555時基電路實作成果導向教學設計*

張明芹

(黑龍江職業學院電氣工程學院 黑龍江 哈爾濱 150080)

1 引言

“成果導向+行動學習”不僅是學習方式也是教學方式，強調以學生為中心開展教學，關注學生的全面發展，行動學習就是把行動和學習統一起來的活動，在教師行動導向下，通過多種不定型的活動形式，激發學生的學習熱情和興趣[1].行動學習是指在教學目標的指導下學生進行主動和全面的學習,并通過行動學習培養職業能力和關鍵能力[2].經過4年的成果導向教學改革實踐，取得一定的成效，以案例形式撰寫了一些切實可行的改革方案和建議，形成成果導向教學設計案例集，Multisim仿真案例集，指導教與學，實現“線上+線下”，學習活動同頻，提高了電子技術課程的教學效率.

集成555時基電路(也稱為555定時器)的工作原理及應用，理論上復雜難學，采用情景化教學手段，增強學習主動性，培養科學學習方法與職業素養.小組通過制作作品(實作)，熟悉555定時器應用電路，知道改變外圍電阻和電容及高、低觸發端的接法，就可以構成多諧振蕩器、單穩態電路、雙穩態電路，達到學以致用.

2 學習目標

2.1 知識與技能

通過實驗探究，知道555時基電路的工作原理及應用；能用555時基電路設計、制作簡單的報警器、延時開關電路、門鈴等應用電路.

2.2 過程與方法

通過設計、搭建仿真或組裝調試光控照明燈、頻閃燈、門鈴、液位報警器等功能電路，學習科學實驗研究方法，培養學生追求真理、勇攀科學高峰的責任感和使命感 .

2.3 情感態度與價值觀

通過行動、情感體驗，分享自主創新的學習成果，體會到555時基電路在生活和生產中的應用價值，激發學習興趣與創新意識.

3 學習任務

任務1：制作光控照明燈(由555時基電路構成的施密特觸發器)

任務2：制作頻閃燈(閃光胸針)(由555時基電路構成的多諧振蕩器)

任務3：制作觸摸延時開關(由555時基電路構成的單穩態觸發器)

4 引導問題

(1)說出555定時器組成及各部分的作用；

(2)熟悉555定時器引腳功能；

(3)列出由555定時器構成的施密特觸發器、單穩態觸發器、多諧振蕩器的主要應用，各自的工作特性；

(4)觀看仿真頻視，設計制作光控照明燈、觸摸延時開關、頻閃燈電路，畫出電路圖，分析工作過程.

5 探究過程

5.1 熟悉器材

Multisim仿真軟件，光敏電阻，穩壓電源，電容器，負載(電位器、定值電阻、直流電動機、直流電磁繼電器、蜂鳴器、小燈泡、發光二極管等)，電子示波器，數字萬用表，集成LM555，金屬片，面包板，跳線等.

5.2 實驗探究

重點說明任務1制作光控照明燈與任務2制作閃光胸針(頻閃燈)學習過程，任務3制作觸摸延時開關與任務1和2學習方法相似，以下不再說明.

5.2.1 制作光控照明燈

制作的光控照明燈，不用調試，簡單實用，靈敏度高，形象直觀地演示了由555定時器構成的施密特觸發器工作原理及光控開關的應用.

(1)電路組成及各元件作用

參考電路如圖1所示，圖中集成555定時器為核心元件，外接電阻R1和RG，RG為光敏電阻(用10 kΩ電位器代替)，提供觸發輸入信號，C1為濾波電容使5管腳(外加電壓控制端)電位穩定，LED發光二極管為輸出負載，也可將LED換成5 V電磁繼電器的線圈，電磁繼電器常開控制觸點和220 V照明燈電路相連接(電路圖略).

圖1 光控照明燈電路

(2)電路工作原理

(3)光控照明燈電路工作過程

在圖1所示電路中，用仿真直觀操作，從實踐中記憶工作原理，用電位器替代光敏電阻，模擬光照強度變弱(黑天)時,照明燈自動點亮過程.增大電位器的阻值，當阻值達到60%(10 kΩ)以上時，LED自動發光；減少電位器的阻值，模擬光照強度增強(白天)時，電位器阻值減少到15%(10 kΩ)以下時，LED自動熄滅.

(4)知識拓展

可用電壓表測試輸入2端和輸出3端電位，測出正向、負向閾值電壓，用實驗數據驗證理論上的電壓傳輸特性.或去掉R1和RG，在輸入端接入函數信號發生器，用示波器觀看輸入、輸出波形，直觀理解將輸入的三角波、正弦波，變換成矩形波，記憶實現波形變換功能，用實驗幫助理解施密特觸發器工作原理及應用，學習活動理論與實驗同步，形象直觀，增強教學效果.

5.2.2 制作頻閃燈(閃光胸針)

制作的頻閃燈或門鈴，調試簡單，靈敏度高，動作準確，可用于家中當作呼叫器、電子玩具.

(1)電路結構

電路如圖2所示，是由555時基電路構成的無穩態多諧振蕩器典型應用，芯片555定時器和外圍定時元件R1，RP，R2，C1組成，R3，R4為限流電阻, LED1和LED2是發光二極管，電源可用5～12 V.外圍定時元件和555時基電路共同確定了振蕩電路的振蕩頻率，調節電位器RP改變電路的振蕩頻率與占空比.電路中的輸出端(3管腳)輸出一定頻率的矩形波信號.

圖2 頻閃燈電路

(2)電路工作原理

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

最小頻率為

輸出最小振蕩周期為

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

0.7×[1.5×103Ω+2(1.5×104Ω+0)]×

1×10-6F=22.5 ms

最大頻率為

驗證理論知識：可在輸入端A點和輸出端B點接入示波器，觀看到輸入端電容器充、放電電壓波形，充電對應著高電平，LED2發光；放電對應著低電平，LED1發光，調電位器使其阻值增大或增加電容C1容量，可看到兩個LED發光時間變長，交替閃爍的頻率變慢.也可以從示波器中測試周期(最大周期1.40 s，最小周期22.38 ms)和理論數值進行比較，從實踐中理解理論知識，明確555時基電路構成多諧振蕩器產生矩形波的原理，理論和實踐相結合.

(3)頻閃燈工作過程

打開仿真開關，閉合開關看到兩只發光二極管交替發光，調節電位器時，雙燈閃爍的快慢不一樣，每個二極管點亮的時間也在改變，電位器阻值大，點亮時間長.3管腳輸出高、低電平，可控制LED2和 LED1的閃爍.當輸出高電平時，LED2亮LED1不亮；當輸出低電平時,LED1亮LED2不亮；3管腳不停地輸出高、低電平的矩形波,看到兩個二極管交替發光，隨著電路振蕩頻率不同，發光二極管閃爍的頻率也發生變化.

(4)門鈴電路制作過程

在輸出端接門鈴或者蜂鳴器，將LED2換成門鈴或蜂鳴器(電路圖略)，開關用按鈕開關，當開關斷開時，多諧振蕩電路沒接電源不工作，當按下開關時，電路開始工作，輸出端3輸出矩形波信號，當3端為高電平時蜂鳴器被接通，發出蜂鳴聲，為低電平時蜂鳴器被斷開，此電路靈敏度高、可操作性強，可用于家中門鈴或呼叫器.

6 結束語

各小組總結分析探究結果，包括問題、方案的可操作性、作品的靈敏度、作品展示與收藏，學生通過實驗探究輕松地得出課前引導問題中的答案，而且印象深、能應用.對于設計的電路，制作光控照明燈、制作觸摸延時開關、制作頻閃燈或門鈴電路效果好，電路工作原理簡單，易學易作，應用性強，靈敏度高，可用于課堂教學演示教具.

在實作學習活動中，培養了學生的動手能力和創新能力，提高了電子技術課程的教學效果.在設計搭建電路中，幫助學生養成實事求是、積極探索的科學態度，認真細致的工作作風，將學習成果內化為堅定的理想信念，激勵學生以良好的學習態度調節學習行為，自覺不斷地探究學習，成為德才兼備的人.