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1、1555 定时器摘 要：555 定时器是一种多用途的数字模拟混合集成 电路，利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态 触发器和多谐振荡器。由于使用灵活、方便，所以 555定时器在波形的产生与交换、 测量与控制、家用 电器、 电子玩具等许多领域中都得到了广泛应用。本文主要介绍 了 555 定时器的工作原理及其在单稳态触发器、多谐振荡器方面的应用。关键词：数字模拟混合集成电路；施密特触发器；波形的产生与交换555 芯片引脚图及引脚描述555 的 8 脚是集成电路工作电压输入端，电压为 518V，以 UCC 表示；从分压器上看出，上比较器 A1 的脚接在 R1 和 R2 之间，所以 5 脚的电压固定
2、在 2UCC/3 上；下比较器 A2 接在R2 与 R3 之间，A2 的同相输入端电位被固定在 UCC/3 上。1 脚为地。2 脚为触发输入端；3 脚为输出端，输出的电平状态受触发器控制，而触发器受上比较器 6 脚和下比较器 2 脚的控制。当触发器接受上比较器 A1 从 R 脚输入的高电平时，触发器被置于复位状态，3 脚输出低电平；2 脚和 6 脚是互补的，2 脚只对低电平起作用，高电平对它不起作用，即电压小于 1Ucc/3，此时 3 脚输出高电平。6 脚为阈值端，只对高电平起作用，低电平对它不起作用，即输入电压大于 2 Ucc/3，称高触发端， 3 脚输出低电平，但有一个先决条件，即 2 脚
3、电位必须大于 1Ucc/3时才有效。3 脚在高电位接近电源电压 Ucc，输出电流最大可打 200mA。4 脚是复位端，当 4 脚电位小于 0.4V 时，不管 2、6 脚状态如何，输出端 3 脚都输出低电平。5 脚是控制端。7 脚称放电端，与 3 脚输出同步，输出电平一致，但 7 脚并不输出电流，所以 3 脚称为实高（或低） 、7 脚称为虚高。1 概述1.1 555 定时器的简介1555 定时器是一种多用途的数字模拟混合集成电路，利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。由于使用灵活、方便，所以 555 定时器在波形的产生与交换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到
4、了广泛应用。自从 signetics 公司于 1972 年推出这种产品以后，国际上个主要的电子器件公司也都相继的生产了各自的 555 定时器产品。尽管产品型号繁多，但是所有双极型产品型号最后的 3 位数码都是 555，所有 CMOS 产品型号最后的 4 位数码都是 7555.而且，它们的功能和外部引脚排列完全相同。1.2 555 定时器的应用（ 1） 构 成 施 密 特 触 发 器 ， 用 于 TTL 系 统 的 接 口 ， 整 形 电 路 或 脉 冲 鉴 幅 等 ； （ 2） 构 成 多 谐 振 荡 器 ， 组 成 信 号 产 生 电 路 ； （ 3） 构 成 单 稳 态 触 发 器 ， 用
5、 于 定 时 延 时 整 形 及 一 些 定 时 开 关 中 。 555 应 用 电 路 采 用 这 3 种 方 式 中 的 1 种 或 多 种 组 合 起 来 可 以 组 成 各 种 实 用 的电 子 电 路 ， 如 定 时 器 、 分 频 器 、 元 件 参 数 和 电 路 检 测 电 路 、 玩 具 游 戏 机 电 路 、 音响 告 警 电 路 、 电 源 交 换 电 路 、 频 率 变 换 电 路 、 自 动 控 制 电 路 等 。2 555 定时器的电路结构与工作原理图 12555 定 时 器 的 功 能 主 要 由 两 个 比 较 器 决 定 。 两 个 比 较 器 的 输 出 电
6、 压 控 制 RS 触 发 器 和 放 电 管 的 状 态 。 在 电 源 与 地 之 间 加 上 电 压 ， 当 5 脚 悬 空 时 ， 则 电压 比 较 器 C1 的 同 相 输 入 端 的 电 压 为 2VCC /3， C2 的 反 相 输 入 端 的 电 压 为VCC 若 触 发 输 入 端 TR 的 电 压 小 于 VCC /3， 则 比 较 器 C2 的 输 出 为 0， 可 使 RS 触 发 器 置 1， 使 输 出 端 OUT=1。 如 果 阈 值 输 入 端 TH 的 电 压 大 于 2VCC/3，同 时 TR 端 的 电 压 大 于 VCC /3， 则 C1 的 输 出 为
7、 0， C2 的 输 出 为 1， 可 将 RS 触 发 器 置 0， 使 输 出 为 0 电 平 。 它 的 各 个 引 脚 功 能 如 下 ： 1 脚 ： 外 接 电 源 负 端 VSS 或 接 地 ， 一 般 情 况 下 接 地 。 8 脚 ： 外 接 电 源 VCC， 双 极 型 时 基 电 路 VCC 的 范 围 是 4.5 16V， CMOS 型时 基 电 路 VCC 的 范 围 为 3 18V。 一 般 用 5V。 3 脚 ： 输 出 端 Vo 2 脚 ： 低 触 发 端 6 脚 ： TH 高 触 发 端 4 脚 ： 是 直 接 清 零 端 。 当 此 端 接 低 电 平 ， 则
8、 时 基 电 路 不 工 作 ， 此 时 不 论TR、 TH 处 于 何 电 平 ， 时 基 电 路 输 出 为 “0”， 该 端 不 用 时 应 接 高 电 平 。 5 脚 ： VC 为 控 制 电 压 端 。 若 此 端 外 接 电 压 ， 则 可 改 变 内 部 两 个 比 较 器 的 基 准电 压 ， 当 该 端 不 用 时 ， 应 将 该 端 串 入 一 只 0.01 F 电 容 接 地 ， 以 防 引 入 干 扰 。 7 脚 ： 放 电 端 。 该 端 与 放 电 管 集 电 极 相 连 ， 用 做 定 时 器 时 电 容 的 放 电 。 在 1 脚 接 地 ， 5 脚 未 外 接
9、 电 压 ， 两 个 比 较 器 A1、 A2 基 准 电 压 分 别 为 的 情 况下 ， 555 时 基 电 路 的 功 能 表 如 表 1 示 。表 1清零端 高触发端 TH 低触发端 Q 放电管 T 功能0 x x 0 导通 直接清零1 0 1 x 保持上一状态 保持上一状态1 1 0 x 保持上一状态 保持上一状态1 010110导通截止 置 1清零3、555 定时器与触发器的联系3.1、555 定时器构成单稳态触发器3图 2上 图 为 由 555 定 时 器 和 外 接 定 时 元 件 R、 C 构 成 的 单 稳 态 触 发 器 。 D 为 钳 位二 极 管 ， 稳 态 时 55
10、5 电 路 输 入 端 处 于 电 源 电 平 ， 内 部 放 电 开 关 管 T 导 通 ， 输 出端 Vo 输 出 低 电 平 ， 当 有 一 个 外 部 负 脉 冲 触 发 信 号 加 到 Vi 端 。 并 使 2 端 电 位 瞬时 低 于 1/3VCC， 低 电 平 比 较 器 动 作 ， 单 稳 态 电 路 即 开 始 一 个 稳 态 过 程 ， 电 容 C开 始 充 电 ， Vc 按 指 数 规 律 增 长 。 当 Vc 充 电 到 2/3VCC 时 ， 高 电 平 比 较 器 动 作 ，比 较 器 A1 翻 转 ， 输 出 Vo 从 高 电 平 返 回 低 电 平 ， 放 电 开
11、 关 管 T 重 新 导 通 ， 电 容C 上 的 电 荷 很 快 经 放 电 开 关 管 放 电 ， 暂 态 结 束 ， 恢 复 稳 定 ， 为 下 个 触 发 脉 冲 的 来到 作 好 准 备 。 波 形 图 见 图 3。 图 3 单 稳 态 触 发 器 波 形 图暂 稳 态 的 持 续 时 间 Tw（ 即 为 延 时 时 间 ） 决 定 于 外 接 元 件 R、 C 的 大 小 。 Tw=1.1RC 通 过 改 变 R、 C 的 大 小 ， 可 使 延 时 时 间 在 几 个 微 秒 和 几 十 分 钟 之 间 变 化 。 当这 种 单 稳 态 电 路 作 为 计 时 器 时 ， 可 直
12、 接 驱 动 小 型 继 电 器 ， 并 可 采 用 复 位 端 接 地 的方 法 来 终 止 暂 态 ， 重 新 计 时 。 此 外 需 用 一 个 续 流 二 极 管 与 继 电 器 线 圈 并 接 ， 以 防4继 电 器 线 圈 反 电 势 损 坏 内 部 功 率 管 。3.2 555 定时器接成多谐振荡器多 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
13、 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 多谐振荡器和工作波形接 通 电 源 后 ， 假 定 是 高 电 平 ， 则 T 截 止 ， 电 容 C 充 电 。 充 电 回 路 是 VCCR1R2 C地 ， 按 指 数 规 律 上 升 ， 当 上 升 到 时 （ TH、 端 电 平 大 于 ） ， 输 出 翻 转 为 低电 平 。 是 低 电 平 ， T 导 通 ， C 放 电 ， 放 电 回 路 为 CR2T地 ， 按 指 数 规 律 下降 ， 当 下 降 到 时 （ TH、 端 电 平 小 于 ） ， 输 出
14、翻 转 为 高 电 平 ， 放 电 管 T 截 止 ， 电容 再 次 充 电 ， 如 此 周 而 复 始 ， 产 生 振 荡 ， 经 分 析 可 得 输 出 高 电 平 时 间 T=(R1+R2)Cln2 输 出 低 电 平 时 间 T=R2Cln2 振 荡 周 期 T=(R1+2R2)Cln2 4 555 定时器在现实生活中的应用实例5图 5 门控灯开关该控制电路的核心是 555 定时器和 D 型触发器。555 定时器接成单稳态触发器,去除触点跳动对电路工作的影响,D 型触发器接成 T触发器形式,利用其输出去控制可控硅开通和关闭,从而控制电灯的亮灭。平时当房门关闭时,安装在门扇边缘的小磁铁正
15、好靠在干簧管旁边,干簧管的两常开触点受外磁力作用吸合,单稳态电路因输入脉冲为高电平而处于待触发状态,此时双稳态电路的输出为低电平,可控硅因无触发电流而阻断,灯不亮。当有人推门时,小磁铁会随门扇离开干簧管一次,干簧管的常开触点会因暂时失去外磁力作用而靠自身弹力张开、吸合一次。实际上,由于干簧管的触点的抖动,要重复几次这种张开、吸合的过程.单稳态触发器的 CP 端能够在干簧管的 1 触点第一次张开时获得一负脉冲触发信号,使单稳态触发器翻转为暂稳态,其输出由低电平变为高电平此时,电容器 C 经 R 充电,复位端 R 电位上升,当上升到复位电平 2/3V 时,单稳态触发器复位,Q 恢复为低电平。单稳态
16、电路的时间常数 T=1.1R C ,它有效地将干簧管的具有抖动信号现象的脉冲信号展宽为单个脉冲,此正脉冲同时加至 T触发器器的 CP2 端,其输出由低电平变为高电平,可控硅的控制极获得正向触发电流而导通,电灯通电发光.当进来的人离开时,随着门的再一次打开、关闭,干簧管重复同样的动作,单稳态触发器同样输出一正脉冲信号,于是 T触发器再次翻转为低电平,可控硅失去触发电流并在交流电过零时关断,电灯自动熄灭。光敏电阻 R 和可调电阻 R 构成光控电路。在白天 ,光敏电阻受自然光照射阻值很小 ,T触发器的置“0”端 R 电位 1/2V ,无论此门被开闭多少次 ,DD 电路强制置“0”,Q 始终为底电平 ,电灯不会发光;夜晚 ,因自然光照减弱 ,T触发器的置“0”端 R 电位 1/2V ,强制复位自动解除。实际应用时,将开关盒安装在门框顶上,小磁铁则正对着盒内底侧部放置的干簧管固定在门扇顶沿上。仔细调整小磁铁和干
