3 xenon 閃光燈：24. 閃光燈的發(fā)展歷史25. 閃光燈種類及的用途：36. 理論基礎(chǔ)36.1 閃光燈的工作原理：36.2 555定時(shí)器的電路組成與功能47. 閃光燈各個(gè)部分電路組成及其功能57.1 由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器57.2 充放電電路67.3 升壓電路67.4 發(fā)光電路78. 可行性測試88.1在電腦軟件proteus中仿真。88.2理論值估算89.安裝及調(diào)試89.1 安裝電路。89.2調(diào)試電路910 結(jié)論911 參考文獻(xiàn)912 致謝10基于555定時(shí)器的閃光燈設(shè)計(jì)摘要555定時(shí)器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合的中規(guī)模集成電路，使用靈活，邏輯功能強(qiáng)，內(nèi)部的比較器靈敏

3、度較高,而且采用差分電路形式,用其構(gòu)成的多諧振蕩電路的振蕩頻率受電源電壓和溫度的影響很小,可以很方便的組成各種自己所需的電路。本文主要利用555定時(shí)器組成多諧振蕩電路并為閃光燈提供所需的電壓源，通過對電容充放電，來產(chǎn)生瞬時(shí)高壓驅(qū)動(dòng)閃光燈使其發(fā)光。這種電路設(shè)計(jì)可以很好解決普通照相機(jī)在拍照時(shí)閃光時(shí)間不可控,易出現(xiàn)紅眼的問題!關(guān)鍵詞555定時(shí)器；,多謝振蕩電路；脈沖產(chǎn)生電路；閃光燈；absractthe 555 timer is an analog circuit and digital circuit of the combination of the scale of integrated ci

4、rcuits, flexible use, strong internal comparator logic functions, high sensitivity, and the use of differential circuit form, with the multivibrator circuit oscillation frequency of power supply voltage and temperature effects is very small, can be very convenient. a variety of their own desired cir

5、cuit. this paper 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 flash to emit light. this circuit design can solve the ordinary camera camera flash time is not

6、controllable, prone to eye problems!key words555 timer; thanks for oscillation circuit;pulse generating circuit;flash lamp - iii -2. 緒論夜幕降臨，大街小巷，五光十色，閃爍不停，點(diǎn)綴著城市的美麗繁華；婚禮大堂中，如螢似火，呈現(xiàn)不同顏色，烘托著人們的興奮與喜慶那五光十色的閃光燈總是能給人喜悅的感覺。然而隨著時(shí)代的快速發(fā)展,閃光燈也得到更廣泛的應(yīng)用,人民也對閃光燈提出了更高的要求,為了讓閃光燈更便捷，更穩(wěn)定，更簡單，我們將在本論文中利用555定時(shí)器設(shè)計(jì)一種閃光燈，希望

7、其能在各種活動(dòng)中使用并點(diǎn)綴著這大千世界。隨著電子技術(shù)的發(fā)展,人們正處于一個(gè)信息時(shí)代.在信息社會(huì),人們每天都要通過電視、廣播、通過信、互聯(lián)網(wǎng)等多種媒體獲取大量的信息。而現(xiàn)代信息的存儲(chǔ)、處理和傳輸越來越趨于數(shù)字化。利用數(shù)字化處理這一強(qiáng)有力的工具來分析和設(shè)計(jì)復(fù)雜的數(shù)字電路和數(shù)字系統(tǒng)、分析和解決復(fù)雜電路，信號(hào)中的各種問題，有利于電路的集成化、設(shè)計(jì)和大批量生產(chǎn)等，信號(hào)傳輸高保真！ 閃光燈是基于數(shù)字電路基礎(chǔ)上的知識(shí)設(shè)計(jì)，主要涉及到時(shí)序邏輯電路的知識(shí)設(shè)計(jì)的。其中，以555定時(shí)器為主要元器件設(shè)計(jì)的多偕振蕩電路提供閃光燈的計(jì)時(shí)電路，是閃光燈設(shè)計(jì)電路的核心部分。 時(shí)序邏輯電路在任何一個(gè)時(shí)刻的輸出狀態(tài)不僅取決于當(dāng)時(shí)

8、的輸入信號(hào)，還與電路的原狀態(tài)有關(guān)。因此，時(shí)序電路中必須含有具有記憶功能的存儲(chǔ)電路，由他將某一時(shí)刻的電路狀態(tài)保存下來。 定時(shí)器電路在數(shù)字電路中有著廣泛的應(yīng)用，既可以用于脈沖的產(chǎn)生，也可以用于電路的控制與檢測。而集成定時(shí)器的典型代表是555定時(shí)器，他將模擬電路和數(shù)字電路集成于一體，可以方便的構(gòu)成多諧振蕩器，并且?guī)ж?fù)載能力較強(qiáng)。本設(shè)計(jì)中主要涉及到以555定時(shí)器為主要元件組成的多諧振蕩電路，通過其振蕩電流對主電容充放電，來為閃光燈提供瞬間高壓電源，讓xenon導(dǎo)通產(chǎn)生強(qiáng)烈耀眼光芒！3. 基本概念： 3.1 閃光燈：英文學(xué)名為flash light。閃光燈是只能在瞬間產(chǎn)生強(qiáng)烈光芒的一種燈，是加強(qiáng)曝光光量

9、的方式之一，可以讓我們的照相機(jī)、攝像機(jī)等無論黑夜、白天以及光線暗淡的地方均能正常攝取景物。 3.2 555定時(shí)器： 這是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件，一般由雙極性工藝制作的稱為555，其成本低，性能可靠，只需外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器及自動(dòng)控制等方面，我們在本次中主要使用555定時(shí)器作為多諧振蕩器，其優(yōu)越的性能，不受外界環(huán)境溫度等的影響，波形穩(wěn)定，且可以通過改變其電阻值來改變其高電平脈沖寬度，有利于控制閃光燈的時(shí)間。555 定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一

10、般用雙極性工藝制作的稱為 555，用 cmos 工藝制作的稱為 7555，除單定時(shí)器外，還有對應(yīng)的雙定時(shí)器 556/7556。555 定時(shí)器的電源電壓范圍寬，可在 4.5v16v 工作，7555 可在 318v 工作，輸出驅(qū)動(dòng)電流約為 200ma，因而其輸出可與 ttl、cmos 或者模擬電路電平兼容。 555定時(shí)器的發(fā)展： 概述是美國signetics公司1972年研制的用于取代機(jī)械式定時(shí)器的中規(guī)模集成電路，因輸入端設(shè)計(jì)有三個(gè)5k的電阻而得名。此電路后來竟風(fēng)靡世界。目前，流行的產(chǎn)品主要有4個(gè)：bjt兩個(gè)：555，556（含有兩個(gè)555）；cmos兩個(gè)：7555，7556（含有兩個(gè)7555）。

11、 555定時(shí)器可以說是模擬電路與數(shù)字電路結(jié)合的典范。兩個(gè)比較器 c1和 c2各有一個(gè)輸入端連接到三個(gè)電阻r組成的分壓器上，比較器的輸出接到rs觸發(fā)器上。此外還有輸出級(jí)和放電管。輸出級(jí)的驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)200ma。 比較器c1和c2的參考電壓分別為ua和ub，根據(jù)c1和c2的另一個(gè)輸入端觸發(fā)輸入和閾值輸入，可判斷出rs觸發(fā)器的輸出狀態(tài)。當(dāng)復(fù)位端為低電平時(shí)，rs觸發(fā)器被強(qiáng)制復(fù)位。若無需復(fù)位操作，復(fù)位端應(yīng)接高電平。3.3 xenon ：其是一種含有氙氣的新型燈，該種燈打破了愛迪生發(fā)明的鎢絲發(fā)光原理，在石英燈管內(nèi)充滿惰性氣體氙氣，取代傳統(tǒng)的鎢絲，在兩段電極上有水銀和碳素化合物，透過安定器以高壓電流擊穿導(dǎo)通

12、，產(chǎn)生強(qiáng)烈的白色電弧，發(fā)出的光接近非常完美的太陽關(guān)。4. 閃光燈的發(fā)展歷史攝影技術(shù)誕生后的48年（1887年）才出現(xiàn)閃光攝影，它的發(fā)展過程大略如下： 1.鎂粉閃光機(jī)（18871930年）。點(diǎn)燃鎂粉與氯酸鉀混合物發(fā)出強(qiáng)烈白光，這種方法延續(xù)了 近半個(gè)世紀(jì)。 2.一次閃光燈（閃光泡）。1929年德國人歐斯特邁爾（jostermeyer）發(fā)明。 3.電子閃光燈。1931年發(fā)明，1939年發(fā)售，它利用氣體放電原理。其特點(diǎn)是高速、經(jīng)濟(jì)、方 便，主要分為三代產(chǎn)品： 第一代產(chǎn)品于19311939年間使用，它采用機(jī)械震蕩器，易出故障。 第二代產(chǎn)品于20世紀(jì)60年代中期使用，它采用晶體管震蕩電路。如海鷗107b、

13、108型 第三代產(chǎn)品于1972年投入市場，其特點(diǎn)是： （1）采用集成電路和藍(lán)硅晶體管組成的光敏控制電路，能自動(dòng)根據(jù)拍攝距離和反光的 強(qiáng)弱控制明滅時(shí)間（從1/500001/120秒） （2）將旁路式改為并聯(lián)控制式電子閃光燈，以儲(chǔ)存能量，節(jié)約電能，縮短閃光間隙，為頻 閃創(chuàng)造了條件。 （3）采用“熱靴”及其另一個(gè)自動(dòng)接點(diǎn)，控制速度到“x”位。 （4）色溫5500k，適合于日光型彩色膠片的拍攝5. 閃光燈的種類及用途：閃光燈的種類 ：閃光燈大致可以分為三類，根據(jù)其類型不同，其功能和性能也不同。 1 內(nèi)置閃光燈 ，使用內(nèi)置閃光燈會(huì)造成相機(jī)電量的大量消耗，而且內(nèi)置閃光燈不支持閃光燈的各種高級(jí)功能。 2 外

14、置閃光燈， 外置閃光燈一般位于相機(jī)機(jī)身頂部，一些高端的外置閃光燈還提供各種高級(jí)的功能。 3 手柄式閃光燈，手柄式閃光燈常用于照相館、影樓、婚紗攝影工作室等專業(yè)場所。用途：閃光燈是一種補(bǔ)光設(shè)備，它可以保證在昏暗情況下拍攝畫面的清晰明亮，在戶外拍攝時(shí)候，閃光燈還可用作輔助光源，用以強(qiáng)調(diào)皮膚的色調(diào)。還可以根據(jù)攝影師的要求布置特殊效果。 1：改變色溫。 2：改善被攝體照明條件 3：反射用光，不破壞被攝體現(xiàn)場環(huán)境 4：添加眼神光 5：多燈組合，塑造被攝體形象 6：減小或加大反差 7：瞬間凝固被攝體 8：補(bǔ)光6. 理論基礎(chǔ)6.1 閃光燈的工作原理：普通閃關(guān)燈的工作原理： 普通型閃光燈是指閃光輸出的能量是不

15、可調(diào)的閃光燈，即閃光燈的標(biāo)稱閃光指數(shù)gn為一恒定值。電路由四部分組成：振蕩升壓部分、整流充電部分、電壓指示部分和脈沖觸發(fā)閃光部分。 當(dāng)電源接通后，利用晶體管v1的開關(guān)特性，形成一個(gè)間歇振蕩，使t1的初級(jí)獲得一個(gè)交變電壓，經(jīng)t1升壓，使其次級(jí)獲得大于300v的交變電壓。交變電壓經(jīng)二極管d1半波整流后變成直流電壓，對主電容c2和觸發(fā)電容c3充電儲(chǔ)能。當(dāng)電壓充至額定電壓的70%左右時(shí)，指示電路中的氖燈（ne）起輝，指示閃光燈處于正常閃光等待狀態(tài)。當(dāng)按下按鈕an，觸發(fā)電路（由r3、c3、t2和xe組成）產(chǎn)生脈沖電壓，在t2的次級(jí)感應(yīng)出瞬間高壓（約10kv）脈沖，通過xe閃光管的觸發(fā)極使xe閃光管內(nèi)氮?dú)?/p>

16、電離并導(dǎo)通，電容c2上儲(chǔ)存的電能瞬間通過閃光燈管放電轉(zhuǎn)化為光能，完成一次閃光。照相機(jī)中的內(nèi)藏閃光燈的工作原理同上。當(dāng)外界景物的亮度不足時(shí)，照相機(jī)的 測光系統(tǒng)便發(fā)出一個(gè)低照信息，此時(shí)用手動(dòng)方式或由照相機(jī)自動(dòng)接通閃光電路進(jìn)行充電和閃光。有的照相機(jī)還具有自動(dòng)控制閃光量的系統(tǒng)（自動(dòng)調(diào)光閃光燈），以獲得更準(zhǔn)確的曝光。本設(shè)計(jì)閃光燈的工作原理：電路由四部分組成：振蕩升壓部分、充放電部分、電壓指示部分和脈沖觸發(fā)閃光部分。當(dāng)電源接通后，555定時(shí)器構(gòu)成的多謝振蕩電路在電擾動(dòng)下，開始振蕩，形成一系列均勻方波，使t1的初級(jí)獲得一個(gè)交變電壓，經(jīng)t1升壓，使其次級(jí)獲得大于300v的交變電壓。交變電壓對主電容c2和觸發(fā)電

17、容c3充電儲(chǔ)能。當(dāng)電壓充至額定電壓的70%左右時(shí)，指示電路中的氖燈（ne）起輝，指示閃光燈處于正常閃光等待狀態(tài)。當(dāng)按下按鈕an，由r3，c3，t2和xe組成觸發(fā)電路，觸發(fā)電容c3將瞬間釋放出自己的儲(chǔ)能，產(chǎn)生一個(gè)極高的脈沖電壓，經(jīng)t2互感線圈的次級(jí)感應(yīng)出瞬間高壓（約10kv）脈沖，通過xe閃光管的觸發(fā)極使xe閃光管內(nèi)氮?dú)怆婋x并導(dǎo)通，電容c2上儲(chǔ)存的電能瞬間通過閃光燈管放電轉(zhuǎn)化為光能，完成一次閃光6.2 555定時(shí)器的電路組成與功能 如圖所示的是555定時(shí)器的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖。它是一種由模擬電路與數(shù)字電路組合而成的多功能的中規(guī)模集成組件，只要配少量的外部器件，便可很方便的組成觸發(fā)器、振蕩器等多種功能

18、電路。因此其獲得迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。555集成定時(shí)器的工作原理如下：如圖所示為其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)圖。整個(gè)電路包括分壓器，比較器，基本rs觸發(fā)器和放電開關(guān)四個(gè)部分。（1）分壓器由三個(gè)5k的電阻串聯(lián)組成分壓器，其上端接電源vcc（8端），下端接地（1端），為兩個(gè)比較器a1、a2提供基準(zhǔn)電平。使比較器a1的“+”端接基準(zhǔn)電平2vcc/3（5端），比較器a2的“-”端接vcc/3。如果在控制端（5端）外加控制電壓?？梢愿淖儍蓚€(gè)比較器的基準(zhǔn)電平。不用外加控制電壓時(shí)，可用0.01f的電容使5端交流接地，以旁路高頻干擾。（2）比較器a1、a7是兩個(gè)比較器。其“+”端是同相輸人端，“-”端是反相輸入端。由于比較器

19、的靈敏度很高，當(dāng)同相輸入端電平略大于反相端時(shí)，其輸出端為高電平；反之，當(dāng)同相輸入端電平略小于反相輸人端電平時(shí)，其輸出端為低電平。因此，當(dāng)高電平觸發(fā)端（6端）的觸發(fā)電平大于2vcc/3時(shí)，比較器a1的輸出為低電平；反之輸出為高電平。當(dāng)?shù)碗娖接|發(fā)端（2端）的觸發(fā)電平略小于vcc/3時(shí)，比較器a2的輸出為低電平；反之，輸出為高電平。（3）基本rs觸發(fā)器 比較器a1和a2的輸出端就是基本rs觸發(fā)器的輸入端rd和sd.因此，基本rs觸發(fā)器的狀態(tài)（3端的狀態(tài)）受6端和2端的輸入電平控制。圖中的4端是低電平復(fù)位端。在4端施加低電平時(shí)，可以強(qiáng)制復(fù)位，使q=0.平時(shí)，將4端接電源vcc的正極。（4）放電開關(guān)圖中

20、晶體管vt構(gòu)成放電開關(guān)，使用時(shí)將其集電極接正電源，基極接基本rs觸發(fā)器的q端。當(dāng)q=0時(shí)，vt截止；當(dāng)q=1時(shí)，vt飽合導(dǎo)通。可見晶體管vt作為放電開關(guān)，其通斷狀態(tài)由觸發(fā)器的狀態(tài)決定。圖1555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)7. 閃光燈各個(gè)部分電路組成及其功能7.1 由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器連接電路如圖所示的形式，圖 2555定時(shí)器多諧振蕩器及其輸出波形 由555定時(shí)器組成的多謝振蕩電路如上所示。接通電源后，vcc通過ra、d1向電容c充電，充電時(shí)間為 tpl=rac1n20.7rac （7.1.1） 當(dāng)vc上升到2vcc/3時(shí)，使vo為低電平，同時(shí)放電三極管t導(dǎo)通，此時(shí)電容c通過d2、rb及t放電，放

21、電時(shí)間為 tph=rbcln20.7rbc (7.1.2)因而，振蕩頻率為 （7.1.3）當(dāng)vc下降到vcc/3時(shí)，vo反轉(zhuǎn)為高電平。放電結(jié)束后，t截止，vcc又將通過ra、d1向電容c充電，vc上升到2vc/3時(shí)，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此周而復(fù)始，于是在電路的輸出端就得到一個(gè)周期性的矩形波。7.2 充放電電路 用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)方波來模擬555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，來為該充放電電路提供電源。當(dāng)放電回路接通時(shí)，開關(guān)k1閉合，當(dāng)一個(gè)高電平脈沖時(shí)，開始對主電容c1充電儲(chǔ)能，一個(gè)低電平脈沖來臨時(shí)，開關(guān)k2閉合，k1斷開，主電容c1瞬間釋放出所儲(chǔ)存的能量，產(chǎn)生一個(gè)極高瞬間脈沖。 圖 3充放電電路7

22、.3 升壓電路由于在放電電路中是一個(gè)lc串聯(lián)電路，而且瞬時(shí)電流較大，在線圈l上產(chǎn)生強(qiáng)磁場，通過耦合線圈耦合到l上，通過控制初級(jí)與次級(jí)線圈的匝數(shù)比，讓次級(jí)線圈l 產(chǎn)生極大的瞬時(shí)電壓。脈沖如圖： 圖 4 升壓電路輸出波形7.4 發(fā)光電路通過次級(jí)線圈感應(yīng)出瞬間高壓脈沖，使閃光管內(nèi)氮?dú)怆婋x并導(dǎo)通，電能瞬間通過閃光燈放電轉(zhuǎn)化為光能，完成一次閃光。通過計(jì)數(shù)器74ls161計(jì)數(shù)從而控制閃爍次數(shù)也即時(shí)長。電路圖如下： 圖 5發(fā)光電路當(dāng)按下開關(guān)k以后計(jì)數(shù)器工作并當(dāng)q3，q2，q1，q0都為1時(shí)，開關(guān)自動(dòng)斷開。8. 可行性測試 8.1在電腦軟件proteus中仿真。 8.1.1 打開proteus軟件，新建一個(gè)文

23、件，并取名“xenon 仿真圖” 8.1.2 在proteus左上方工具欄中找到p庫，在其中分別找到電阻，電容，555定時(shí)器，滑線變阻器，開關(guān)，燈泡，變壓器等電器元件。 8.1.3 將各電器元件放在工作區(qū)中適當(dāng)位置，并連線（注意在連線時(shí)不要交叉）。 8.1.4 在左邊的工具欄中找到電源，示波器，探頭等儀器。 8.1.5 按順序用線將其連接在要測量的位置，注意不要出現(xiàn)虛接假接的情況。 8.1.6 點(diǎn)擊左下開始按鈕，電路開始模擬，記錄下數(shù)據(jù)及其波形。 8.1.7 根據(jù)所測得數(shù)據(jù)及所觀察波形判斷該設(shè)計(jì)電路可行性 8.2理論值估算運(yùn)用我們所學(xué)過的電路知識(shí)，以及數(shù)字電路，模擬電子線路的知識(shí)，理論估算各位

24、點(diǎn)的值，再與我們所測量出的值進(jìn)行比較。9.安裝及調(diào)試 9.1 安裝電路。9.1.1使用主要儀器：萬用表，函數(shù)發(fā)生器，電烙鐵，示波器，穩(wěn)壓電源等。9.1.2現(xiàn)將所有器件依次在面板進(jìn)行焊接。在進(jìn)行焊接時(shí)要注意不要出現(xiàn)虛焊，過焊等情況。9.1.3焊完后，接入穩(wěn)壓電源，然后用萬用表分別測量個(gè)部分電路的輸出，輸入電壓大小。 9.1.4根據(jù)檢測結(jié)果，調(diào)試電路9.1.5.利用示波器測試四部分電路中的的數(shù)據(jù)及555定時(shí)器輸出和電容放電瞬間是的波形 555定時(shí)器輸出波形 圖 6 555定時(shí)器輸出波形 電容放電波形 圖 7電容放電瞬間輸出波形9.2調(diào)試電路 根據(jù)所測出的結(jié)果和波形，分析電路與proteus仿真結(jié)果，若有較大差出，認(rèn)真檢查電路，是否出現(xiàn)遺接線路或者接錯(cuò)電路情況，直至結(jié)果和理論值接近。10 結(jié)論我設(shè)計(jì)的電路采用獨(dú)特的數(shù)字控制電路，具有回電快壽命長，精確控制閃光時(shí)間，閃光瞬間內(nèi)持續(xù)以大功率方波形式輸出（功率密度大），大大提高了相機(jī)曝光期內(nèi)輸出