1、6.5 波形产生变换电路的设计 6.5.1 555定时器的电路结构及工作原理 6.5.2 555定时器的应用 实训6-13：555定时器逻辑功能测试 实训6-14：555定时器应用2022-8-151 555 555定时器是一种应用极为广泛的中规模集成电路，定时器是一种应用极为广泛的中规模集成电路，因集成电路内部含有三个因集成电路内部含有三个5 5千欧电阻而得名。千欧电阻而得名。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器，就可以构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器，且价格便宜且价格便宜，广泛应用
2、于信号的产生、变换、控制与检测广泛应用于信号的产生、变换、控制与检测中。中。2022-8-152目前生产的目前生产的555555定时器有定时器有双极型双极型和和CMOSCMOS（单（单极型极型）两种类型，主要厂商两种类型，主要厂商生产的产品有如生产的产品有如NE555NE555、FX555FX555、LM555LM555和和C7555C7555等，他们的结构和工等，他们的结构和工作原理大同小异，引出线也基本相同作原理大同小异，引出线也基本相同；有的还有双电路封装，称为有的还有双电路封装，称为556556。通常双极型定时器具有较强的带负载能力，而通常双极型定时器具有较强的带负载能力，而CMOSC
3、MOS定时器具有低功耗定时器具有低功耗、输入阻抗高等优点。、输入阻抗高等优点。555555定时器工作的电源电压范围很宽，并可承受较大的负载电流。双极定时器工作的电源电压范围很宽，并可承受较大的负载电流。双极型定时器的电源电压范围为型定时器的电源电压范围为5 516V16V，最大负载电流可达，最大负载电流可达200mA200mA，因此，因此可以直接驱动小电动机、继电器、喇叭和发光二极管；可以直接驱动小电动机、继电器、喇叭和发光二极管；CMOSCMOS定时器定时器电源电压范围为电源电压范围为3 318V18V，最大负载电流在，最大负载电流在4mA4mA以下以下。2022-8-1532022-8-1
4、541电路结构电路结构 555 555定时器是一种定时器是一种将模拟电路和数字电将模拟电路和数字电路混合集成于一体的路混合集成于一体的电子器件电子器件。2022-8-1551电路结构电路结构555555定时器由定时器由3 3个阻值为个阻值为5k5k的电阻组成的分的电阻组成的分压器、两个电压比较器压器、两个电压比较器C C1 1和和C C2 2、基本、基本RSRS触触发器、放电三极管发器、放电三极管T TD D、和缓冲反相器、和缓冲反相器G G4 4组组成。其中：成。其中：1 1脚接地端。脚接地端。2 2脚低电平触发端，由此输入低电平触发脉脚低电平触发端，由此输入低电平触发脉冲。冲。6 6脚为高
5、电平触发端，由此输入高电平触发脚为高电平触发端，由此输入高电平触发脉冲。脉冲。4 4脚复位端，输入负脉冲（或使其电压低于脚复位端，输入负脉冲（或使其电压低于0.70.7伏）可使伏）可使555555定时器直接复位。定时器直接复位。5 5脚电压控制端，在此端外加电压可脚电压控制端，在此端外加电压可以改变比较器的参考电压。不用以改变比较器的参考电压。不用时，经时，经0.01F0.01F的电容接的电容接“地地”，以防止引入干扰。以防止引入干扰。2022-8-1567 7脚放电端，脚放电端，555555定时器输出低电定时器输出低电平时，放电晶体管平时，放电晶体管T TD D导通，外导通，外接电容元件通过
6、接电容元件通过T TD D放电。放电。3 3脚输出端，输出高电压约低于电脚输出端，输出高电压约低于电源电压源电压1 13V3V，输出电流可达，输出电流可达200mA200mA，因此可直接驱动继电器，因此可直接驱动继电器、发光二极管、扬声器、指示、发光二极管、扬声器、指示灯等。灯等。8 8脚为电源端，可在脚为电源端，可在5 518V18V范围内范围内使用。使用。1电路结构电路结构2022-8-1572工作原理工作原理5 5脚经脚经0.01F0.01F的电容接的电容接“地地”，比较器，比较器C C1 1和和C C2 2的比较电压为：的比较电压为：U UR1R1=V=VCCCC、U UR2R2=V=
7、VCCCC。当当 ，时，比较器时，比较器C C1 1输出输出低电平，比较器低电平，比较器C C2 2输出高电平，基本输出高电平，基本RSRS触发器触发器“置置0 0”，G G3 3输出高电平，放电三输出高电平，放电三极管极管T TD D导通，定时器输出低电平，导通，定时器输出低电平，u uO O=U=UOLOL。3231CC1 IV32uCC2IV31u2022-8-158当当 ，时，比较器时，比较器C C1 1输出高电平，比较器输出高电平，比较器C C2 2输出高电平，基输出高电平，基本本RSRS触发器保持原状态不变，触发器保持原状态不变，555555定时定时器输出状态亦保持不变。器输出状态
8、亦保持不变。CC2IV31uCC1 IV32u2工作原理工作原理2022-8-159CC1 IV32u当当 ，时，比较器时，比较器C C1 1输出输出低电平，比较器低电平，比较器C C2 2输出低电平，基本输出低电平，基本RSRS触发触发器两端都被置器两端都被置1 1，G G3 3输出低电平，放电三极输出低电平，放电三极管管T TD D截止，定时器输出高电平，截止，定时器输出高电平，u uO O=U=UOHOH。CC2IV31u当当 ，时，比较器时，比较器C C1 1输出输出高电平，比较器高电平，比较器C C2 2输出低电平，基本输出低电平，基本RSRS触发器置触发器置1 1，G G3 3输出
9、低电平，输出低电平，放电三极管放电三极管T TD D截止，定时器输出高电平，截止，定时器输出高电平，u uO O=U=UOHOH。CC1IV32uCC2IV31u2工作原理工作原理2022-8-1510 如果在如果在555555定时器的电压控制端（定时器的电压控制端（5 5脚）施加一个外接电压（其值在脚）施加一个外接电压（其值在0 0V VCCCC之间），比较器的参考电压将发生变化，电路相应的高电平触发电压、低之间），比较器的参考电压将发生变化，电路相应的高电平触发电压、低电平触发电压也将发生变化，进而影响电路的工作状态。电平触发电压也将发生变化，进而影响电路的工作状态。2工作原理工作原理将将
10、555555定时器的定时器的2 2脚和脚和6 6脚接在一起，可以构成施脚接在一起，可以构成施密特触发器。密特触发器。2022-8-15111用用555定时器构成施密特触发器定时器构成施密特触发器由于由于施密特触发器施密特触发器无须放电端，无须放电端，所以所以利用放电利用放电端与输出端状态相一致的端与输出端状态相一致的特点，从特点，从放电放电端加一上拉电阻后，端加一上拉电阻后，可以获得与可以获得与3 3脚相同的输出。脚相同的输出。如果如果上拉上拉电阻单独接另外一组电源，电阻单独接另外一组电源，如图所示，则可以获得与如图所示，则可以获得与3 3脚不同脚不同的逻辑电平。的逻辑电平。2022-8-15
11、121用用555定时器构成施密特触发器定时器构成施密特触发器假定输入的触发信号假定输入的触发信号u uI I为三角波为三角波。CCIV31u CCICCV32uV31设设u uI I为低电平时（为低电平时（），根），根据据555555定时器的功能表可知，定时定时器的功能表可知，定时器的输出为高电平。当器的输出为高电平。当u uI I的电压的电压逐渐升高到逐渐升高到 时，时，555555定时器的输出状态保持不变。定时器的输出状态保持不变。2022-8-15131用用555定时器构成施密特触发器定时器构成施密特触发器CCTV32UCCIV32u 当输入电压当输入电压u uI I继续上升到继续上升到
12、 时，时，555555定时器的输出状态发生翻转，跳变定时器的输出状态发生翻转，跳变成低电平，此时对应的输入电压即为这成低电平，此时对应的输入电压即为这个施密特触发器的正向阈值电压。个施密特触发器的正向阈值电压。输入电压继续增加，输入电压继续增加，555555定时器仍然处定时器仍然处于低电平，输入电压增加到最高点后逐渐于低电平，输入电压增加到最高点后逐渐下降，当下降，当 时，时，555555定时器的定时器的输出状态保持不变，输出还是低电平状态。输出状态保持不变，输出还是低电平状态。CCICCV32uV312022-8-15141用用555定时器构成施密特触发器定时器构成施密特触发器CCIV31u
13、 CCTV31U当输入电压下降到当输入电压下降到 时，电时，电路状态又一次发生翻转，输出重新跳变路状态又一次发生翻转，输出重新跳变成高电平，又返回到开始讨论的情况。成高电平，又返回到开始讨论的情况。从这里可以看出这个施密特触发器的负从这里可以看出这个施密特触发器的负向阈值电压为：向阈值电压为：回差电压：回差电压：CCTTV31UUU2022-8-15151用用555定时器构成施密特触发器定时器构成施密特触发器以上的结论是在以上的结论是在5 5脚没有外接控制电脚没有外接控制电压的情况下得出的，如果在电压控制端压的情况下得出的，如果在电压控制端外接控制电压，则可以通过改变控制电外接控制电压，则可以
14、通过改变控制电压来调节施密特触发器的正向阈值电压、压来调节施密特触发器的正向阈值电压、负向阈值电压以及回差。负向阈值电压以及回差。COTUUCOTU21UCOU21U 例如例如:在控制端外加电压在控制端外加电压U UCOCO，由，由图图6-646-64可以看出，施密特触发器可以看出，施密特触发器的正向阈值电压为的正向阈值电压为 、负向阈值电压为、负向阈值电压为 ，则，则回差回差 ，也就是说正向阈值电压、负向阈值电压、回，也就是说正向阈值电压、负向阈值电压、回差随控制端的输入电压的变化而变化。差随控制端的输入电压的变化而变化。2022-8-15162用用555定时器构成单稳态触发器定时器构成单稳
15、态触发器将将555555定时器的定时器的6 6号脚和号脚和7 7号脚接在一起，并号脚接在一起，并添加一个电容添加一个电容C C和一个电阻和一个电阻R R，就可以构成单，就可以构成单稳态触发器。稳态触发器。电容接在电容接在6 6号脚与地之间，电阻号脚与地之间，电阻接在接在7 7号脚和电源之间。我们简记号脚和电源之间。我们简记为为“七六一搭，下七六一搭，下C C上上R R”。这个单。这个单稳态触发器是负脉冲触发的。稳态稳态触发器是负脉冲触发的。稳态时，这个单稳态触发器输出低电平。时，这个单稳态触发器输出低电平。暂稳态时，触发器输出高电平暂稳态时，触发器输出高电平。RC1.13lnRCtW 如果如果
16、忽略忽略555555内部的放电晶体管的饱内部的放电晶体管的饱和压降，则触发器输出电压和压降，则触发器输出电压u uO O的脉冲宽的脉冲宽度即为电容上的电压从零上升度即为电容上的电压从零上升到到 的的时间时间CCV322022-8-15172用用555定时器构成单稳态触发器定时器构成单稳态触发器RC1.13lnRCtW 脉冲宽度取决于定时元件脉冲宽度取决于定时元件R R、C C的值，与触发脉冲宽度无关，调节的值，与触发脉冲宽度无关，调节定时元件，可以改变输出脉冲的宽定时元件，可以改变输出脉冲的宽度。这种电路产生的脉冲可以从几度。这种电路产生的脉冲可以从几个微秒到数分钟，精度可达个微秒到数分钟，精
17、度可达0.1%0.1%。通常电阻通常电阻R R的取值为几欧姆到几兆欧的取值为几欧姆到几兆欧姆，电容的取值为几百皮法到几百姆，电容的取值为几百皮法到几百微法。微法。2022-8-15183用用555定时器构成多谐振荡器定时器构成多谐振荡器先用先用555555定时器构成施密特触发器，再把这定时器构成施密特触发器，再把这个施密特触发器改接成多谐振荡器。个施密特触发器改接成多谐振荡器。输出端输出端产生产生一个周期性矩形脉冲，其频一个周期性矩形脉冲，其频率为：率为：CR2R43.1tt1f21wLWH 要想得到正负脉宽接近相等的要想得到正负脉宽接近相等的矩形波，要满足条件矩形波，要满足条件 。可以通过调
18、节电阻值来调节多可以通过调节电阻值来调节多谐振荡器的输出矩形脉冲的占空比。谐振荡器的输出矩形脉冲的占空比。12RR 2022-8-1519按图接线，将按图接线，将8 8管脚接管脚接5V5V电源，电源，1 1管脚接地，管脚接地，4 4管脚（管脚（复位端）接复位端）接实验箱的逻辑电平开关，实验箱的逻辑电平开关，3 3管脚（输管脚（输出端出端u uO O）和）和7 7管脚管脚(放电端放电端)分别接发光分别接发光二极管，检查无误后，方可进行测试。二极管，检查无误后，方可进行测试。将测试结果填入表中。将测试结果填入表中。DR思考题：思考题：将将表表6-426-42与与表表6-6-4141相比较，看结果相
19、比较，看结果如何？如何？2022-8-15201）用）用555定时器构成施密特触发器定时器构成施密特触发器（1）将）将555定时器的定时器的2脚和脚和6脚接在一起，可以构成施密特触发器。脚接在一起，可以构成施密特触发器。画出电路图，在实验箱上连接电路。画出电路图，在实验箱上连接电路。（2）在输入端输入振幅为）在输入端输入振幅为5V频率为频率为1kHz的正弦波（使用信号发生的正弦波（使用信号发生器），用示波器观测输入，输出波形。并绘出波形。器），用示波器观测输入，输出波形。并绘出波形。2022-8-15212）用）用555定时器构成多谐振荡器定时器构成多谐振荡器（1）将）将555定时器接成如图所
20、示电路。定时器接成如图所示电路。（2）用示波器观察输出端）用示波器观察输出端u0（3管脚）的管脚）的波形。波形。（3）测试出）测试出u0的振荡周期的振荡周期T并计算出频率并计算出频率f填入表中。填入表中。2022-8-15223）用）用555定时器构成单稳态触发器定时器构成单稳态触发器（1）将）将555定时器接成图所示电路，定时器接成图所示电路，R=10k，C=0.01F。在其在其2管脚上加输入管脚上加输入信号信号uI（uI为方波，振幅为方波，振幅05V逐渐增大、逐渐增大、f=10KHz），用示波器观察输入、输出的波），用示波器观察输入、输出的波形。形。（2）绘出输入、输出波形。）绘出输入、输出波形。（3）如果改变输入信号频率（例如）如果改变输入信号频率（例如f=1KHz；f=20KHz），），观察观察输出波形输出波形的的变化变化情况情况。2022-8-1523555555定时器的可实现哪些逻辑功能定时器的可实现哪些逻辑功能？【想一想】
