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1、EXIT第第 9 章脉冲信号的产生与整形章脉冲信号的产生与整形555 定时器及其应用定时器及其应用 本章小结本章小结脉冲产生与整形电路课件EXIT掌握用掌握用 555 定时器构成施密特触发器、单稳态定时器构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的方法。触发器和多谐振荡器的方法。主要要求：主要要求： 了解了解 555 定时器的电路结构，定时器的电路结构，掌握其符号和功能。掌握其符号和功能。9.4 555 定时器及其应用定时器及其应用 脉冲产生与整形电路课件EXIT555 定时器简介定时器简介 555 定定时时器器是是一一种种结结构构简简单单、使使用用方方便便灵灵活活、用用途途广广泛泛的的多多功
2、功能能电电路路。它它电电源源电电压压范范围围宽宽( (双双极极型型 555 定定时时器器为为 5 16 V，CMOS 555 定定时时器器为为 3 18 V) )，可可提提供供与与 TTL 及及 CMOS 数数字字电电路路兼兼容容的的接接口口电电平平，还还可可输输出一定功率出一定功率，驱动微电机、指示灯、扬声器等。，驱动微电机、指示灯、扬声器等。TTL 单单定定时时器器型型号号的的最最后后 3 位位数数字字为为 555，双双定定时时器器的的为为 556；CMOS 单单定定时时器器的的最最后后 4 位位数数为为 7555，双定时器的为双定时器的为 7556。 一、一、555 定时器的工作原理和逻
3、辑功能定时器的工作原理和逻辑功能脉冲产生与整形电路课件EXIT555 定时器的电路结构与符号定时器的电路结构与符号 C1C2G3QQG1G2RSVR5 k 5 k 5 k UR1UR2GNDVCCRDOUTCO555THTRDIS电路符号电路符号627153843OUT输出端输出端 8VCC电源端电源端 4RD直接置直接置0 0端端 DIS 7放电端放电端 TH 6阈值输入端阈值输入端 TR 2触发输入端触发输入端 CO 5控制电压输入端控制电压输入端 GND1接地端接地端 集电极开路输出端集电极开路输出端UR1UR2构成构成电阻分电阻分压器压器，为比较器，为比较器 C1、C2 提供两提供两个
4、参考电压，个参考电压，UR1 = 2/3VCC，UR2 = 1/3VCC。 输出缓冲器输出缓冲器OUT = Q构成构成基本基本 RS 触发触发器器，决定电路输出。，决定电路输出。 放电管放电管，其输入为，其输入为Q，输出为开路集电极。，输出为开路集电极。Q构成构成电压比电压比较器较器，比较，比较 TH 与与 UR1 和和TR 与与 UR2 的大小。的大小。555 定时器的电路结构与符号定时器的电路结构与符号 C1C2G3QQG1G2RSVR5 k 5 k 5 k UR1UR23OUT输出端输出端 8VCC电源端电源端 4RD直接置直接置0 0端端 DIS 7放电端放电端 TH 6阈值输入端阈值
5、输入端 TR 2触发输入端触发输入端 CO 5控制电压输入端控制电压输入端 GND1接地端接地端 UR1UR2Q脉冲产生与整形电路课件EXIT555 定时器的定时器的工作原理与逻辑功能工作原理与逻辑功能 101导通导通定时器定时器 5G555 的的功能表功能表 不变不变不变不变1截止截止11导通导通01导通导通00V 状态状态OUT = QRDTRTH输输 出出 输输 入入直直接接置置 0 端端 RD 低低电电平平有有效效，优优先先级级最最高高。不用时应使其为不用时应使其为 1。脉冲产生与整形电路课件EXIT不变不变不变不变1截止截止11导通导通01导通导通00V 状态状态OUT = QRDT
6、RTH输输 出出 输输 入入定时器定时器 5G555 的的功能表功能表 01导通导通0110555 定时器的定时器的工作原理与逻辑功能工作原理与逻辑功能脉冲产生与整形电路课件EXIT555 定时器的定时器的工作原理与逻辑功能工作原理与逻辑功能 不变不变不变不变1截止截止11导通导通01导通导通00V 状态状态OUT = QRDTRTH输输 出出 输输 入入定时器定时器 5G555 的的功能表功能表 10截止截止1001脉冲产生与整形电路课件EXIT555 定时器的定时器的工作原理与逻辑功能工作原理与逻辑功能 不变不变不变不变1截止截止11导通导通01导通导通00V 状态状态OUT = QRDT
7、RTH输输 出出 输输 入入定时器定时器 5G555 的的功能表功能表 11脉冲产生与整形电路课件EXIT简化简化功能表功能表 不变不变不变不变1截止截止11导通导通01导通导通00V 状态状态OUTRD输输 出出 输输 入入TRTH使用要点使用要点 ( (1) ) RD 低电平有效低电平有效,优先级最高，优先级最高， 不用时应接高电平。不用时应接高电平。通常不用通常不用 CO 端，为了提高电路工作稳定性，端，为了提高电路工作稳定性，将其通过将其通过 0.01 F 电容接地。电容接地。( (3) ) TR 低电平有效，低电平有效，TH 高电平高电平 有效，因此，有效，因此，TH 加低电平、加低
8、电平、 TR 加高电平时为非有效电加高电平时为非有效电 平，电路状态不变。平，电路状态不变。( (4) )输出输出 0 时，时，Q = 1，因此，因此 V 导通；输出导通；输出 1 时，时， Q = 0，故，故 V 截止。截止。( (5) )注意：注意： TH 电平高低是与电平高低是与 2/3VCC 相比较，相比较，TR 电平高低是与电平高低是与 1/3VCC 相比较。相比较。 若控制输入端若控制输入端 CO 加输入电压加输入电压 uCO ，则，则 UR1 = uCO UR2 = uCO/2，故，故 TH 和和 TR 电平高低的比较值将变成电平高低的比较值将变成 uCO 和和 uCO/2。(
9、(2) )TH 和和 TR 均为高电平时输出均为高电平时输出 0，均为低电平时输出，均为低电平时输出 1。脉冲产生与整形电路课件EXIT二、二、用用 555 定时器组成施密特触发器定时器组成施密特触发器 0uOuIUOL1/3VCC2/3VCCUOH当当TH=TR=uI2/3VCC时时电压传输特性为反相输出的滞回特性电压传输特性为反相输出的滞回特性uIuO当当TH=TR=uI1/3VCC时时1/3VCC0当当1/3VCC TH=TR=uI2/3VCC时时当当uI1/3VCC时时当当uI由高电平逐渐下降，由高电平逐渐下降，且且1/3VCC uI 1/3 VCC) )。 当当 uC 2/3 VCC
10、 时，满足时，满足TR = uI 1/3 VCC，TH = uI 2/3 VCC,因此因此 uO 为低电平，为低电平，V 导通，电容导通，电容 C 经经放电管放电管 V 迅速放电完毕，迅速放电完毕，uC 0 V。这时这时TR = UIH 1/3 VCC，TH = uC 0 2/3 VCC，uO 保持保持低电平不变。因此，低电平不变。因此，稳态时稳态时 uC 0 V，uO 为低电平。为低电平。充电充电导通导通放电放电VuCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC0VUOLUIH脉冲产生与整形电路课件EXIT 2. 触发进入暂稳态触发进入暂稳态 ( (二二) )工作原理、工作波形与
11、参数估算工作原理、工作波形与参数估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC当输入当输入 uI 由高电平跃变为低电平由高电平跃变为低电平( (应应 1/3 VCC ) )时，使时，使 TR = UIL1/3 VCC而而TH = uC 0 V 2/3 VCC，因此，因此 uO 跃变为跃变为高电平，进入暂稳态高电平，进入暂稳态，这时放电管，这时放电管 V截止，截止，VCC 又经又经 R 向向 C 充电，充电，uC 上升上升。UILUOH充电充电脉冲产生与整形电路课件EXIT 3. 自动返回稳定状态自动返回稳定状态 ( (二二) )工作原理、工作波形与参数估算工作原理、工作波形
12、与参数估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC 2. 触发进入暂稳态触发进入暂稳态 UIHUOL TH2/3 VCC放电放电V当输入当输入 uI 由高电平跃变为低电平由高电平跃变为低电平( (应应 1/3 VCC) )时，使时，使 TR = UIL1/3 VCC 而而TH = uC 0 V 1/3 VCC ) )，因此，因此 uO 重新跃变重新跃变为低电平。为低电平。同时，放电管导通，同时，放电管导通，C 经经 V 迅速放电迅速放电 uC 0 V，放电完毕放电完毕后，电路返回稳态。后，电路返回稳态。脉冲产生与整形电路课件EXIT 例例 用上述单稳态电路输出定时用上述单
13、稳态电路输出定时时间为时间为1 s 的的正脉冲，正脉冲，R = 27 k ，试确定定时元件试确定定时元件 C 的取值。的取值。 ( (二二) )工作原理、工作波形与参数估算工作原理、工作波形与参数估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC输出脉冲宽度输出脉冲宽度 tW 即为暂稳态维持时即为暂稳态维持时间，主要取决于充放电元件间，主要取决于充放电元件 R、C。 该单稳态触发器为不可重复触发器，该单稳态触发器为不可重复触发器，且要求输入脉宽且要求输入脉宽 tWI 小于输出脉宽小于输出脉宽 tWO 。解：解： 因为因为 tWO 1.1 RC故故可取标称值可取标称值 33 F。
14、估算公式估算公式 tWO 1.1 RC脉冲产生与整形电路课件EXITGNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01 FR1CuOuC- -+R2四、用四、用 555 定时器组成多谐振荡器定时器组成多谐振荡器 ( (一一) )电路结构电路结构 DISVCCR1THTRGNDVCCRDCO0.01 FOUTuOCuC- -+R2脉冲产生与整形电路课件EXIT( (二二) )工作原理、工作波形与周期估算工作原理、工作波形与周期估算 uCOtOuOtUOLUOHtWHtWL充电充电UOHTH = TR = uC 很小很小接通接通 VCC 后后，开始时，开始时 TH = TR = uC 0
15、 0，uO 为高电平，为高电平，放电管截止，放电管截止，VCC 经经 R1、R2 向向 C 充电，充电，uC 上升上升，这时，这时电路电路处处于暂稳态于暂稳态。 脉冲产生与整形电路课件EXIT( (二二) )工作原理、工作波形与周期估算工作原理、工作波形与周期估算 uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLUOLTH = TR 2/3 VCC当当 uC 上升到上升到 TH = TR = uC 2/3 VCC 时，时，uO 跃变为低电平，跃变为低电平，同时放电管同时放电管 V 导通，导通，C 经经 R2 和和 V 放电，放电，uC 下降下降，电路进入电路进入暂稳态暂稳态 。接通接通 VCC 后后，
16、开始时，开始时 TH = TR = uC 0，uO 为高电平，为高电平，放电管截止，放电管截止，VCC经经 R1、R2 向向 C 充电，充电，uC 上升上升，这时，这时电电路路处于暂稳态处于暂稳态。 放电放电脉冲产生与整形电路课件EXIT当当 uC 下降到下降到 TH = TR = uC 1/3 VCC 时，时， uO 重新跃变为高电平重新跃变为高电平，同时，同时放电管放电管 V 截止，截止，C 又被又被充电，充电，uC 上升上升，电路又电路又返回到暂稳态返回到暂稳态。( (二二) )工作原理、工作波形与周期估算工作原理、工作波形与周期估算uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLTH=TR1/
17、3VCC当当 uC 上升到上升到 TH = TR = uC 2/3 VCC时，时，uO 跃变为低电平，跃变为低电平，同时放电管同时放电管 V 导通，导通，C 经经 R2 和和 V 放电，放电，uC 下降下降，电路进入电路进入暂稳态暂稳态 。接通接通 VCC 后后，开始时，开始时 TH = TR = uC 0 0，uO 为高电平，为高电平，放电管截止，放电管截止，VCC 经经 R1、R2 向向 C 充电，充电，uC 上升上升，这时，这时电路电路处处于暂稳态于暂稳态。 脉冲产生与整形电路课件EXIT( (二二) )工作原理、工作波形与周期估算工作原理、工作波形与周期估算 电容电容 C 如此循环充电
18、和放电，使如此循环充电和放电，使电路产生振荡，输出矩形脉冲。电路产生振荡，输出矩形脉冲。uCOtOuOtUOLUOHtWHtWL周期与占空比估算周期与占空比估算tWH 0.7 (R1 + R2)C tWL 0.7 R2CT = tWH + tWL 0.7 (R1 + 2R2)C脉冲产生与整形电路课件EXITGNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01 FR1C+R2RP1RP2 例例 指指出出右右图图中中控控制制扬扬声声器器鸣鸣响响与与否否和和调调节节音音调调高高低低的的分分别别是是哪哪个个电电位位器器？若若原原来来无无声声，如如何何调调节节才才能能鸣鸣响响？欲欲提提高高音音调
19、调，又又该该如如何调节？何调节？解：解：R1、R2、RP1 和和 C 共同构成定时元件，因此调节共同构成定时元件，因此调节 RP1 可调节音调高低。可调节音调高低。欲提高音调，则应减小欲提高音调，则应减小 RP1 ，因此触头应下移。，因此触头应下移。RP2调节调节 RP2 可控制可控制 RD 为为 0 或或 1，从而控制振荡器工作与，从而控制振荡器工作与否，因此能控制扬声器鸣响与否。否，因此能控制扬声器鸣响与否。调节调节 RP2 使触头左移至适当位置，可使使触头左移至适当位置，可使 RD = 1，使，使扬声器鸣响。扬声器鸣响。RP1脉冲产生与整形电路课件EXIT触摸定时开关电路设计 图中555
20、定时器构成的单稳态触发器，只要用手触摸一下金属片P，由于人体感应电压相当于在低电平触发端(管脚2)加入一个负脉冲，电路进入暂稳态，输出高电平，灯泡发光，当暂稳态时间结束后，恢复低电平，灯泡熄灭。该触摸开关可用于夜间定时照明，定时时间可由RC参数调节。脉冲产生与整形电路课件EXIT双音门铃电路设计分析 当按钮开关AN按下时，开关闭合，VCC经Dz向充电，P点(4脚)电位迅速充至VCC ，复位解除，电路起振。由于D1将R3旁路，故充电时间常数为(R1+R2)C1，放电时间常数为R2C1，多谐振荡器产生高频振荡，喇叭发出高音。 当按钮开关AN松开时，开关断开，由于电容C4储存的电荷经R4放电要维持一
21、段时间，在P点电位降至复位电平之前，电路将继续维持振荡。但此时Vcc经R3、R2、R1向C充电，充电时间常数增加为(R3 + R2 + R1)C1，放电时间常数仍为R2C1,多谐振荡器产生低频振荡，喇叭发出低音。 当电容持续放电，使P点电位降至555的复位电平以下时，多谐振荡器停止振荡，喇叭停止发声。调节高频、低频振荡相关参数，可以改变高、低音发声频率以及低音维持时间。脉冲产生与整形电路课件EXIT题9-6 图图P9-3P9-3所示所示为为555555定定时时器构成的器构成的单稳态单稳态触触发发器。器。 已知已知 V、, ,试求求输出脉冲出脉冲宽度度并画出并画出的波形。的波形。uCOtOuOt
22、UOLUOHtWOtUIHuI脉冲产生与整形电路课件EXIT题9-7 图图P9-4P9-4所示所示为为已知已知 V、, ,试求求(3) 并画出并画出的波形。的波形。(1)多多谐振振荡器的振器的振荡周期和振周期和振荡频率率为多少？多少？(2)输出脉冲出脉冲宽度和占空比度和占空比为多少？多少？充充电电：（脉冲（脉冲宽宽度度) )放放电电：脉冲产生与整形电路课件EXIT题9-7 图图P9-4P9-4所示所示为为已知已知 V、, ,试求求(3) 并画出并画出的波形。的波形。(1)多多谐振振荡器的振器的振荡周期和振周期和振荡频率率为多少？多少？(2)输出脉冲出脉冲宽度和占空比度和占空比为多少？多少？uC
23、OtOuOtUOLUOHtw1tw2脉冲产生与整形电路课件EXIT555 定时器是一种多用途的集成电路。只需外接定时器是一种多用途的集成电路。只需外接少量阻容元件便可构成施密特触发器、单稳态少量阻容元件便可构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等。触发器和多谐振荡器等。此外，它还可组成其此外，它还可组成其它多种实用电路。由于它多种实用电路。由于 555 定时器使用方便、定时器使用方便、灵活，有较强的负载能力和较高的触发灵敏度，灵活，有较强的负载能力和较高的触发灵敏度，因此，在自动控制、仪器仪表、家用电器等许因此，在自动控制、仪器仪表、家用电器等许多领域都有着广泛的应用。多领域都有着广泛的应用。除除 555 单定时器外，还有双定时器单定时器外，还有双定时器 556、四定时器四定时器 558 等。等。 本章小结本章小结脉冲产生与整形电路课件EXIT555 定时器构成的施密特触发器、单稳态触发定时器构成的施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器典型电路为器和多谐振荡器典型电路为 555 定时器构成的定时器构成的施密特触发器施密特触发器555 定时器构成的定时器构成的单稳态触发器单稳态触发器555 定时器构成的定时器构成的多谐振荡器多谐振荡器脉冲产生与整形电路课件
