555定時(shí)器及其應(yīng)用華農(nóng)

1、一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜?55型集成時(shí)基電路的電路結(jié)構(gòu)、工作原理及其特點(diǎn)。1. 掌握555型集成時(shí)基電路的基本應(yīng)用。二、實(shí)驗(yàn)儀器與元器件1.555定時(shí)器電路芯片X12. 函數(shù)信號發(fā)生器示波器三、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1. “LM555和“LMC555分別是雙極型和CMO型；雙極型的電壓是+5V+15V,最大負(fù)載電流可達(dá)200mACMO型的電源電壓是+3V+18V,最大負(fù)載電流在4mA以下。四、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及原理1.555集成時(shí)基電路稱為集成定時(shí)器，是一種數(shù)字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路，其應(yīng)用十分廣泛。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器，因而廣泛用于信號的產(chǎn)生、變換、控制

2、與檢測。它的內(nèi)部電壓標(biāo)準(zhǔn)使用了三個(gè)5K的電阻，故取名555電路。其電路類型有雙極型和CMO型兩大類，兩者的工作原理和結(jié)構(gòu)相似。雙極型的電壓是+5V+15V,最大負(fù)載電流可達(dá)200mACMO型的電源電壓是+3V+18V,最大負(fù)載電流在4mA以下。555電路的工作原理：555電路的內(nèi)部電路方框圖如下圖所示。它含有兩個(gè)電壓比較器，一個(gè)基本RS觸發(fā)器，一個(gè)放電開關(guān)Td,比較器的參考電壓由三只5KQ的電阻器構(gòu)成分壓，它們分別使低電平比較器Vr1反相輸入3VCCVr1和Vr2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號輸入并超過2/3VCC時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時(shí)放電，

3、開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號自2腳輸入并低于1/3VCC時(shí)，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時(shí)充電，開關(guān)管截止。是異步置零端,當(dāng)其為0時(shí),555輸出低電平。平時(shí)該端開路或接VCCVro是控制電壓端（5腳），平時(shí)輸出2/3VCC作為比較器Vr1的參考電平，當(dāng)5腳外接一個(gè)輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實(shí)現(xiàn)對輸出的另一種控制，在不接外加電壓時(shí)，通常接一個(gè)0.01uf的電容器到濾波作用，以消除外來的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。Td為放電管，當(dāng)Td導(dǎo)通時(shí)，將給接于腳7的電容器提供低阻放電電路。555定時(shí)器的各個(gè)引腳功能如下：1腳：外接電源負(fù)端VSS或接地，一般情況下接地。2腳：低觸發(fā)端TR3腳

4、：輸出端Vo4腳：是直接清零端。當(dāng)此端接低電平，貝U時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論TRTH處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0”，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，貝U可改變內(nèi)部兩個(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)將該端串入一只0.01UF電容接地，以防引入干擾。6腳：高觸發(fā)端TH7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時(shí)器時(shí)電容的放電。8腳：外接電源VCC雙極型時(shí)基電路VCC的范圍是4.516V,CMO型時(shí)基電路VCC的范圍為318V。一般用5V。在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個(gè)比較器A1、A2基準(zhǔn)電壓分別為低電平的情況下，555時(shí)基電路的功能表如表所示。理她站Ch低f

5、t!發(fā)雄TRV0放電§T(V)0X0辱Ji直撰涓零1010導(dǎo)迪1101武止1001社匸呂.111探商上一平狀魯保持上一狀壺斥荷上一橫態(tài)延時(shí)電路（單穩(wěn)態(tài)電路）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn)是電路有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)狀態(tài)。在觸發(fā)信號作用下，電路將由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)是一個(gè)不能長久保持的狀態(tài)，由于電路中RC延時(shí)環(huán)節(jié)的作用，經(jīng)過一段時(shí)間后，電路會(huì)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)，并在輸出端獲得一個(gè)脈沖寬度為tw的矩形波。在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中，輸出的脈沖寬度tw，就是暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間，其長短取決于電路的參數(shù)值。由NE555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路及工作波形如圖1所示。圖中R,C為外接定時(shí)元件，輸人的觸發(fā)信號ui接在低電

6、平觸發(fā)端（2腳）。穩(wěn)態(tài)時(shí)，輸出uo為低電平，即無觸發(fā)器信號（ui為高電平）時(shí)，電路處于穩(wěn)定狀態(tài)輸出低電平。在ui負(fù)脈沖作用下，低電平觸發(fā)端得到低于（1/3）Vcc,觸發(fā)信號，輸出uo為高電平，放電管VT截止，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，定時(shí)開始。在暫穩(wěn)態(tài)期間，電源+Vc尸F(xiàn)H地，對電容充電，充電時(shí)間常數(shù)T=RCuc按指數(shù)規(guī)律上升。當(dāng)電容兩端電壓uc上升到（2/3）Vcc后，6端為高電平，輸出uo變?yōu)榈碗娖?，放電管VT導(dǎo)通，定時(shí)電容C充電結(jié)束，即暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束。電路恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)uo為低電平的狀態(tài)。當(dāng)?shù)诙€(gè)觸發(fā)脈沖到來時(shí)，又重復(fù)上述過程。工作波形圖如圖（b）所示。輸人一個(gè)負(fù)脈沖，就可以得到一個(gè)寬度一定的正脈沖輸出，

7、其脈沖寬度tw取決于電容器由0充電到（2/3）Vcc,所需要的時(shí)間?？傻茫簍w=1.1rc1. 多諧振蕩器電路1/3VCC之間充電和放電，從而在輸出端得到一系列的由555定時(shí)器和外接元件R1、R2、C構(gòu)成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連。電路有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài),電路亦不需要外接觸發(fā)信號,利用電源通過R1、R2向C充電，以及C通過R2向放電端DC放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容C在2/3VCC和矩形波。2.1電路圖及輸出波形:2.2多諧振蕩器電路圖輸出信號的時(shí)間參數(shù)為:T1=0.693(RA+RBC,T2=0.693RB*C.震蕩周期T=T1+T2=0.693(RA+2RB)C.其中,tw1為VC

8、由1/3VCC上升到2/3VCC所需的時(shí)間，tw2為電容C放電所需的時(shí)間。555電路要求R1與R2均應(yīng)不小于1KQ,但兩者之和應(yīng)不大于3.3MQ。外部元件的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性,555定時(shí)器配以少量的元件即可獲得較高精度的振蕩頻率和具有較強(qiáng)的功率輸出能力。因此，這種形式的多諧振蕩器應(yīng)用很廣。2. 施密特觸發(fā)器電路在數(shù)字系統(tǒng)中，矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)生波形畸變，或者邊沿產(chǎn)生振蕩等。通過施密特觸發(fā)器整形，可以獲得比較理想的矩形脈沖波形。只要將腳2和6連在一起作為信號輸入端，即得到施密特觸發(fā)器。設(shè)被整形變換的電壓為正弦波VS,其正半波通過二極管D同時(shí)加到555定時(shí)器的2腳和六腳，得到的Vi

9、為半波整流波形。當(dāng)Vi上升到2/3VCC時(shí),Vo從高電平轉(zhuǎn)換為低電平；當(dāng)Vi下降到1/3VCC時(shí),Vo又從低電平轉(zhuǎn)換為高電平。3.1施密特觸發(fā)器電路圖及輸出波形:I*N"L_r-L_r此部分可以結(jié)合仿真電路，按照實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目逐一完成：理論計(jì)算、分析、仿真、測量方法。不需要抄實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。五、實(shí)驗(yàn)仿真及理論計(jì)算、分析1.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器i.i計(jì)算（1）當(dāng)R=5kQ,C=gF的時(shí)：t1（理論值）=1.1RC=1.1*5kQ*1*10A-6=5.5ms;t2（仿真值）=5.464ms（2）當(dāng)R=2kQ,C=gF的時(shí)：t1（理論值）=1.1RC=1.1*2kQ*1*10A-6=2.2ms;t2（仿真值

10、）=2.192ms（3）當(dāng)R=1kQ,C=gF的時(shí)：t1（理論值）=1.1RC=1.1*1kQ*1*10A-6=1.1ms;t2（仿真值）=1.079ms1.2測量：用雙蹤示波器觀察3端輸出。從2端輸入負(fù)脈沖，未加觸發(fā)信號時(shí)，LED不亮；3端輸出為低電平，負(fù)脈沖觸發(fā)后，3端輸出高電平，LED亮，經(jīng)輸出脈沖寬度t后自動(dòng)恢復(fù)到低電位。LED閃爍。1.3分析：在觸發(fā)信號作用下，該電路將由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)是一個(gè)不能長久保持的狀態(tài)，由于電路中RC延時(shí)環(huán)節(jié)的作用，經(jīng)過一段時(shí)間后，電路會(huì)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)，并在輸出端獲得一個(gè)脈沖寬度為tw的矩形波。在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中，輸出的脈沖寬度tw，就是暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)

11、。而輸出的脈沖寬度tw1.1RC.次序電容C電阻R延遲時(shí)間11F5KQ5.464ms22uF2KQ2.192msJ4專WH逼道鼻ftll-Clfl.506mt5.000*S.000V23970ms5,000V5.00QVT2-'15.*4ms0.000V0OOTV時(shí)裁xt&B匝|馨=2比制10mij0rffiSL?二DCr牡平1a保存GhC正弦標(biāo)農(nóng)言邊：_幻區(qū)7外邯四竦弼閑-XH1XF*3*jurmrrL衽?1I|iikI114i|>|i111pd-|if44vi>i1|-»4aa1ii-hId11111IR1|i!J1|if-|i|r|i|Ii!|ihH

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13、oI¥cV/ra/9出戕AC0正眩標(biāo)瘟自動(dòng)nnnis*2. 多諧振蕩器2.1計(jì)算(1)當(dāng)RA=2Q;RB=15Q,C=22卩F時(shí)：t1(理論)=0.693(RA+FB)*C=259.182ms,;t2(理論)=0.693(RB)*C=228.69s;t1（測量）=256.324ms;t2（測量）=232.715ms.Vc1/Vo=3.325/5=0.665,Vc2/Uo=1.674/5=0.3342（2）當(dāng)RA=2Q;RB=30Q,C=22卩F時(shí)：t1（理論）=0.693（RA+FB）*C=487.872ms;t2（理論）=0.693（RB）*C=457.38ms;t1（測量）=48

14、9.039ms;t2（測量）=455.312msVc1/Vo=3.319/5=0.6317,Vc2/Uo=1.674/5=0.33422.2測量及分析：電路第一暫態(tài)，輸出為1,此時(shí)LED點(diǎn)亮。電容充電，電路切換到第二狀態(tài)輸出為0，此時(shí)LED熄滅。電路第二暫態(tài)，電容放電，電路轉(zhuǎn)換到第一暫態(tài)。項(xiàng)目脈寬ms周期msRARBCVO256.324489.03921522口FVC489.039944.35123022口FLM555CM；：Q10tuiF=22亦o714-壯*4T2譏L8775Z-1109232.715ms爵詣A通涓,B王32弓V1h674V-1.6517nzi甬豈DM-BA亍】比倒Izooimhr比例3k/JDrvAn區(qū)n邊舊Z玉|o|oB電平foA匚0-當(dāng)RA=2©RB=15Q,C=22卩F時(shí)；3.施密特觸發(fā)器經(jīng)施密特觸發(fā)器整形，可以獲得比較理想的矩形脈沖波形-