1、课题六 定时器【学习目标】 1熟悉 555 集成定时器的电路结构、工作原理及其特点。2掌握 555 集成定时器的基本应。【相关知识】 555 定时器是一种数字电路与模拟电路相结合的中规模集成电路。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单稳态触发器和多谐振荡器等，因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。一、555 定时器电路分析 555 定时器产品有 TTL 型和CMOS 型两类。TTL 型产品型号的最后三位都是 555，CMOS 型产品的最后四位都是 7555，它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。555 定时器的电路如图 4.6.1 所示。它由三个阻值为 5k 的电阻组成的
2、分压器、两个电压比较器 C1 和C2、基本 RS 触发器、放电晶体管T、与非门和反相器组成。图 4.6.1 555 定时器原理图分压器为两个电压比较器 、 提供参考电压。如 5 端悬空，则比较器 的参考电压为1C2 1C，加在同相端； 的参考电压为 ，加在反相端。CU322CU3是复位输入端。当 时，基本 RS 触发器被置 0，晶体管 T 导通，输出端 为低DR0DR 0U电平。正常工作时， 。1和 分别为 6 端和 2 端的输入电压。当 ， 时， 输出为低1u2 CUu321Cu3121电平， 输出为高电平，即 ， ，基本 RS 触发器被置 0，晶体管 T 导通，输出端C0DRS为低电平。0
3、当 ， 时， 输出为高电平， 输出为低电平， ，CUu321Cu312 12C1DR，基本 RS 触发器被置 1，晶体管 T 截止，输出端 为高电平。DS 0u当 ， 时，基本 RS 触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。CUu321Cu312综上所述，可得 555 定时器功能如表 4.6.1 所示。表 4.6.1 555 定时器功能表输 入 输 出复位 u11 u12 输出 u0 晶体管 T0 0 导通1 cU32 c310 导通1 c31保持 保持555 定时器能在较宽的电源电压范围内正常工作，双极型 555 定时器电源电压的范围为516V，输出高电平均为电源的 90%。CMOS 型 55
4、5 定时器电源电压的范围为 318V，输出高电平不低于电压的 95%。二、555 定时器的应用1单稳态电路前面介绍的双稳态触发器具有两个稳态的输出状态 和 ，且两个状态始终相反。而单稳Q态触发器只有一个稳态状态。在未加触发信号之前，触发器处于稳定状态，经触发后，触发器由稳定状态翻转为暂稳状态，暂稳状态保持一段时间后，又会自动翻转回原来的稳定状态。单稳态触发器一般用于延时和脉冲整形电路。单稳态触发器电路的构成形式很多。图 4.6.2(a)所示为用 555 定时器构成的单稳态触发器，R、C 为外接元件，触发脉冲 u1 由 2 端输入。5 端不用时一般通过 0.01uF 电容接地，以防干扰。下面对照
5、图 4.6.2(b)进行分析。(1) 稳态接通电源后， 经 R 给电容 C 充电，当 上升到大于 时，基本 RS 触发器复位，CUcuCU32输出 。同时，晶体管 T 导通，使电容 C 放电。此后 ，若不加触发信号，即0u ，则 保持 0 状态。电路将一直处于这一稳定状态。C31(2) 暂稳态在 瞬间，2 端输入一个负脉冲，即 ，基本 RS 触发器置 1，输出为高电平，1t Cu31并使晶体管 T 截止，电路进入暂稳态。此后，电源又经 R 向 C 充电，充电时间常数=RC，电容的电压 按指数规律上升。在 时刻，触发负脉冲消失( )，若 ，则=1，=1，基本 RS 触发器2tCUu31Cu32保
6、持原状态，u0 仍为高电平。在 时刻，当 uc 上升略高于时， ， ，基本 RS 触发器复位，输出 ，3t 0DR1S0u回到初始稳态。同时，晶体管 T 导通，电容 C 通过 T 迅速放电直至 为 0。这时 ，cu1DR，电路为下次翻转做好了准备。1DS输出脉冲宽度 为暂稳态的持续时间，即电容 C 的电压从 0 充至 所需的时间。由此pt CU32得:(4-6-4)RURCtCp 1.3ln320ln由上式可知： 改变 R、C 的值，可改变输出脉冲宽度，从而可以用于定时控制。 在 R、C 的值一定时，输出脉冲的幅度和宽度是一定的，利用这一特性可对边沿不陡、幅度不齐的波形进行整形。(a) 电路图
7、 (b) 波形图图 4.6.2 单稳态触发器2多谐振荡器多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。多谐振荡器可用作方波发生器。图 4.6.3 所示是由 555 定时器构成的多谐振荡器。 、 和 C 是外接元件。1R2刚接通电源时， ， 。当 升至 后，比较器 输出低电平( )，0Cu1CuCU3210DR基本 RS 触发器置 0，定时器输出 由 1 变为 0。同时，三极管 T 导通，电容通过 放电，2下降。在 期间， 保持低电平状态。在 下降至 以后，比较器Cu
8、CU31C32CuCU3C2 输出低电平( )，使触发器置 1，输出 由 0 变为 1。同时三极管 T 截止，于是电容DSuC 再次被充电。如此不断重复上述过程，多谐振荡器的输出端就可得到一串矩形波。工作波形如图 4.6.3(b)所示。(a) 电路图 (b) 波形图图 4.6.3 多谐振荡器振荡周期等于两个暂稳态的持续时间。第一个暂稳态时间 为电容 C 的电压 从 充1ptuCU31电至 所需时间:CU32(6-5)RCRtp )(7.02ln)( 211第二个暂稳态时间 为电容 C 的电压从放电至所需时间2(6-6) tp2.l振荡周期 (6-7) CRtTp)(70211振荡频率 f)(4
9、3.21占空比为 (6-8)2121RtDp【例 4.6.7】 图 4.6.4 所示为用 555 定时器组成的液位电路，当液面低于正常值时，扬声器发声报警。 说明报警的原理。 计算扬声器发声的频率。解： 图 4.6.4 所示电路是由 555 定时器组成的多谐振荡器，其振荡频率由 R1、R2和 C 的值决定。电容两端引出两个探测电极插入液体内。液位正常时，探测电极被液体短路，振荡器不振荡，扬声器不发声。当液面下降到探测电极以下时，探测电极开路，电源通过 R1、R2 给 C 充电，当 uc 升至时，振荡器开始振荡，振荡器发声报警。图 4.6.4 液位*电路 扬声器的发声频率，即为多谐振荡器的频率
10、HzCRf 67410.)102.5(43.)2(43.1 【技能训练】一、实训目的1熟悉 555 集成定时器的电路结构、工作原理及其特点。2掌握 555 集成定时器的基本应用。二、实训设备与器件1+5V 直流电源 2双踪示波器3连续脉冲源 4单次脉冲源5音频信号源 6数字频率计7逻辑电平显示器85552 2CK132 电位器、电阻、电容若干三、实训内容1.用 555 定时器构成多谐振荡器1）连接如图 4.6.3（a）示多谐振荡器电路。2）用示波器观察、记录输出电压 和电容上电压 的波形，测出 、 、 （峰点值） 、OVCVoHVL1C（谷点值）及周期 T 的数值，且算出 T 的理论值，与实测
11、值相比较。CV2用 555 定时器构成一个占空比可调（周期不变）的方波发生器1）连接好图 4.6.5 示占空比可调的方波发生器电路。图 4. 6.5 占空比可调的方波发生器电路2）调节 ，观察占空比的变化，用示波器观察 、 的波形。PROVC3）在 活动头分别移至两端的情况下，测出输出 的 T、 、 计算出占空比。PHtL3.用 555 定时器构成单稳态触发电路1)按图 4.6.6 连接好电路。当触发器脉冲宽度 大于单稳态触发电路输出脉冲宽度 时，应如it wt图中所示接入 、 微分 ，使 555 定时器 2 脚输入负脉冲为窄脉冲。1RC1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATit
12、leNumber RevisionSizeBDate: 11-Jul-2005 Sheet of File: E:书书书书书书书书书书书书书书.ddbDrawn By:C2 0.01uF4 876 31 52VCCVOVC555ViC 0.1uFR5.1KC11000PR1100Kti5VV21 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 6-Dec-2005 Sheet of File: E:书书书书书书书书书书书书书书.ddb Drawn By:R2R1C2 0.01uF4 87631 52VDDVOVC555D2D1R10K
13、100K10KC1 0.01uFp+5V图 4.6.6 单稳态触发器电路2) 接连续脉冲 f = 512HZ，用示波器观察、记录 、 、 及 的波形（以 为触发信iViV2coiV号） ，测出 的脉冲宽度 ，且与理论值相比较。owt4施密特触发器按 4.6.7 接线，输入信号由音频信号源提供，预先调好 vs的频率为 1kHz，接通电源，逐渐加大 vs的幅度，观测输出波形，测绘电压传输特性，算出回差 。图 4.6.75模拟声响电路图 4.6.8 模拟声响电路按图 4.6.8 接线，组成两个多谐振荡器，调节定时元件，使输出较低频率，输出较高频率，连好线，接通电源，试听音响效果。调换外接阻容元件，再
14、试听音响效果。五、实训报告1、搞清 555 定时器的功能和应用2、理论计算出实验内容 1 多谐振荡器的输出方波的周期 T3、理论计算实验内容 3 中 2）输出脉冲宽度 。wt4、搞清图 4.6.6 中 、 微分电路的作用。 为连续脉冲，对应地分析、画出 的波形。RCiV2V思考与练习1、图 4.6.9 是用 555 定时器组成的开机延时电路。若给定 ， ，FC25kR91,试计算常闭开关 S 断开以后经过多长的延迟时间 才调变为高电平。VC2 ov图 4.6.92、用两片 555 定时器设计一个间歇单音发生电路，要求发出单音频率约为 1KHZ，发音时间约为0.5S，间歇时间约为 0.5S。3、图 4.6.4 电路中指出电容 C 充电途径、放电途径。写出振荡周期 T 和占空比表达式。理论计算出实验内容 2、3 两种情况下的占空比。1234568S CRVC Cvo.图 4.7.74、图 4.6.6 中，设微分电路的输入连续脉冲周期为 ， 、 的参数应如何选择？iT1RC
