双色闪光灯电路PROTEUS软件仿真与制作

黄鹤

（吉林工业职业技术学院信息工程学院，吉林 吉林 132013）

1 引言

555 定时器元件的应用非常广泛，尤其是适用于电子电路和单片机电路中，因此熟练应用555 定时器具有重要意义。

2 555 构成多谐振荡电路

555 定时器是一种模拟与数字混合型的集成电路，通过外加电阻、电容等元件可以构成单稳态触发器、施密特触发器和多谐振荡器等电路，因此在电子信息工程专业教学中被广泛使用。555 定时器的管脚如图1所示。

图1 555管脚图

555 定时器一般有三种工作模式：单稳态、无稳态和双稳态模式。采用无稳态模式可以构成多谐振荡器，而多谐振荡器电路不需要外加触发信号即可发出矩形波。双色灯闪光电路采用多谐振荡电路构成，电路工作过程与参数计算如下。

2.1 电路工作过程

图2为多谐振荡器电路。电源端Vcc 接6 V电源，在电源端Vcc（管脚8）与放电端（管脚7）之间接电阻，在管脚7 与触发输入端（管脚2）之间接电阻R2，管脚2 与阈值输入端（管脚6）直接相连。在输出端（3 号管脚）和电源间接一个黄色LED，在输出端（3 号管脚）和地之间再接一个绿色LED。

图2 555控制双色灯闪光电路图

接通电源时，电源Vcc 通过电阻R1和R2向电解电容器C1 充电，电容C1 端电压uC逐渐增大。当电压升高到2/3Vcc 时，输出端uo 跳变为低电平，7 号管脚放电端DC导通，此时电容器C1 通过电阻R2和DC 端放电，使uC 逐渐下降；当电压降到1/3Vcc 时，uo 跳变到高电平，DC 端截止，电源Vcc 又通过R1和R2向电容器C1 充电。如此循环往复，uo 端输出交替变换的高低电平，电容器C1 在1/3Vcc 和2/3Vcc 之间充电和放电，输出连续的矩形脉冲信号。

2.2 电路参数计算

2.2.1 充放电时间计算

脉冲信号的频率可以通过充放电时间计算。充电时，电流自电源Vcc 流出，通过电阻R1和R2向电解电容器C1 充电，t充电=0.7（R1+R2）C。放电时，电流自电容C 流出，经过电阻R2和放电端构成回路，t放电=0.7R2C。

电阻R1选用100 kΩ，R2选用200 kΩ，电容选用10μF，计算如下：

充电时间：t充电=0.7（R1+R2）C=0.7×300×103×10×10-6=2.1（s）

放电时间：t放电=0.7R2C=0.7×200×103×10×10-6=1.4（s）

2.2.2 LED 电流计算

电路采用普通发光二极管，一般5～20 mA 的电流能驱动发光二极管。电路中采用1 kΩ 电阻作为限流电阻。

电流：I1=I2=6×10-3=6（mA）

3 电路仿真

3.1 放置元件

先在对象拾取区选择“元件模式”，再点击工具栏中P 按键，然后输入元件名称，具体内容如表1所示。

表1 元件清单

3.2 设置元件参数

电阻元件和电容元件的参数设置如表1所示。

3.3 放置电源和接地端

放置电源时，先在对象拾取区找到“激励源模式”工具，再单击放置激励源，然后双击激励源设置参数，并将激励源名设为6 V、模拟类型选择“直流电”、Voltage 设定为6 V。

放置接地端时，先在对象拾取区找到“终端模式”，再在元器件浏览区中点击GROUND。

3.4 仿真

先在对象拾取区选择“虚拟仪器模式”工具，再将3 号管脚连接“OSCILLOSCOPE”示波器和电压表，然后观察LED 轮流点亮、记录电压值，最后观察3 号管脚输出波形。调整Vcc 数值，记录输出电压值，如表2所示。

表2 电路调试数据

在仿真过程中，可以通过调整电阻的阻值和电容值来改变LED 闪烁时间，如黄灯亮2 s 灭1 s、绿灯灭2 s 亮1 s。

4 电路制作

电路经过仿真调试好参数后，可以进行电路制作。先画电路PCB 图，再插接元件，然后焊接电路，最后通电测试。

采用EDA 软件画出双色灯的原理如图3所示。由原理图自动转换为PCB 图并采用自动布线的方式适当调整，完成双色灯PCB 的绘制，如图4所示。

图3 双色灯原理图

图4 双色灯PCB图

4.1 电路元器件插装

若没有制版机，可以采用实验板焊接电路，按PCB 图走线进行布线焊接。在插装元器件时，具体原则是先插装需要机械固定的元器件，如大功率器件的散热片、支架和固定卡子等，再按照由低矮元器件至较高元器件的顺序插装需要焊接固定的元器件。同时，应尽量使其标识向上或朝向易于识别的方向，并保证标识的阅读方向一致（从左到右或从上到下），这样有利于电路检查；对于水平安装的元器件，应该尽量使两端引线长度相等对称，并将元器件放在两个焊盘的中心，使排列整齐有序；对于垂直安装的同类元器件，应保证高度一、标识一致并且朝外，这样易于识别，而色环电阻的起始色环应向上。另外，上端引线不宜过长，以免与其他部件短路；具有极性的元器件要区分极性插装。

本电路可以先插装NE555，并注意将NE555 元器件缺口朝向左；再插电阻元件，保证元件横平竖直摆放，电阻的起始色环应朝向上；然后插接电容和发光二极管元件，并注意电解电容极性和发光二极管极性，其中长脚为正极。为了防止元器件脱落，可以将元器件一个管脚固定，管脚较长元器件则可以将管脚弯折。为了便于调试测量，元器件管脚应留出3 mm 左右距离，即以能插入万用表表笔为宜。最后，NE555管脚短，不用预留距离。

4.2 电路元器件焊接

插装完元器件后，就可进行焊接。元件的焊接顺序一般遵循先难后易、先低后高、先贴片后插装的原则进行。

由于管脚密集的集成芯片焊接难度较大，要先进行焊接。首先焊接NE555 元件的1 号管脚和5 号管脚，图4中红线可以直接布线焊接，蓝色导线则需要跳线，跳线时为防止折断可以将导线镀锡以防，也可以采用带皮导线焊接跳线。焊接时，可以选用25 W电烙铁。一只手握电烙铁，另一只手拿焊锡丝。先将电烙铁接触元器件管脚，再将焊锡接触烙铁头，同时控制时间最多停留3 s，即可形成一个焊点，焊点应呈馒头形状且有光泽。值得注意的是焊接时间不宜过长，否则焊点颜色容易变深而无光泽。一旦焊接时间过长，不仅容易烫坏元器件，还容易使焊盘脱落，因此必要时可以借助辅助工具。

焊接完毕，电烙铁应放在烙铁架上，防止烙铁头烫坏烙铁导线而发生短路；还应将多余元器件管脚剪断，然后整理实验台；最后检查电路，包括是否焊错点和线、检查元器件是否损坏；当一切正常时，就可以通电测试，用万用表测量输出电压，记录数据，并用示波器观察输出波形，注意与仿真结果进行比较。

5 结语

在制作电路前和无法实际调试电路时，通过PROTEUS 软件可以对电路进行仿真，从而验证电路的准确性。因此，在线上教学常态化的趋势下，熟练应用PROTEUS 软件既可以在无仪器设备情况下完成电路，让学生掌握相关技术技能，又可以提升学生的职业素养，为学习和工作奠定坚实基础。