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555振荡器搭建LED闪烁电路

  今天在面包板上为大家搭建一个LED灯闪烁电路,用的主控不是单片机,而是经典的555振荡器,为什么用555振荡器呢?

  因为555振荡器原理简单、但功能强大,内部总共就只有26个晶体管,即使把555振荡器的内部原理图给我们,通过分析,我们也能分析出它的工作原理,不仅如此,还能在这里面学习模电和数电的知识。
  

  比如说555内部的触发器是数字电路的范畴,要想弄明白这个触发器,我们必须去学《数字电子技术》里面的知识,触发器弄懂了,数电基本上也就入门了。

  不仅如此555振荡器更多的是模电的知识,在555振荡器中,我们也能学习很多与模电有关的基础知识。

  由于科技的进步,现在的人们也都好高骛远了,上来就是学STM32、RTOS,即使是会用库函数操作单片机了,但对于单片机的底层却一无所知,更有甚者连触发器都不知道为何物,这样学习是很不严谨的。

  综上,我们认为555振荡器不应该因为现在科技的进步而被抛弃,悄悄相反,如在真的想在某一行有更深一步的发展,我们应该去研究科技的底层。

  那现在我们给大家用555振荡器搭建一个LED闪光灯电路,希望能激发大家学习底层电子电路的兴趣。

  什么是555振荡器

  简单来说,555振荡器是一块可以输出特定频率脉冲信号的集成电路。

  下面的那个小家伙儿就是555振荡器,像不像一只小螃蟹呢?螃蟹在大家心中那肯定是美味,但让你们去钻研一个和螃蟹一样爪数的集成电路时,可能你们就没有耐心了。
  

  不用担心,接下来我将让大家像吃螃蟹一样吃下这块只有8只引脚的小黑匣子。

  内部构造

  想要知道一块集成电路是怎么工作的,首先我们需要知道它的内部原理图,555振荡器的内部原理图如下图所示。

  还好它的内部集成的晶体管并不多,只有26个,要知道最新版的iPad Pro所采用的A12 X芯片内部集成了100多亿个晶体管,即使是iPhone XS的A12内部也集成了几十亿的晶体管。虽然他们都是芯片,体积也差不多。只能说科技进步的太快,快到让人吃惊。
 

  对于上面的原理图,如果不是学过数电或者模电,应该很难看懂,即使是学过也不一定能看懂,虽然只有区区26个晶体管,但是它所涉及到的知识面却异常广泛,几乎把大学的数电模电都涉及到了。

  看不懂也没有关系,下面是555振荡器简化之后的原理图,上面涂颜色的部分都是模块化的东西,对应的是比较器和触发器,名字听着差不多,但一个属于模电,一个属于数电。

  我们现在只分析一下原理框图,不讲他们的构造原理,因为讲底层原理的话,等于是重新学一遍模电,10篇文章可能都讲不完。

  原理框图

  经过简化之后的原理框图就很简单了,每个原理框图和上面图中的涂颜色电路一一对应。

  黄色的三角和下面粉色三角是两个比较器,右边紫色的是一个R-S触发器。

  最左面的绿色的是三个阻值为5K的电阻,这也是555振荡器名字的由来,还有一种加556的振荡器,大家能猜到和555有什么不同吗?这时候你可能会说除了有两个5K电阻之外,另外一个是6K电阻。

  事实是这样吗?并不是这样的,556振荡器比555多了一个1,但这个1代表的并不是1K的阻值,而是556的内部封装了两块555振荡器模块。这样的命名真实让人大跌眼镜。要是由我来命名的话,可能会给556命名为555D,D所代表的是double双倍。

  下图为555内部各功能模块的简化图,如果你还是看不懂,那也没有关系,因为我们可以直接使用这个555振荡器,即使你不知道它的工作原理。
 

  引脚

  对于刚入门的小白,可以先用555做出几个小实验,然后再去学习555的底层,这种自上向下的去学,你会明白自己的目标,不然学了一大推底层,你甚至不知道自己学的这个东西能干什么?

  学习这种模块最快的办法是搞清楚它的各个引脚的定义,然后搭建一个最小系统,好比我们在学习程序的时候第一件事是要打印“Hello World”一样。
 

  接下来我们说一下各个引脚的作用

  1脚:电源负极
  8脚:电源正极
  4脚:复位引脚,在这里接正极
  5脚:放电引脚,通过电容接负极

  不难吧,我们这就弄懂555的一半引脚了,然后我们再介绍一下其余的四个引脚。

  2脚和6脚:比较器控制引脚,这两个引脚是接在一起的,根据电压的不同控制比较器输出高低电平,进而控制触发器。

  7脚:接在R1和R2之间,固定接线方式,我们暂且不用管。
  3脚:脉冲信号输出引脚,也是对我们有用的唯一引脚。

  在我们知道了555的引脚定义之后,下一步就是搭建它的最小系统了,比如说让它控制一颗LED灯闪烁。

  最小系统
 

    最小系统如上图所示,到目前为止就差一步了,即OUT引脚后面的负载,因为我们的555可以输出200多毫安的电流,所以可以驱动负载,但有的只是输出一个脉冲信号,电流在几毫安,这种555振荡器是不能驱动负载的。

  下面我给OUT引脚接上LED灯,如下图所示,我给OUT引脚接上了LED灯,同时串联一支1K电阻来限流。
 

  那么问题又来了,我们知道555振荡器OUT引脚输出的是矩形波(如下图所示),但是他的频率是怎么确定的呢?

  这个很简单,通过上图中的R1、R2和C1就能确定OUT引脚的输出频率。

  矩形波的频率为f=1.44/(R1+2R2)??C1
  如上图我们的R1=100K,R2=200K,C1=10uF。
  所以矩形波的输出频率f=1.44/(1000000+4000000)??10UF=0.288HZ555振荡器搭建LED闪烁电路
  0.288求出来的是频率,换算成周期:1/0.288=3.4S,也就是说LED灯每隔1.7S改变一次状态。
  对于这个电路,我用面包板搭建了实际的电路,实验现象和预期一致。

  实验现象

  实验现象:LED灯差不多每隔1.7秒改变一次状态,怎么样,是不是已经迫不及待想自己尝试一下了,那就不要犹豫了,快去搭建你自己的LED灯闪烁电路吧。

  555振荡器搭建LED闪烁电路

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