555定時器及其應(yīng)用華農(nóng)

1、.一、實驗?zāi)康?. 熟悉 555 型集成時基電路的電路結(jié)構(gòu)、工作原理及其特點。2. 掌握 555 型集成時基電路的基本應(yīng)用。二、實驗儀器與元器件1.555 定時器電路芯片x12. 函數(shù)信號發(fā)生器3. 示波器三、實驗注意事項1. “l(fā)m555”和“ lmc555”分別是雙極型和 cmos型；雙極型的電壓是 +5v+15v，最大負載電流可達200ma，cmos型的電源電壓是 +3v +18v,最大負載電流在 4ma以下。四、實驗項目及原理1. 555 集成時基電路稱為集成定時器， 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)、

2、多諧和施密特觸發(fā)器，因而廣泛用于信號的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。它的內(nèi)部電壓標(biāo)準(zhǔn)使用了三個 5k 的電阻，故取名 555 電路。其電路類型有雙極型和 cmos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，最大負載電流可達 200ma， cmos型的電源電壓是 +3v+18v,最大負載電流在 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。它含有兩個電壓比較器，一個基本rs觸發(fā)器，一個放電開關(guān) td，比較器的參考電壓由三只 5k 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3vcc。vr1 和 vr2 的輸出端控制 rs觸發(fā)器狀態(tài)和放

3、電管開關(guān)狀態(tài)。 當(dāng)輸入信號輸入并超過 2/3vcc時，觸發(fā)器復(fù)位， 555 的輸出端 3 腳輸出低電平，同時放電，開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號自2 腳輸入并低于1/3vcc時，觸發(fā)器置位， 555 的 3 腳輸出高電平，同時充電，開關(guān)管截止。是異步置零端 , 當(dāng)其為 0 時,555 輸出低電平。平時該端開路或接 vcc。vro 是控制電壓端 (5 腳 ) ，平時輸出 2/3vcc作為比較器 vr1 的參考電平 , 當(dāng) 5 腳外接一個輸入電壓 , 即改變了比較器的參考電平 , 從而實現(xiàn)對輸出的另一種控制 , 在不接外加電壓時 , 通常接一個 0.01uf 的電容器到濾波作用 , 以消除外來的干擾 ,

4、以確保參考電平的穩(wěn)定。 td 為放電管 , 當(dāng) td 導(dǎo)通時 , 將給接于腳 7 的電容器提供低阻放電電路。555 定時器的各個引腳功能如下：1腳：外接電源負端 vss或接地，一般情況下接地。2腳：低觸發(fā)端 tr。3腳：輸出端 vo4 腳：是直接清零端。當(dāng)此端接低電平，則時基電路不工作，此時不論tr、th 處于何電平，時基電路輸出為“ 0”，該端不用時應(yīng)接高電平。5 腳：vc為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時，應(yīng)將該端串入一只 0.01 f電容接地，以防引入干擾。6 腳：高觸發(fā)端 th。7 腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。8

5、 腳：外接電源 vcc，雙極型時基電路 vcc的范圍是 4.5 16v，cmos型時基電路 vcc的范圍為 3 18v。一般用 5v。在 1 腳接地， 5 腳未外接電壓，兩個比較器 a1、a2 基準(zhǔn)電壓分別為低電平的情況下， 555 時基電路的功能表如表所示。.555 定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1. 延時電路（單穩(wěn)態(tài)電路）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點是電路有一個穩(wěn)定狀態(tài)和一個暫穩(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)是一個不能長久保持的狀態(tài)，由于電路中rc延時環(huán)節(jié)的作用，經(jīng)過一段時間后，電路會自動返回到穩(wěn)態(tài)，并在輸出端獲得一個脈沖寬度為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

6、暫穩(wěn)態(tài)的維持時間，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 為外接定時元件，輸人的觸發(fā)信號 ui 接 在低電平觸發(fā)端（ 2 腳）。穩(wěn)態(tài)時，輸出 uo 為低電平，即無觸發(fā)器信號（ui 為高電平）時，電路處于穩(wěn)定狀態(tài)輸出低電平。在 ui負脈沖作用下，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，電路進入暫穩(wěn)態(tài)，定時開始。在暫穩(wěn)態(tài)期間， 電源 vccrc地， 對電容充電， 充電時間常數(shù) trc，uc 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 u

7、o 變?yōu)榈碗娖?，放電?vt 導(dǎo)通，定時電容 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€觸發(fā)脈沖到來時，又重復(fù)上述過程。工作 波形圖如圖（ b）所示。輸人一個負脈沖，就可以得到一個寬度一定的正脈沖輸出，其脈沖寬度tw 取決于電容器由0 充電到 （2/3 ） vcc，所需要的時間?？傻茫簍w=1.1rc.2. 多諧振蕩器電路由 555 定時器和外接元件 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

8、產(chǎn)生振蕩。電容 c 在 2/3vcc和 1/3vcc之間充電和放電 , 從而在輸出端得到一系列的矩形波。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間參數(shù)為：t1=0.693（ra+rb）c,t2=0.693rb*c.震蕩周期 t=t1+t2=0.693(ra+2rb)c.其中 , tw1 為 vc由 1/3vcc上升到 2/3vcc所需的時間 ,tw2 為電容 c放電所需的時間。 555 電路要求r1與 r2 均應(yīng)不小于 1k, 但兩者之和應(yīng)不大于 3.3m。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的功率輸出

9、能力。因此, 這種形式的多諧振蕩器應(yīng)用很廣。3. 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 同時加到 555 定時器的 2 腳和六腳，得到的 vi 為半波整流波形。當(dāng) vi 上升到 2/3vcc時,vo 從高電平轉(zhuǎn)換為低電平 ; 當(dāng) vi 下降到 1/3vcc時,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：此部分可以結(jié)合仿真電路，按照實驗項目 逐

10、一完成：理論計算、分析、仿真、測量方法。不需要抄實驗指導(dǎo)書。五、實驗仿真及理論計算、分析1. 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.1 計算（1）當(dāng) r=5k， c=1f 的時：t1( 理論值 )=1.1rc=1.1*5k *1*10-6=5.5ms; t2( 仿真值 )=5.464ms（2）當(dāng) r=2k， c=1f 的時：t1( 理論值 )=1.1rc=1.1*2 k*1*10 -6=2.2ms; t2( 仿真值 )=2.192ms（3）當(dāng) r=1k， c=1f 的時：t1( 理論值 )=1.1rc=1.1*1 k*1*10 -6=1.1ms; t2( 仿真值 )=1.079ms1.2 測量：用雙蹤示波器觀察 3

11、 端輸出。從 2 端輸入負脈沖，未加觸發(fā)信號時， led不亮； 3 端輸出為低電平，負脈沖觸發(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)是一個不能長久保持的狀態(tài)，由于電路中 rc 延時環(huán)節(jié)的作用，經(jīng)過一段時間后，電路會自動返回到穩(wěn)態(tài)，并在輸出端獲得一個脈沖寬度為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。 而輸出的脈沖寬度tw1.1rc.次序電容c電阻r延遲時間1 1f5k5.464ms2 2f2k2.192ms.2. 多諧振蕩器2.1 計算（ 1）當(dāng)

12、ra=2k； rb=15k， c=22 f 時：t1( 理論 )=0.693(r a+rb)*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=2k； rb=30k， c=22 f 時：t1( 理論 )=0.693(r a+rb)*c = 487.872ms；t2 ( 理論 ) =0.693 （rb） *c = 457.38ms;t1( 測量 )=489.039ms；t2 （測量） =455.312msvc1/vo= 3.319/5=0.6317 ，vc2/uo=1.674/5=0.3342 2.2 測量及分析：電路第一暫態(tài)，輸出為1，此時 led點亮。電容充電，電路切換到第二狀態(tài)輸出為0，此時 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)。項目脈寬 ms周期 ms rarbcvo256.324489.039215 22fvc489.039944