555时基电路实作成果导向教学设计*

张明芹

(黑龙江职业学院电气工程学院 黑龙江 哈尔滨 150080)

1 引言

“成果导向+行动学习”不仅是学习方式也是教学方式，强调以学生为中心开展教学，关注学生的全面发展，行动学习就是把行动和学习统一起来的活动，在教师行动导向下，通过多种不定型的活动形式，激发学生的学习热情和兴趣[1].行动学习是指在教学目标的指导下学生进行主动和全面的学习,并通过行动学习培养职业能力和关键能力[2].经过4年的成果导向教学改革实践，取得一定的成效，以案例形式撰写了一些切实可行的改革方案和建议，形成成果导向教学设计案例集，Multisim仿真案例集，指导教与学，实现“线上+线下”，学习活动同频，提高了电子技术课程的教学效率.

集成555时基电路(也称为555定时器)的工作原理及应用，理论上复杂难学，采用情景化教学手段，增强学习主动性，培养科学学习方法与职业素养.小组通过制作作品(实作)，熟悉555定时器应用电路，知道改变外围电阻和电容及高、低触发端的接法，就可以构成多谐振荡器、单稳态电路、双稳态电路，达到学以致用.

2 学习目标

2.1 知识与技能

通过实验探究，知道555时基电路的工作原理及应用；能用555时基电路设计、制作简单的报警器、延时开关电路、门铃等应用电路.

2.2 过程与方法

通过设计、搭建仿真或组装调试光控照明灯、频闪灯、门铃、液位报警器等功能电路，学习科学实验研究方法，培养学生追求真理、勇攀科学高峰的责任感和使命感 .

2.3 情感态度与价值观

通过行动、情感体验，分享自主创新的学习成果，体会到555时基电路在生活和生产中的应用价值，激发学习兴趣与创新意识.

3 学习任务

任务1：制作光控照明灯(由555时基电路构成的施密特触发器)

任务2：制作频闪灯(闪光胸针)(由555时基电路构成的多谐振荡器)

任务3：制作触摸延时开关(由555时基电路构成的单稳态触发器)

4 引导问题

(1)说出555定时器组成及各部分的作用；

(2)熟悉555定时器引脚功能；

(3)列出由555定时器构成的施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的主要应用，各自的工作特性；

(4)观看仿真频视，设计制作光控照明灯、触摸延时开关、频闪灯电路，画出电路图，分析工作过程.

5 探究过程

5.1 熟悉器材

Multisim仿真软件，光敏电阻，稳压电源，电容器，负载(电位器、定值电阻、直流电动机、直流电磁继电器、蜂鸣器、小灯泡、发光二极管等)，电子示波器，数字万用表，集成LM555，金属片，面包板，跳线等.

5.2 实验探究

重点说明任务1制作光控照明灯与任务2制作闪光胸针(频闪灯)学习过程，任务3制作触摸延时开关与任务1和2学习方法相似，以下不再说明.

5.2.1 制作光控照明灯

制作的光控照明灯，不用调试，简单实用，灵敏度高，形象直观地演示了由555定时器构成的施密特触发器工作原理及光控开关的应用.

(1)电路组成及各元件作用

参考电路如图1所示，图中集成555定时器为核心元件，外接电阻R1和RG，RG为光敏电阻(用10 kΩ电位器代替)，提供触发输入信号，C1为滤波电容使5管脚(外加电压控制端)电位稳定，LED发光二极管为输出负载，也可将LED换成5 V电磁继电器的线圈，电磁继电器常开控制触点和220 V照明灯电路相连接(电路图略).

图1 光控照明灯电路

(2)电路工作原理

(3)光控照明灯电路工作过程

在图1所示电路中，用仿真直观操作，从实践中记忆工作原理，用电位器替代光敏电阻，模拟光照强度变弱(黑天)时,照明灯自动点亮过程.增大电位器的阻值，当阻值达到60%(10 kΩ)以上时，LED自动发光；减少电位器的阻值，模拟光照强度增强(白天)时，电位器阻值减少到15%(10 kΩ)以下时，LED自动熄灭.

(4)知识拓展

可用电压表测试输入2端和输出3端电位，测出正向、负向阈值电压，用实验数据验证理论上的电压传输特性.或去掉R1和RG，在输入端接入函数信号发生器，用示波器观看输入、输出波形，直观理解将输入的三角波、正弦波，变换成矩形波，记忆实现波形变换功能，用实验帮助理解施密特触发器工作原理及应用，学习活动理论与实验同步，形象直观，增强教学效果.

5.2.2 制作频闪灯(闪光胸针)

制作的频闪灯或门铃，调试简单，灵敏度高，动作准确，可用于家中当作呼叫器、电子玩具.

(1)电路结构

电路如图2所示，是由555时基电路构成的无稳态多谐振荡器典型应用，芯片555定时器和外围定时元件R1，RP，R2，C1组成，R3，R4为限流电阻, LED1和LED2是发光二极管，电源可用5～12 V.外围定时元件和555时基电路共同确定了振荡电路的振荡频率，调节电位器RP改变电路的振荡频率与占空比.电路中的输出端(3管脚)输出一定频率的矩形波信号.

图2 频闪灯电路

(2)电路工作原理

Tmax=0.7[R1+2(R2+RP)]C1 =

0.7×[1.5×103Ω+2(1.5×104Ω+

1×106Ω)]×1×10-6F=1.42 s

最小频率为

输出最小振荡周期为

Tmin=0.7[R1+2(R2+RP)]C1=

0.7×[1.5×103Ω+2(1.5×104Ω+0)]×

1×10-6F=22.5 ms

最大频率为

验证理论知识：可在输入端A点和输出端B点接入示波器，观看到输入端电容器充、放电电压波形，充电对应着高电平，LED2发光；放电对应着低电平，LED1发光，调电位器使其阻值增大或增加电容C1容量，可看到两个LED发光时间变长，交替闪烁的频率变慢.也可以从示波器中测试周期(最大周期1.40 s，最小周期22.38 ms)和理论数值进行比较，从实践中理解理论知识，明确555时基电路构成多谐振荡器产生矩形波的原理，理论和实践相结合.

(3)频闪灯工作过程

打开仿真开关，闭合开关看到两只发光二极管交替发光，调节电位器时，双灯闪烁的快慢不一样，每个二极管点亮的时间也在改变，电位器阻值大，点亮时间长.3管脚输出高、低电平，可控制LED2和 LED1的闪烁.当输出高电平时，LED2亮LED1不亮；当输出低电平时,LED1亮LED2不亮；3管脚不停地输出高、低电平的矩形波,看到两个二极管交替发光，随着电路振荡频率不同，发光二极管闪烁的频率也发生变化.

(4)门铃电路制作过程

在输出端接门铃或者蜂鸣器，将LED2换成门铃或蜂鸣器(电路图略)，开关用按钮开关，当开关断开时，多谐振荡电路没接电源不工作，当按下开关时，电路开始工作，输出端3输出矩形波信号，当3端为高电平时蜂鸣器被接通，发出蜂鸣声，为低电平时蜂鸣器被断开，此电路灵敏度高、可操作性强，可用于家中门铃或呼叫器.

6 结束语

各小组总结分析探究结果，包括问题、方案的可操作性、作品的灵敏度、作品展示与收藏，学生通过实验探究轻松地得出课前引导问题中的答案，而且印象深、能应用.对于设计的电路，制作光控照明灯、制作触摸延时开关、制作频闪灯或门铃电路效果好，电路工作原理简单，易学易作，应用性强，灵敏度高，可用于课堂教学演示教具.

在实作学习活动中，培养了学生的动手能力和创新能力，提高了电子技术课程的教学效果.在设计搭建电路中，帮助学生养成实事求是、积极探索的科学态度，认真细致的工作作风，将学习成果内化为坚定的理想信念，激励学生以良好的学习态度调节学习行为，自觉不断地探究学习，成为德才兼备的人.