毕业设计（论文）-基于555定时器的闪光灯设计.doc

本科毕业论文题 目：基于555定时器的闪光灯设计based on the 555 timer flash design姓 名：学 号专 业：电子信息工程职 称副教授中国武汉二一二年二月基于555定时器的闪光灯设计分类号 密级华中农业大学本科毕业论文基于555定时器的闪光灯设计based on the 555 timer flash design学生姓名： 学生学号：014010210205学生专业：电子信息工程指导教师： 华中农业大学理学院 二一二年二月目 录摘要iii关键词iiiabsractiiikey word iii2. 绪论13. 基本概念：13.1 闪光灯：13.2 555定时器：13.3 xenon 闪光灯：24. 闪光灯的发展历史25. 闪光灯种类及的用途：36. 理论基础36.1 闪光灯的工作原理：36.2 555定时器的电路组成与功能47. 闪光灯各个部分电路组成及其功能57.1 由555定时器组成的多谐振荡器57.2 充放电电路67.3 升压电路67.4 发光电路78. 可行性测试88.1在电脑软件proteus中仿真。88.2理论值估算89.安装及调试89.1 安装电路。89.2调试电路910 结论911 参考文献912 致谢10基于555定时器的闪光灯设计摘要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!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 integrated circuits, 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 circuit. 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 controllable, prone to eye problems!key words555 timer; thanks for oscillation circuit;pulse generating circuit;flash lamp - iii -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： 3.1 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。 3.2 555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。555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 cmos 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5v16v 工作，7555 可在 318v 工作，输出驱动电流约为 200ma，因而其输出可与 ttl、cmos 或者模拟电路电平兼容。 555定时器的发展： 概述是美国signetics公司1972年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成电路，因输入端设计有三个5k的电阻而得名。此电路后来竟风靡世界。目前，流行的产品主要有4个：bjt两个：555，556（含有两个555）；cmos两个：7555，7556（含有两个7555）。 555定时器可以说是模拟电路与数字电路结合的典范。两个比较器 c1和 c2各有一个输入端连接到三个电阻r组成的分压器上，比较器的输出接到rs触发器上。此外还有输出级和放电管。输出级的驱动电流可达200ma。 比较器c1和c2的参考电压分别为ua和ub，根据c1和c2的另一个输入端触发输入和阈值输入，可判断出rs触发器的输出状态。当复位端为低电平时，rs触发器被强制复位。若无需复位操作，复位端应接高电平。3.3 xenon ：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. 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1/500001/120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. 闪光灯的种类及用途：闪光灯的种类 ：闪光灯大致可以分为三类，根据其类型不同，其功能和性能也不同。 1 内置闪光灯 ，使用内置闪光灯会造成相机电量的大量消耗，而且内置闪光灯不支持闪光灯的各种高级功能。 2 外置闪光灯， 外置闪光灯一般位于相机机身顶部，一些高端的外置闪光灯还提供各种高级的功能。 3 手柄式闪光灯，手柄式闪光灯常用于照相馆、影楼、婚纱摄影工作室等专业场所。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6. 理论基础6.1 闪光灯的工作原理：普通闪关灯的工作原理： 普通型闪光灯是指闪光输出的能量是不可调的闪光灯，即闪光灯的标称闪光指数gn为一恒定值。电路由四部分组成：振荡升压部分、整流充电部分、电压指示部分和脉冲触发闪光部分。 当电源接通后，利用晶体管v1的开关特性，形成一个间歇振荡，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。交变电压经二极管d1半波整流后变成直流电压，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，触发电路（由r3、c3、t2和xe组成）产生脉冲电压，在t2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。照相机中的内藏闪光灯的工作原理同上。当外界景物的亮度不足时，照相机的 测光系统便发出一个低照信息，此时用手动方式或由照相机自动接通闪光电路进行充电和闪光。有的照相机还具有自动控制闪光量的系统（自动调光闪光灯），以获得更准确的曝光。本设计闪光灯的工作原理：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6.2 555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。图1555定时器内部结构7. 闪光灯各个部分电路组成及其功能7.1 由555定时器组成的多谐振荡器连接电路如图所示的形式，图 2555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 （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 3充放电电路7.3 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： 图 4 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 5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。8. 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 6 555定时器输出波形 电容放电波形 图 7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