课题六定时器.doc

课题六 定时器
【学习目标】
1．熟悉555集成定时器的电路结构、工作原理及其特点。
2．掌握555集成定时器的基本应。
【相关知识】
555定时器是一种数字电路与模拟电路相结合的中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳态触发器和多谐振荡器等，因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。
一、555定时器电路分析

555定时器产品有TTL型和CMOS型两类。TTL型产品型号的最后三位都是555，CMOS型产品的最后四位都是7555，它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。
555定时器的电路如图4.6.1所示。它由三个阻值为5kΩ的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电晶体管T、与非门和反相器组成。
图4.6.1 555定时器原理图
分压器为两个电压比较器、提供参考电压。如5端悬空，则比较器的参考电压为，加在同相端；的参考电压为，加在反相端。
是复位输入端。当时，基本RS触发器被置0，晶体管T导通，输出端为低电平。正常工作时，。
和分别为6端和2端的输入电压。当， 时，输出为低电平，输出为高电平，即，，基本RS触发器被置0，晶体管T导通，输出端为低电平。
当， 时，输出为高电平，输出为低电平，，，基本RS触发器被置1，晶体管T截止，输出端为高电平。
当， 时，基本RS触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。
综上所述，可得555定时器功能如表4.6.1所示。
表4.6.1 555定时器功能表
输 入
输 出
复位
u11
u12
输出u0
晶体管T
0
×
×
0
导通
1
>
>
0
导通
1
<
<
1
截止
1
<
>
保持
保持
555定时器能在较宽的电源电压范围内正常工作，双极型555定时器电源电压的范围为5～16V，输出高电平均为电源的90%。CMOS型555定时器电源电压的范围为3～18V，输出高电平不低于电压的95%。
二、555定时器的应用
1．单稳态电路
前面介绍的双稳态触发器具有两个稳态的输出状态和，且两个状态始终相反。而单稳态触发器只有一个稳态状态。在未加触发信号之前，触发器处于稳定状态，经触发后，触发器由稳定状态翻转为暂稳状态，暂稳状态保持一段时间后，又会自动翻转回原来的稳定状态。单稳态触发器一般用于延时和脉冲整形电路。
单稳态触发器电路的构成形式很多。图4.6.2(a)所示为用555定时器构成的单稳态触发器，R、C为外接元件，触发脉冲u1由2端输入。5端不用时一般通过0.01uF电容接地，以防干扰。下面对照图4.6.2(b)进行分析。
(1) 稳态
接通电源后，经R给电容C充电，当上升到大于时，基本RS触发器复位，输出。同时，晶体管T导通，使电容C放电。此后，若不加触发信号，即，则保持0状态。电路将一直处于这一稳定状态。
(2) 暂稳态
在瞬间，2端输入一个负脉冲，即，基本RS触发器置1，输出为高电平，并使晶体管T截止，电路进入暂稳态。此后，电源又经R向C充电，充电时间常数=RC，电容的电压 按指数规律上升。
在时刻，触发负脉冲消失()，若，则=1，=1，基本RS触发器保持原状态，u0仍为高电平。
在时刻，当uc上升略高于时，，，基本RS触发器复位，输出，回到初始稳态。同时，晶体管T导通，电容C通过T迅速放电直至为0。这时，，电路为下次翻转做好了准备。
输出脉冲宽度为暂稳态的持续时间，即电容C的电压从0充至所需的时间。由此得:
(4-6-4)
由上式可知：
① 改变R、C的值，可改变输出脉冲宽度，从而可以用于定时控制。
② 在R、C的值一定时，输出脉冲的幅度和宽度是一定的，利用这一特性可对边沿不陡、幅度不齐的波形进行整形。

(a) 电路图 (b) 波形图
图4.6.2 单稳态触发器
2．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4.6.3所示是由555定时器构成的多谐振荡器。、和C是外接元件。
刚接通电源时，，。当升至后，比较器输出低电平()，基本RS触发器置0，定时器输出由1变为0。同时，三极管T导通，电容通过放电，下降。在 <<期间，保持低电平状态。在下降至以后，比较器C2输出低电平( )，使触发器置1，输出由0变为1。同时三极管T截止，于是电容C再次被充电。如此不断重复上述过程，多谐振荡器的输出端就可得到一串矩形波。工作波形如图4.6.3(b)所示。

(a) 电路图 (b) 波形图
图4.6.3 多谐振荡器

振荡周期等于两个暂稳态的持续时间。第一个暂稳态时间为电容C的电压从充电至所需时间:
(6-5)
第二个暂稳态时间为电容C的电压从放电至所需时间
(6-6)
振荡周期 (6-7)
振荡频率
占空比为 (6-8)
【例4.6.7】 图4.6.4所示为用555定时器组成的液位电路，当液面低于正常值时，扬声器发声报警。
① 说明报警的原理。
② 计算扬声器发声的频率。
解：① 图4.6.4所示电路是由555定时器组成的多谐振荡器，其振荡频率由R1、R2和C的值决定。电容两端引出两个探测电极插入液体内。液位正常时，探测电极被液体短路，振荡器不振荡，扬声器不发声。当液面下降到探测电极以下时，探测电极开路，电源通过R1、R2给C充电，当uc升至时，振荡器开始振荡，振荡器发声报警。

图4.6.4 液位*电路
② 扬声器的发声频率，即为多谐振荡器的频率

【技能训练】
一、实训目的
1．熟悉555集成定时器的电路结构、工作原理及其特点。
2．掌握555集成定时器的基本应用。
二、实训设备与器件
1．+5V直流电源 2．双踪示波器
3．连续脉冲源 4．单次脉冲源
5．音频信号源 6．数字频率计
7．逻辑电平显示器
8．555×2 2CK13×2 电位器、电阻、电容若干

三、实训内容
1.用555定时器构成多谐振荡器
1）连接如图4.6.3（a）示多谐振荡器电路。
2）用示波器观察、记录输出电压和电容上电压的波形，测出、、（峰点值）、（谷点值）及周期T的数值，且算出T的理论值，与实测值相比较。
2．用555定时器构成一个占空比可调（周期不变）的方波发生器
1）连接好图4.6.5示占空比可调的方波发生器电路。

图 4. 6.5占空比可调的方波发生器电路
2）调节，观察占空比的变化，用示波器观察、的波形。
3）在活动头分别移至两端的情况下，测出输出的T、、计算出占空比。
3.用555定时器构成单稳态触发电路
1)按图4.6.6连接好电路。当触发器脉冲宽度大于单稳态触发电路输出脉冲宽度时，应如图中所示接入、微分 ，使555定时器2脚输入负脉冲为窄脉冲。

图4.6.6单稳态触发器电路
2)接连续脉冲f = 512HZ，用示波器观察、记录、、及的波形（以为触发信号），测出的脉冲宽度，且与理论值相比较。
4．施密特触发器
按4.6.7接线，输入信号由音频信号源提供，预先调好vs的频率为1kHz，接通电源，逐渐加大vs的幅度，观测输出波形，测绘电压传输特性，算出回差。

图4.6.7
5．模拟声响电路

图4.6.8 模拟声响电路
按图4.6.8接线，组成两个多谐振荡器，调节定时元件，使Ⅰ输出较低频率，Ⅱ输出较高频率，连好线，接通电源，试听音响效果。调换外接阻容元件，再试听音响效果。

五、实训报告
1、搞清555定时器的功能和应用
2、理论计算出实验内容1多谐振荡器的输出方波的周期T
3、理论计算实验内容3 中2）输出脉冲宽度。
4、搞清图4.6.6中、微分电路的作用。为连续脉冲，对应地分析、画出的波形。

思考与练习
1、图4.6.9是用555定时器组成的开机延时电路。若给定，，,试计算常闭开关S断开以后经过多长的延迟时间才调变为高电平。

图4.6.9
2、用两片555定时器设计一个间歇单音发生电路，要求发出单音频率约为1KHZ，发音时间约为0.5S，间歇时间约为0.5S。
3、图4.6.4电路中指出电容C充电途径、放电途径。写出振荡周期T和占空比表达式。理论计算出实验内容2、3两种情况下的占空比。
4、图4.6.6中，设微分电路的输入连续脉冲周期为，、的参数应如何选择？