1、第9章脈沖產生以及整形合理使用電路第第 9 章章脈沖信號的產生與整形脈沖信號的產生與整形555 定時器及其應用定時器及其應用 本章小結本章小結掌握用掌握用 555 定時器構成施密特觸發器、單穩態定時器構成施密特觸發器、單穩態觸發器和多諧振蕩器的方法。觸發器和多諧振蕩器的方法。主要要求：主要要求： 了解了解 555 定時器的電路結構，掌握其符號和功能。定時器的電路結構，掌握其符號和功能。9.4 555 定時器及其應用定時器及其應用 555 定時器簡介定時器簡介 555 定時器是一種結構簡單、使用方便靈活、用途定時器是一種結構簡單、使用方便靈活、用途廣泛的多功能電路。它電源電壓范圍寬廣泛的多功能電

2、路。它電源電壓范圍寬( (雙極型雙極型 555 定定時器為時器為 5 16 V，CMOS 555 定時器為定時器為 3 18 V) )，可提，可提供與供與 TTL 及及 CMOS 數字電路兼容的接口電平，還可輸數字電路兼容的接口電平，還可輸出一定功率，驅動微電機、指示燈、揚聲器等。出一定功率，驅動微電機、指示燈、揚聲器等。TTL 單定時器型號的最后單定時器型號的最后 3 位數字為位數字為 555，雙定時，雙定時器的為器的為 556；CMOS 單定時器的最后單定時器的最后 4 位數為位數為 7555，雙定時器的為雙定時器的為 7556。 一、一、555 定時器的工作原理和邏輯功能定時器的工作原理

3、和邏輯功能555 定時器的電路結構與符號定時器的電路結構與符號 C1C2G3QQG1G2RSVR5 k 5 k 5 k UR1UR2GNDVCCRDOUTCO555THTRDIS電路符號電路符號627153843OUT輸出端輸出端 8VCC電源端電源端 4RD直接置直接置0 0端端 DIS 7放電端放電端 TH 6閾值輸入端閾值輸入端 TR 2觸發輸入端觸發輸入端 CO 5控制電壓輸入端控制電壓輸入端 GND1接地端接地端 集電極開路輸出端集電極開路輸出端UR1UR2構成電阻分構成電阻分壓器，為比較器壓器，為比較器 C1、C2 提供兩提供兩個參考電壓，個參考電壓，UR1 = 2/3VCC，UR

4、2 = 1/3VCC。 輸出緩沖器輸出緩沖器OUT = Q構成基本構成基本 RS 觸發觸發器，決定電路輸出。器，決定電路輸出。 放電管，其輸入為放電管，其輸入為Q，輸出為開路集電極。，輸出為開路集電極。Q構成電壓比構成電壓比較器，比較較器，比較 TH 與與 UR1 和和TR 與與 UR2 的大小。的大小。555 定時器的電路結構與符號定時器的電路結構與符號 C1C2G3QQG1G2RSVR5 k 5 k 5 k UR1UR23 OUT輸出端輸出端 8VCC電源端電源端 4RD直接置直接置0 0端端 DIS 7放電端放電端 TH 6閾值輸入端閾值輸入端 TR 2觸發輸入端觸發輸入端 CO 5控制

5、電壓輸入端控制電壓輸入端 GND1接地端接地端 UR1UR2Q555 定時器的工作原理與邏輯功能定時器的工作原理與邏輯功能 101導通導通定時器定時器 5G555 的功能表的功能表 不變不變不變不變1截止截止11導通導通01導通導通00V 狀態狀態OUT = QRDTRTH輸輸 出出 輸輸 入入CC32V CC32V CC31V CC31V CC31V CC32V 直接置直接置 0 端端 RD 低電低電平有效，優先級最高。平有效，優先級最高。不用時應使其為不用時應使其為 1。不變不變不變不變1截止截止11導通導通01導通導通00V 狀態狀態OUT = QRDTRTH輸輸 出出 輸輸 入入CC3

6、2V CC32V CC31V CC31V CC31V CC32V 定時器定時器 5G555 的功能表的功能表 01導通導通0110555 定時器的工作原理與邏輯功能定時器的工作原理與邏輯功能555 定時器的工作原理與邏輯功能定時器的工作原理與邏輯功能 不變不變不變不變1截止截止11導通導通01導通導通00V 狀態狀態OUT = QRDTRTH輸輸 出出 輸輸 入入CC32V CC32V CC31V CC31V CC31V CC32V 定時器定時器 5G555 的功能表的功能表 10截止截止1001555 定時器的工作原理與邏輯功能定時器的工作原理與邏輯功能 不變不變不變不變1截止截止11導通導

7、通01導通導通00V 狀態狀態OUT = QRDTRTH輸輸 出出 輸輸 入入CC32V CC32V CC31V CC31V CC31V CC32V 定時器定時器 5G555 的功能表的功能表 11簡化功能表簡化功能表 不變不變不變不變1截止截止11導通導通01導通導通00V 狀態狀態OUTRD輸輸 出出 輸輸 入入TRTHCC32V CC32V CC31V CC31V CC31V CC32V 使用要點使用要點 ( (1) ) RD 低電平有效低電平有效,優先級最高，優先級最高， 不用時應接高電平。不用時應接高電平。通常不用通常不用 CO 端，為了提高電路工作穩定性，端，為了提高電路工作穩定性

8、，將其通過將其通過 0.01 F 電容接地。電容接地。( (3) ) TR 低電平有效，低電平有效，TH 高電平高電平 有效，因此，有效，因此，TH 加低電平、加低電平、 TR 加高電平時為非有效電加高電平時為非有效電 平，電路狀態不變。平，電路狀態不變。( (4) )輸出輸出 0 時，時，Q = 1，因此，因此 V 導通；輸出導通；輸出 1 時，時， Q = 0，故，故 V 截止。截止。( (5) )注意：注意： TH 電平高低是與電平高低是與 2/3VCC 相比較，相比較，TR 電平高低是與電平高低是與 1/3VCC 相比較。相比較。 若控制輸入端若控制輸入端 CO 加輸入電壓加輸入電壓

9、uCO ，則，則 UR1 = uCO UR2 = uCO/2，故，故 TH 和和 TR 電平高低的比較值將變成電平高低的比較值將變成 uCO 和和 uCO/2。( (2) )TH 和和 TR 均為高電平時輸出均為高電平時輸出 0，均為低電平時輸出，均為低電平時輸出 1。二、二、用用 555 定時器組成施密特觸發器定時器組成施密特觸發器 0uOuIUOL1/3VCC2/3VCCUOH當當TH=TR=uI2/3VCC時時電壓傳輸特性為反相輸出的滯回特性電壓傳輸特性為反相輸出的滯回特性uIuO當當TH=TR=uI1/3VCC時時1/3VCC0當當1/3VCC TH=TR=uI2/3VCC時時當當uI

10、1/3VCC時時當當uI由高電平逐漸下降，由高電平逐漸下降，且且1/3VCC uI 1/3 VCC) )。 當當 uC 2/3 VCC 時，滿足時，滿足TR = uI 1/3 VCC，TH = uI 2/3 VCC,因因此此 uO 為低電平，為低電平，V 導通，電容導通，電容 C 經放經放電管電管 V 迅速放電完畢，迅速放電完畢，uC 0 V。這時這時TR = UIH 1/3 VCC，TH = uC 0 2/3 VCC，uO 保持保持低電平不變。因此，穩態時低電平不變。因此，穩態時 uC 0 V，uO 為低電平。為低電平。充電充電工作原理工作原理 導通導通放電放電VuCOtOuOtUOLUOH

11、tWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC0VUOLUIH 2. 觸發進入暫穩態觸發進入暫穩態 ( (二二) )工作原理、工作波形與參數估算工作原理、工作波形與參數估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC當輸入當輸入 uI 由高電平躍變為低電平由高電平躍變為低電平( (應應 1/3 VCC ) )時，使時，使 TR = UIL1/3 VCC而而TH = uC 0 V 2/3 VCC，因此，因此 uO 躍變為躍變為高電平，進入暫穩態，這時放電管高電平，進入暫穩態，這時放電管 V截止，截止，VCC 又經又經 R 向向 C 充電，充電，uC 上

12、升。上升。UILUOH充電充電 3. 自動返回穩定狀態自動返回穩定狀態 ( (二二) )工作原理、工作波形與參數估算工作原理、工作波形與參數估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC 2. 觸發進入暫穩態觸發進入暫穩態 UIHUOL TH2/3 VCC放電放電V當輸入當輸入 uI 由高電平躍變為低電平由高電平躍變為低電平( (應應 1/3 VCC) )時，使時，使 TR = UIL1/3 VCC 而而TH = uC 0 V 1/3 VCC ) )，因此，因此 uO 重新躍變重新躍變為低電平。同時，放電管導通，為低電平。同時，放電管導通，C 經經 V

13、迅速放電迅速放電 uC 0 V，放電完畢，放電完畢后，電路返回穩態。后，電路返回穩態。 例例 用上述單穩態電路輸出定時用上述單穩態電路輸出定時時間為時間為1 s 的的正脈沖，正脈沖，R = 27 k ，試確定定時元件試確定定時元件 C 的取值。的取值。 ( (二二) )工作原理、工作波形與參數估算工作原理、工作波形與參數估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度 tW 即為暫穩態維持時即為暫穩態維持時間，主要取決于充放電元件間，主要取決于充放電元件 R、C。 該單穩態觸發器為不可重復觸發器，該單穩態觸發器為不可重復觸發器，且要

14、求輸入脈寬且要求輸入脈寬 tWI 小于輸出脈寬小于輸出脈寬 tWO 。解：解：因為因為 tWO 1.1 RC故故可取標稱值可取標稱值 33 F。F33.7k271 . 1S11 . 1WO RtC估算公式估算公式 tWO 1.1 RCGNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01 FR1CuOuC- -+R2四、用四、用 555 定時器組成多諧振蕩器定時器組成多諧振蕩器 ( (一一) )電路結構電路結構 DISVCCR1THTRGNDVCCRDCO0.01 FOUTuOCuC- -+R2( (二二) )工作原理、工作波形與周期估算工作原理、工作波形與周期估算 uCOtOuOtUO

15、LUOHtWHtWLCC32VCC31V 充電充電UOHTH = TR = uC 很小很小接通接通 VCC 后，開始時后，開始時 TH = TR = uC 0 0，uO 為高電平，放電管截止，為高電平，放電管截止，VCC 經經 R1、R2 向向 C 充電，充電，uC 上升，這時電上升，這時電路處于暫穩態路處于暫穩態。 工作原理工作原理 ( (二二) )工作原理、工作波形與周期估算工作原理、工作波形與周期估算 uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V UOLTH = TR 2/3 VCC當當 uC 上升到上升到 TH = TR = uC 2/3 VCC 時，時，uO 躍變為低

16、電平，同時放電管躍變為低電平，同時放電管 V 導通，導通，C 經經 R2 和和 V 放電，放電，uC 下降，下降，電路進入暫穩態電路進入暫穩態 。工作原理工作原理 接通接通 VCC 后，開始時后，開始時 TH = TR = uC 0，uO 為高電平，放電管截止，為高電平，放電管截止，VCC經經 R1、R2 向向 C 充電，充電，uC 上升，這時電上升，這時電路處于暫穩態路處于暫穩態。 放電放電當當 uC 下降到下降到 TH = TR = uC 1/3 VCC 時，時， uO 重新躍變為高電平，同時重新躍變為高電平，同時放電管放電管 V 截止，截止，C 又被充電，又被充電，uC 上升，上升，電路

17、又返回到暫穩態電路又返回到暫穩態。( (二二) )工作原理、工作波形與周期估算工作原理、工作波形與周期估算uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V TH=TR1/3VCC工作原理工作原理 當當 uC 上升到上升到 TH = TR = uC 2/3 VCC時，時，uO 躍變為低電平，同時放電管躍變為低電平，同時放電管 V 導通，導通，C 經經 R2 和和 V 放電，放電，uC 下降，下降，電路進入暫穩態電路進入暫穩態 。接通接通 VCC 后，開始時后，開始時 TH = TR = uC 0 0，uO 為高電平，放電管截止，為高電平，放電管截止，VCC 經經 R1、R2 向向 C

18、 充電，充電，uC 上升，這時電上升，這時電路處于暫穩態路處于暫穩態。 ( (二二) )工作原理、工作波形與周期估算工作原理、工作波形與周期估算 電容電容 C 如此循環充電和放電，如此循環充電和放電，使電路產生振蕩，輸出矩形脈沖。使電路產生振蕩，輸出矩形脈沖。uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V 周期與占空比估算周期與占空比估算tWH 0.7 (R1 + R2)C tWL 0.7 R2CT = tWH + tWL 0.7 (R1 + 2R2)C2121 WH2RRRRTtq GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01 FR1C+R2RP1RP2 例例

19、指出右圖中指出右圖中控制揚聲器鳴響與否和控制揚聲器鳴響與否和調節音調高低的分別是調節音調高低的分別是哪個電位器？若原來無哪個電位器？若原來無聲，如何調節才能鳴響？聲，如何調節才能鳴響？欲提高音調，又該如何欲提高音調，又該如何調節？調節？解：解：R1、R2、RP1 和和 C 共同構成定時元件，因此調節共同構成定時元件，因此調節 RP1 可調節音調高低?？烧{節音調高低。欲提高音調，則應減小欲提高音調，則應減小 RP1 ，因此觸頭應下移。，因此觸頭應下移。RP2調節調節 RP2 可控制可控制 RD 為為 0 或或 1，從而控制振蕩器工作與，從而控制振蕩器工作與否，因此能控制揚聲器鳴響與否。否，因此能控制揚聲器鳴響與否。調節調節 RP2 使觸頭左移至適當位置，可使使觸頭左移至適當位置，可使 RD = 1，使，使揚聲器鳴響。揚聲器鳴響。RP1觸摸定時開關電