基于Multisim13的555 定時器教學探索

劉允峰，王宇迪，冉金宇

（1.渤海大學，遼寧錦州，121007；2.錦州市緊急醫療救援中心，遼寧錦州，121000）

0 引言

555 定時器是《電子技術基礎》課程中的重要組成部分。20 世紀70 年代，由西格尼蒂克(Signetics)公司推出的555 定時器是一種模擬和數字功能相結合的集成器件，因其價格低廉、易用性和可靠性，被廣泛應用于電子電路設計之中，可以構成波形整形、脈沖產生、定時器和振蕩電路等電路。555 定時器有兩種制作工藝：雙極性(TTL)工藝和互補金屬氧化物(CMOS)工藝。以TI 公司的NE555 芯片為例，簡化原理圖如圖1 所示，引腳圖如圖2 所示。

圖1 簡化原理圖

圖2 引腳圖

1 555 定時器工作模式

555 定時器的輸出有0 和1 兩種狀態，與輸入引腳的不同組合有關，如表1 所示。

表1 555定時器功能表

其中，0 表示低電平，1 表示高電平，×表示不相干的。

555 定時器可以工作在單穩態模式、雙穩態模式和無穩態模式三種工作模式下，電路組成如圖3 所示。由圖可見，雙穩態電路輸入端的輸入電壓端一般沒有定時電阻和定時電容。

圖3

對三種工作模式進行比較，如表2 所示。

表2 555定時器三種工作模式

2 Multisim 仿真

介紹555 定時器的工作原理后，一定要向學生介紹實際應用例子，利用聲、光信號的演示加深印象，學以致用[1-4]。比如：圖4(a)閃光器、圖4(b)鳴叫式警報器。

圖4

利用74LS161、74LS74、74LS153、74LS139、74LS00、74LS08 及電阻、電容和LED 等，仿真一下十字路口的交通燈控制電路，如圖5 所示。為了縮短一個循環周期的觀察時間，將圖5 中的芯片U10（秒脈沖信號發生器）由1Hz 設置成了20Hz，便于觀察現象，實際中可以由圖3的555 定時器產生秒信號，設置如下：R1=R2=4831Ω，C=100μF，使得振蕩周期T=0.69(R1+R2)C ≈1 秒。交通燈循環過程為：1 路綠燈亮2 路紅燈亮。

圖5 交通燈控制電路

以學生學習能力達成為目標，結合Multisim 軟件工具，教師可以采取討論式教學法、問題教學法等方法，強調理論與工程實際相結合[5]。在課堂教學中，對一些重點和難點，輔以Multisim 虛擬仿真作為演示工具，老師講解和引導學生觀察實驗現象，再加上實物照片和短視頻等方式，提升學生動手能力，提高學生分析和設計數字邏輯電路的能力。

3 課程思政要點

（1）創新實踐，學以致用。一方面，學生可以利用實驗室開放時間，親自動手去感悟教材中已有的數字電路知識，完善知識結構，從“學會”轉變成“學活”。另一方面，可以利用所學電路知識進行大學生創新創業項目、社會實踐活動等，在真實情境中檢驗自身已有的電路知識，培養獨立思考能力、團隊協作精神、溝通和交流能力、創造性地解決實際問題，學會做人、做事。

（2）結合實驗芯片安全，引入日常用電安全常識，提醒學生注意實驗室用電安全；同時，立足中美貿易戰情況，從專業學習角度出發，思考個人努力對專業及國家的積極影響，激發學生愛國情懷和奮發學習熱情。

（3）555 定時器三種工作模式中的穩態、暫態轉換，都要取決于555 定時器內部電路的工作原理。將這個性質升華為內外因辨證原理：事物的發展是內外因共同起作用的結果，內因是事物發展的依據，它是第一位的，決定著事物發展的基本趨向，外因是事物發展的外部條件，它是第二位的，對事物的發展起著加速或延緩的作用，外因必須通過內因而起作用。

4 結束語

在《電子技術基礎》課程教學中引入了虛擬仿真技術輔助教學，“虛實融合”，重視學生動手能力的培養；同時，課程思政和教學內容有機融合，育人與教學同步進行[6]。以“555定時器典型電路應用”教學設計為例，解析了Multisim13在《電子技術基礎》課程實驗中的應用，探討了仿真技術手段的教學改革。教學實踐表明，在教學環節加入Multisim虛擬仿真環節，較好地優化了教學模式，切實提升了教學質量，培養了學生創新創造能力，達到了專業課育人的“潤物細無聲”。教學過程中理論聯系實際，既有虛擬仿真，又有實物呈現，真正實現了以學生為中心，鼓勵并帶領學生學好專業技術技能，為國家發展奉獻一份力量。