1、5-2 555555定時器的原理及應用定時器的原理及應用內容：內容：、555555定時器的工作原理定時器的工作原理、555555定時器的典型應用定時器的典型應用 單穩態觸發器單穩態觸發器（Monostable Trigger）多諧振蕩器（多諧振蕩器（Astable Multivibrator）施密特觸發器施密特觸發器（Schmitt Trigger）壓控振蕩器（壓控振蕩器（Voltage Controlled Oscillator）555定時器簡介：定時器簡介：555定時器（時基電路）是一種用途廣泛的模擬數字混合集成電定時器（時基電路）是一種用途廣泛的模擬數字混合集成電路。路。1972年由西格

2、尼蒂克斯公司（年由西格尼蒂克斯公司（Signetics）研制；設計新穎、）研制；設計新穎、構思奇巧，備受電子專業設計人員和電子愛好者青睞；它可以構思奇巧，備受電子專業設計人員和電子愛好者青睞；它可以構成構成單穩態觸發器單穩態觸發器、多諧振蕩器多諧振蕩器、施密特觸發器施密特觸發器和和壓控振蕩器壓控振蕩器等多種應用電路。等多種應用電路。典型封裝兩大類：兩大類：雙極型：雙極型：555CMOS：7555 87654321GNDTLTHVCCRduo圖圖5-2-1 555定時器電路框圖定時器電路框圖圖圖5-2-2 555定時器符號圖定時器符號圖5-2-1 555定時器的工作原理定時器的工作原理地低觸發端

3、低觸發端高觸發端高觸發端放電端放電端電源端電源端清零端清零端輸出端輸出端電壓控制端電壓控制端1 16 6+ +- - -+ + + +2 25 58 8GNDTLTHCV3 31 13 31 1VCCVCC4 4Rd11113 37 7OUTDISVCCDISCV典型的雙列典型的雙列直插式封裝直插式封裝1 16 6+ +- - -+ + + +2 25 58 8GNDTLTHCV4 4Rd11113 37 7OUTDISVCCA1A2 555定時器主要由定時器主要由比較器比較器、觸發器觸發器、反相器反相器和由和由三個三個5k 電阻電阻組成的組成的分壓器分壓器等部分構成，電路如圖所示。等部分構成

4、，電路如圖所示。電阻分壓器電阻分壓器比較器比較器觸發器觸發器反相器反相器圖圖5-2-3 555定時器電路框圖定時器電路框圖CC31VCC32V真值表的第一行01 16 6+ +- - -+ + + +2 25 58 8GNDTLTHCV4 4Rd11113 37 7OUTDISVCCA1A2CC32VCC31V0110導通1 16 6+ +- - -+ + + +2 25 58 8GNDTLTHCV4 4Rd11113 37 7OUTDISVCCA1A2CC32VCC31V清零01 16 6+ +- - -+ + + +2 25 58 8GNDTLTHCV4 4Rd11113 37 7OUTD

5、ISVCCA1A2CC32VCC31V保持保持0 010110真值表的第二行CC31VCC32V從第二行到第三行CC32VCC32VCC32V導通CC32VCC31V0真值表的第四行CC31VCC32V10010101截止從第四行返回 第三行CC32VCC31V00保持保持1截止回差現象THTLRdOUTDISCC32VCC31VCC31VCC32VCC32VCC31VLL通HHH斷表 5-1 555 定時器功能表通LH保持保持 從從555定時器的功能表可以看出：定時器的功能表可以看出：1. 555定時器有兩個閾值（定時器有兩個閾值（Threshold）電平，分別）電平，分別是是1/3VCC和

6、和2/3VCC；2. 輸出端為輸出端為低電平低電平時三極管時三極管TD導通導通， 7腳輸出低電腳輸出低電平；輸出端為平；輸出端為高電平高電平時三極管時三極管TD截止截止， 如果如果7腳腳接一個上拉電阻，接一個上拉電阻， 7腳輸出為高電平。所以當腳輸出為高電平。所以當7腳接一個上拉電阻時，輸出狀態與腳接一個上拉電阻時，輸出狀態與3腳相同。腳相同。 便于記憶：便于記憶：2腳腳- （低電平置位）；（低電平置位）；6腳腳R（高電平復位）；（高電平復位）；S5-2-2 555555定時器的典型應用電路定時器的典型應用電路 單穩態觸發器單穩態觸發器（Monostable Trigger） VCCRCC12

7、3456785555uotuituctuoOOO 圖圖5-2-4 單穩態觸發器電路圖單穩態觸發器電路圖 圖圖5-2-5 單穩態觸發器的波形圖單穩態觸發器的波形圖 CC32Viu這里要注意這里要注意R的取值不能太小。（為什么？）的取值不能太小。（為什么？）若若R太小，當放電管導通時，灌入放電管的電流太大，會太小，當放電管導通時，灌入放電管的電流太大，會損壞放電管。損壞放電管。555555單穩態觸發器的工作波形如下：單穩態觸發器的工作波形如下：注意：觸發脈沖注意：觸發脈沖必須是必須是窄脈沖窄脈沖，要比暫穩態的時要比暫穩態的時間間tw還要短。還要短。（為什么？如果（為什么？如果觸發脈沖比暫穩觸發脈沖

8、比暫穩態時間長呢？）態時間長呢？）圖圖5-2-6 單穩態觸發器的波形圖單穩態觸發器的波形圖tuituctuoOOOCC32VtW則觸發作用始終則觸發作用始終存在，輸出將不存在，輸出將不會在會在uC達到達到2VCC/3時返回低時返回低電平。電平。如果在暫穩態持續時間內加入新的觸發脈沖呢？如果在暫穩態持續時間內加入新的觸發脈沖呢？則新的觸發脈沖不起作用，該電路為則新的觸發脈沖不起作用，該電路為不可重復不可重復觸發觸發的單穩態觸發器。的單穩態觸發器。那么，有沒有那么，有沒有可以重復觸發可以重復觸發的單穩態觸發器呢？的單穩態觸發器呢？為此需要確定三要素：為此需要確定三要素： uC (0) =0V、 u

9、C () =VCC、 =RC， 當當t= tw時，時，uC (tw) =2 VCC /3代入公代入公式。于是可解出式。于是可解出單穩態觸發器單穩態觸發器暫穩態暫穩態時間的計算時間的計算 根據根據uC的波形，由過的波形，由過渡過程公式即可計算出暫渡過程公式即可計算出暫穩態時間穩態時間tw ， tw電容電容C從從0V充電到充電到2 VCC /3的時間，的時間，根據三要素方程：根據三要素方程：-cccc)e()0()()(tuuutuRCRCt1 . 1ln3w 注意注意:觸發輸入信號的邏輯電平，在無觸發時是高電平，必須大于觸發輸入信號的邏輯電平，在無觸發時是高電平，必須大于2VCC/3,低電平必須

10、小于低電平必須小于1VCC/3，否則觸發無效。，否則觸發無效。 tuituctuoOOOCC32VtWRC CC32VCC31VVCCRCC123456785555暫穩態的持續時間由暫穩態的持續時間由RC確定！確定！單穩態觸發器的應用單穩態觸發器的應用可重復觸發的單穩態觸發器：可重復觸發的單穩態觸發器：VCCCC123567555iuuoR485可作為失落脈沖檢出電路，對機器的轉速或人體的心可作為失落脈沖檢出電路，對機器的轉速或人體的心律（呼吸）進行監視，當機器的轉速降到一定限度或律（呼吸）進行監視，當機器的轉速降到一定限度或人體的心律不齊時就發出報警信號。人體的心律不齊時就發出報警信號。該電

11、路有何作用？該電路有何作用？失落脈沖失落脈沖報警！報警！PNP管管脈沖的定時脈沖的定時 ABuuio單穩態電路單穩態電路&(b)tAotwtuootBotuio只有在只有在tw時間內時間內,與門才開門與門才開門,信號信號A才能才能通過與門通過與門 脈沖的延時脈沖的延時uiR UDD76215348uo0.01 F(a)C1111QQS1JC11KR(b)tuiotwtuootoQuo的下降沿比輸入觸發信號的下降沿比輸入觸發信號ui的下降沿延遲了的下降沿延遲了tw。因此，利用。因此，利用uo下下降沿去觸發其它電路降沿去觸發其它電路(例如例如JK觸發器觸發器),比用比用ui下降沿觸發時延遲了下降沿

12、觸發時延遲了tw時間時間,這就是單穩態電路的這就是單穩態電路的延時作用延時作用簡易曝光定時器簡易曝光定時器思考：當按一下開關思考：當按一下開關AN以后，電路是如何工作的？以后，電路是如何工作的？電容放電電容放電555置位置位J吸合吸合電燈電燈HL亮亮電容充電到電容充電到2/3VDD555復位復位J釋放釋放電燈電燈HL熄熄555555定時器構成多諧振蕩器定時器構成多諧振蕩器（Astable Multivibrator） 555定時器構成多諧振蕩器構成的多諧振蕩器如圖定時器構成多諧振蕩器構成的多諧振蕩器如圖5-2-9所示。它是將所示。它是將兩個觸發端兩個觸發端2腳和腳和6腳合并在一起，放電端腳合并

13、在一起，放電端7腳接于兩電阻之間。腳接于兩電阻之間。 圖圖5-2-10 多諧振蕩器的波形多諧振蕩器的波形VCCuoRRCCAB123456785555555 圖圖5-2-9 多諧振蕩器電路圖多諧振蕩器電路圖 uctuctuoOOCC32VCC31V 多諧振蕩器參數的計算多諧振蕩器參數的計算tuctuoOOCC32VCC31Vtw1tw2%100%100)2(44.11)2(7 .0w11BABAw2w1TtTTDCRRTfCRRttT輸出波形的振蕩周期可用過輸出波形的振蕩周期可用過渡過程公式計算：渡過程公式計算： tw1 ： uC (0) = VCC /3 V、 uC () =VCC、 1=(

14、RA+ RB)C、 當當t= tw1時，時，uC (tw1) =2 VCC /3代代入三要素方程。于是可解出入三要素方程。于是可解出CRRt)0.7(BAw1 tw2 ： uC (0) = 2VCC /3 V、 uC () =0V、 1= RBC、當當t= tw2時，時，uC (tw2) =VCC /3代入公式。于是可解出代入公式。于是可解出CRtBw20.7占空比（占空比（Duration Ratio） 對于圖對于圖5-2-9所示的多諧振蕩器，因所示的多諧振蕩器，因tw1 tw2 ，它的占空比大，它的占空比大于于50% ，占空比不可調節。圖，占空比不可調節。圖5-2-12是一種占空比可調的電

15、路，是一種占空比可調的電路，該該電路因加入了二極管，使電容器的充電和放電回路不同，可以調節電路因加入了二極管，使電容器的充電和放電回路不同，可以調節電位器使充、放電時間常數相同。如果電位器使充、放電時間常數相同。如果RA=RB，調節電位器可以獲，調節電位器可以獲得得50%的占空比。的占空比。VC C 1uo1C123456785 55 55 55RARBC1D2D圖圖5-2-12 占空比可調的多諧振蕩器占空比可調的多諧振蕩器C充充R ACRB放CRtAw10.7CRtBw20.7w2w1ttT振蕩周期振蕩周期:VCC1RC123456785555555VCC2555555定時器構成施密特觸發器

16、定時器構成施密特觸發器（Schmitt Trigger） 由于施密特觸發器無須放電端，所以利用放電端與輸出端狀態相由于施密特觸發器無須放電端，所以利用放電端與輸出端狀態相一致的特點，從放電端加一上拉電阻后，可以獲得與一致的特點，從放電端加一上拉電阻后，可以獲得與3腳相同的輸出。腳相同的輸出。但上拉電阻可以單獨接另外一組電源，以獲得與但上拉電阻可以單獨接另外一組電源，以獲得與3腳輸出不同的邏輯電腳輸出不同的邏輯電平。平。555定時器構成施密特觸發器的電路圖如圖定時器構成施密特觸發器的電路圖如圖5-2-13所示所示,施密特觸發器屬于施密特觸發器屬于波形變換電路，該電路可以將正弦波、三角波、鋸齒波變

17、為脈沖信號波形變換電路，該電路可以將正弦波、三角波、鋸齒波變為脈沖信號。uo2uiuo1圖圖5-2-13 施密特觸發器電路圖施密特觸發器電路圖施密特觸發器的工作原理和多諧振蕩器施密特觸發器的工作原理和多諧振蕩器基本一致，無原則不同。只不過多諧振基本一致，無原則不同。只不過多諧振蕩器是靠電容器的充放電去控制電路狀蕩器是靠電容器的充放電去控制電路狀態的翻轉，而施密特觸發器是靠外加電態的翻轉，而施密特觸發器是靠外加電壓信號去控制電路狀態的翻轉。所以，壓信號去控制電路狀態的翻轉。所以，在施密特觸發器中，外加信號的高電平在施密特觸發器中，外加信號的高電平必須大于必須大于 ，低電平必須小于，低電平必須小于

18、 ，否，否則電路不能翻轉。則電路不能翻轉。CC32VCC31V 施密特觸發器的輸出波形如下：施密特觸發器的輸出波形如下：ui00uOtt2VCC/31VCC/3圖圖5-2-14 施密特觸發器的波形圖施密特觸發器的波形圖 施密特觸發器的主要用于對輸入波形的整形。圖施密特觸發器的主要用于對輸入波形的整形。圖5-2-14表示的是將三角波整形為方波表示的是將三角波整形為方波,其它形狀的輸入波形也可以其它形狀的輸入波形也可以整形為方波。整形為方波。VCC1uo1RC123456785 55 55 55uiVCC2uo2圖圖5-2-13 施密特觸發器電路圖施密特觸發器電路圖 圖圖5-2-15是施密特觸發器

19、（電源電壓是施密特觸發器（電源電壓5V）的示波器波形）的示波器波形圖，對應輸出波形翻轉的圖，對應輸出波形翻轉的555定時器的二個閾值，一個是對定時器的二個閾值，一個是對應輸出下降沿的應輸出下降沿的3.375V，另一個是對應輸出上升沿的，另一個是對應輸出上升沿的1.688V，施密特觸發器的回差電壓是，施密特觸發器的回差電壓是3.375-1.688=1.688V。在放。在放電端電端7腳加一個上拉電阻，接腳加一個上拉電阻，接10V電源，可以獲得一個高、電源，可以獲得一個高、低電平與低電平與3腳輸出不同，但波形的高、低電平寬度完全一樣腳輸出不同，但波形的高、低電平寬度完全一樣的第二個輸出波形，這個波形

20、可以用于不同邏輯電平的轉換的第二個輸出波形，這個波形可以用于不同邏輯電平的轉換。圖圖5-2-15 施密特觸發器的示波器波形圖施密特觸發器的示波器波形圖施密特觸發器的應用施密特觸發器的應用波形的整形波形的整形tUTUTuiotuoo不規則的或者在信號不規則的或者在信號傳送過程中受到干擾傳送過程中受到干擾而變壞的波形經過施而變壞的波形經過施密特電路，可以得到密特電路，可以得到良好的波形。良好的波形。脈沖幅度鑒別脈沖幅度鑒別tuootuio利用施密特電路利用施密特電路,可以從輸入幅度可以從輸入幅度不等的一串脈沖不等的一串脈沖中中,去掉幅度較小去掉幅度較小的脈沖的脈沖,保留幅度保留幅度超過超過UT+的

21、脈沖。的脈沖。光施密特觸發器光施密特觸發器RG為光敏電阻，光強時為為光敏電阻，光強時為低阻，低阻，2腳低電平，腳低電平，555置置位，位，J不動作；光弱時呈不動作；光弱時呈高阻，高阻，6腳為高電平，腳為高電平，555復位，復位，J吸合。吸合。RG是什么元件？是什么元件？電路是如何工作的？電路是如何工作的？簡易燈光控制電路簡易燈光控制電路什么元件？什么元件？光敏管：光弱時，光敏管：光弱時， C-E間電阻極大；光間電阻極大；光強時，電阻很小。強時，電阻很小。思考：燈思考：燈L什么時候亮？光強？光弱？什么時候亮？光強？光弱？作業：作業：P1175.15.25.3555555定時器構成壓控振蕩器定時器構成壓控振蕩器( (Voltage Controlled Oscillator) ) 一般的振蕩器若要改一般的振蕩器若要改變振蕩頻率必須改變選頻變振蕩頻率必須改變選頻網絡的參數值。上述網絡的參數值。上述555定定時器構成的振蕩器，只要時器構成的振蕩器，只要在在5腳加入控制電壓。改變腳加入控制電壓。改變控制電壓就可改變振蕩器控制電壓就可改變振蕩器的頻率，這樣的振蕩器就的頻率，這樣的振蕩器就是電壓