第三章集成定时电路-课件

第三章 集成定时电路第一节 集成定时器555/556工作原理第二节 集成定时器555/556的基本工作方式第三节 集成定时器555/556的应用集成定时电路又称为集成时基电路，它是一种将模拟电路和数字电路制作在同一硅片上的模拟集成电路。应用：取代传统的机械式延时器件，应用在微计算机、电子定时器、电子控制、电子检测、电子报警、电子乐器、信号产生及调制等方面。分类：分为定时器和定时器/计数器两大类。定时器定时器以单定时“555”电路、双定时“556”电路(内含两个独立的“555”电路)、四定时“558/559”电路(内含四个独立的“555”电路)为主；定时器定时器/计数器计数器以可编程定时电路为主。概述概述一、脉冲信号一、脉冲信号 脉冲是脉冲是脉动脉动和和短促短促的意思，凡是具有的意思，凡是具有不连续波形不连续波形的信的信号均可称为脉冲信号。广义讲，各种号均可称为脉冲信号。广义讲，各种非正弦信号非正弦信号都是脉冲都是脉冲信号。信号。(a)(a)矩形波矩形波(b)(b)方波方波(c)(c)尖脉冲尖脉冲(d)(d)锯齿波锯齿波 概述概述 在在数数字字系系统统中中常常常常需需要要用用到到各各种种幅幅度度、宽宽度度以以及及具具有有陡峭边沿的矩形脉冲信号陡峭边沿的矩形脉冲信号，如触发器的时钟脉冲（，如触发器的时钟脉冲（CPCP）。）。获取这些脉冲信号的方法通常有两种：获取这些脉冲信号的方法通常有两种：脉冲产生电路直接产生；脉冲产生电路直接产生；利用已有的周期信号整形、变换得到。利用已有的周期信号整形、变换得到。脉冲整形、变换电路脉冲整形、变换电路单稳态触发器单稳态触发器 施密特触发器施密特触发器；脉冲产生电路脉冲产生电路多谐振荡器；多谐振荡器；多用途的定时电路多用途的定时电路555定时器定时器。概述概述二、脉冲信号的参数二、脉冲信号的参数trtftWT0.9 Um0.5 Um0.1 UmUm矩形脉冲信号的主要参数矩形脉冲信号的主要参数 脉脉冲冲幅幅度度 脉冲周期脉冲周期脉冲宽度脉冲宽度上升时间上升时间下降时间下降时间占空比占空比D D脉冲宽度与脉冲周期的比值，脉冲宽度与脉冲周期的比值，D Dt tW W/T/T 。概述概述三、脉冲产生电路的暂态分析三、脉冲产生电路的暂态分析脉冲波形产生与整形电路多是由脉冲波形产生与整形电路多是由RCRC充放电电路充放电电路构成的。构成的。开开关关闭闭合合的的一一瞬瞬间间，电电容容器器上上电电压压不不能能突突变变，满满足足开开关关定理定理U UC C(0(0+)=)=U UC C(0(0-)。充充电电暂暂态态过过程程结结束束后后，流流过过电电容容器器的的电电流流i iC C()()为为0 0，即即电容器相当于开路电容器相当于开路。tMU(t)UTtU()0U(0+)CCCUC(t)SUCR令令u uC C(t(tW W)=U)=UT T，则则从从暂暂态态过过程程的的起起始始值值U UC C(0(0+)变变到到U UT T所所经经历历的时间的时间t tW W（脉冲宽度）可用下式计算：（脉冲宽度）可用下式计算：电电路路的的时时间间常常数数=RCRC，决决定定了了暂暂态态时时间间的的长长短短。根根据据三要素公式三要素公式，可以得到电压随时间变化的方程为，可以得到电压随时间变化的方程为 概述概述tWU(t)UTtU()0U(0+)CCC第一节 集成定时器555/556工作原理555定时器是一种多用途的数字定时器是一种多用途的数字-模拟混合模拟混合集成电路，集成电路，利用它能极方便地构成利用它能极方便地构成施密特触发器、单施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器稳态触发器和多谐振荡器。555定时器产品型号繁多，但所有定时器产品型号繁多，但所有双极型双极型产产品型号最后的品型号最后的3位数码都是位数码都是555，所有，所有CMOS产品型号最后的产品型号最后的4位数码都是位数码都是7555。它们的功能和外部引脚的排列完全相同。它们的功能和外部引脚的排列完全相同。(一一)555)555定时器的电路结构定时器的电路结构一、双极型一、双极型555555定时器定时器TRC1UR15k5kC25kUR2&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端uu12348765地2oRDUCC放电端6UCO555uuu高电平触发端高电平触发端高电平触发端高电平触发端电压控电压控电压控电压控制端制端制端制端低电平触发端低电平触发端低电平触发端低电平触发端放电放电放电放电端端端端接地接地接地接地端端端端复位端复位端复位端复位端电源端电源端电源端电源端输出端输出端输出端输出端555555由比较器由比较器由比较器由比较器C C1 1和和和和C C2 2、基本、基本、基本、基本RSRS触发器和集电极开路触发器和集电极开路触发器和集电极开路触发器和集电极开路的放电三极管的放电三极管的放电三极管的放电三极管T T三部分组成。三部分组成。三部分组成。三部分组成。v vOO5 5k k5 5k k5 5k kT TD DGG2 2Q Q Q Q8 84 43 35 56 62 27 71 1+-C C1 1+-C C2 2v vI1I1 THTHv vI2I2 TRTR v vODOD DISCDISCV VCOCOGG1 1GG3 3GG4 4V VCCCC R R D D v vC2C2v vC1C1V VR2R2V VR1R11 5551 555定时器定时器TRC1UR15k5kC25kUR2&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端uu1.1.分压器分压器电压控制端电压控制端55脚悬空时，脚悬空时，；55脚外接控制电压脚外接控制电压U UCOCO时，时，。注：注：当当5 5脚不加控制电压时，通常经过一个脚不加控制电压时，通常经过一个0.01F0.01F的电容接地的电容接地，以抑制干扰。以抑制干扰。1 5551 555定时器定时器TRC1 1UR15k5kC2 25kUR2&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端uu2.2.电压比较器电压比较器U U+UU-时，时，C Ci i1 1；U U+U U-时，时，C Ci i0 0。阈值输入端阈值输入端触发输入端触发输入端3.3.基本基本RSRS触发器触发器R SR SQ Qn+1n+10 00 0不定不定0 10 10 01 01 01 11 11 1Q Qn n异步清零端异步清零端该端为低电平时，电路优先该端为低电平时，电路优先复位，输出端复位，输出端3脚为低电平。脚为低电平。v 触发器触发器能够存储一位二进制信息的基本单元电路。能够存储一位二进制信息的基本单元电路。RD、SD为为1输出不变输出不变基本基本RS触发器触发器1111与非门构成的基本与非门构成的基本RS触发器触发器2.组成结构组成结构1.逻辑符号逻辑符号输出：输出：Q，输入：输入：RD，SD RD=1，SD=1：Q=0，Q=1 RD=1，SD=1：Q=1，Q=0&G1QRD&G2QSDQQRDSDRS&G1QRD&G2QSD两个稳定状态：两个稳定状态：0110RDSDQ Q010 1101 000 不定（不定（X）11 不变不变&G1QRD&G2QSD4.特征表特征表10113.工作原理工作原理1000 RD、SD同时变同时变为为1时，输出不稳时，输出不稳定。定。RD=0，SD=1：Q=1，Q=0 置置0 RD=1，SD=0：Q=0，Q=1 置置1 RD=0，SD=0：Q=1，Q=1，且不稳定且不稳定 RD=1，SD=1：Q，Q 保持不变保持不变0101&G1QRD&G2QSD&G1QRD&G2QSDQ：触发器原端或触发器原端或1端端。RD：置：置0或复位端（低电平有效，逻辑符号上用圆圈表示。）或复位端（低电平有效，逻辑符号上用圆圈表示。）SD：置：置1或置位端（低电平有效）或置位端（低电平有效）Q：触发器非端或：触发器非端或0端端 RDSDQ Q010 1101 000 不定（不定（X）11 不变不变4.特征表特征表QQRDSDRS1 5551 555定时器定时器TRC1UR15k5kC25kUR2&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端放电端uu4.4.放电三极管放电三极管VTVT是一个是一个集电极开路集电极开路的放电三极管。的放电三极管。当当u uO O0 0时，时，VTVT导通；导通；当当u uO O1 1时，时，VTVT截止。截止。二、二、555555定时器的功能定时器的功能1 5551 555定时器定时器TRC1 1UR15k5kC2 25kUR2&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端uu5 5脚不外接控制电压。脚不外接控制电压。定时器的主要功能取决于两个比较器输出对定时器的主要功能取决于两个比较器输出对RSRS触发器和放触发器和放电管电管VTVT状态的控制。状态的控制。1 5551 555定时器定时器不变不变不变不变1 1导通导通0 01 1截止截止1 11 1导通导通0 00 0VTuOu2u6输出输出输入输入555555定时器功能表定时器功能表5 5脚不接控制电压脚不接控制电压，则 ，。TRC1 1UR15k5kC2 25kUR2&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端uu从从555定时器的功能表可以看出几个特点：定时器的功能表可以看出几个特点：1.有两个阈值电平，分别是电源电压的有两个阈值电平，分别是电源电压的1/3和和2/3；2.输出从低到高，从高到低有回差；输出从低到高，从高到低有回差；3.输出端和放电端的状态一致，要通都通，输出端和放电端的状态一致，要通都通，要断都断；要断都断；4.输出与两触发端是反相关系。输出与两触发端是反相关系。二、CMOS型556定时器优点:输入阻抗高、电源电压范围宽、集成度高、功耗低、适于长延时等优点。缺点：驱动能力较差包含两个相同的互相独立的定时包含两个相同的互相独立的定时单元单元，1-6脚和脚和8-13脚分别为两脚分别为两个定时单元的引出脚。个定时单元的引出脚。其具体原理电路和工作原理见教其具体原理电路和工作原理见教材材P92.ICM7556的主要参数见教材的主要参数见教材P93第二节 集成定时器的基本工作方式单稳态工作方式双稳态工作方式无稳态工作方式双稳态触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的区别：双稳态触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的区别：双稳 单稳 多谐 触发信号输出555定时器构成单稳态触发器定时器构成单稳态触发器555定时器构成的单稳态电路如图定时器构成的单稳态电路如图14.3.2所示。所示。初始状态下，没有触发，初始状态下，没有触发，ui是是高电平，所以输出是低电平。高电平，所以输出是低电平。当当ui加上触发低电平时，输出加上触发低电平时，输出将跳变到高电平，放电管关断。将跳变到高电平，放电管关断。放电管关断，电源将经过放电管关断，电源将经过R向向 C充电，充电，uC按指数规律上升。按指数规律上升。此时，此时，ui已经撤消，变为高电平，所以当已经撤消，变为高电平，所以当uC充电到上充电到上限阈值电平（限阈值电平（VCC2/3）时，输出将跳变为低电平。完成一次）时，输出将跳变为低电平。完成一次单稳过程。单稳过程。图图14.3.2 单稳态触发器电路图单稳态触发器电路图 CV TH TL R OUT DIS 直流 L L L通 悬空 2VCC/3 VCC/3 H L L通 交流 2VCC/3 VCC/3 H LH 通断 接地 2VCC/3 VCC/3 H H H断一、一、单稳态触发器单稳态触发器 单稳态触发器暂稳态时间的计算：单稳态触发器暂稳态时间的计算：根据根据uC的波形，由的波形，由过渡过程公式即可计算过渡过程公式即可计算出暂稳态时间出暂稳态时间tw，tw电电容容C从从0V充电到充电到2 VCC/3的时间，根据三要素的时间，根据三要素方程：方程：注意注意:触发输入信号的逻辑电平，在无触发时是高电平，必须大于触发输入信号的逻辑电平，在无触发时是高电平，必须大于2VCC/3,低电平必须小于低电平必须小于1VCC/3，否则触发无效。，否则触发无效。为此需要确定三要素：为此需要确定三要素：uC(0)=0V、uC()=VCC、=RC，当当t=tw时，时，uC(tw)=2 VCC/3代入公式。于是可解出代入公式。于是可解出 这里要注意这里要注意R的取值不能太小，若的取值不能太小，若R太小，当放电管导太小，当放电管导通时，灌入放电管的电流太大，会损坏放电管。图通时，灌入放电管的电流太大，会损坏放电管。图14.3.3是是555定时器定时器 单稳态触发器的示波器波形图，从图中可以看单稳态触发器的示波器波形图，从图中可以看出触发脉冲的低电平和高电平的位置，波形图右侧的一个出触发脉冲的低电平和高电平的位置，波形图右侧的一个小箭头为小箭头为0电位电位。图图14.3.3 555定时器单稳态触发器的示波器波形图定时器单稳态触发器的示波器波形图0电位电位0电位电位单稳态工作方式的一些说明：单稳态工作方式的一些说明：由外界触发由外界触发自动返回自动返回稳定状态稳定状态稳定状态稳定状态暂稳态暂稳态恢复期恢复期工作特性：工作特性：它有它有稳态稳态和和暂稳态暂稳态两个不同的工作状态；两个不同的工作状态；在在外界触发脉冲外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，电路能稳态维持一段时间以后，电路能自动返回稳态自动返回稳态；暂稳态不能长久保持，其维持时间的长短取决于电路自暂稳态不能长久保持，其维持时间的长短取决于电路自身参数，与外界触发脉冲无关。身参数，与外界触发脉冲无关。恢复期：恢复期：VTVT导通，电容导通，电容C C迅速放电，直到使迅速放电，直到使u uC C00，电路又恢复，电路又恢复到稳态。到稳态。暂稳态：暂稳态：u u2 2触发脉冲下降沿到达时（触发脉冲下降沿到达时（），电路进入暂），电路进入暂稳态，稳态，u uO O1 1。当。当 时，时，u uO O0 0，暂稳态结束。，暂稳态结束。几个状态：几个状态：稳态：稳态：无触发信号时，无触发信号时，u uI I为高电平。电容先充电后放电，为高电平。电容先充电后放电，当当u uC C0 0时，电路进入稳态：时，电路进入稳态：u uO O0 0。U0=1时，放电管VT截止的，Vcc经由R对C充电，Uc上升，但阈值比较为2Vcc/3TuI13UCC0uo0tWTWuC023UCCtttUCC48762315uCCuouIRUCC0.01F555波形图波形图 1.1.电电路路对对输输入入触触发发脉脉冲冲的的宽宽度度有有一一定定要要求求，它它必必须须小小于于t tW W。若输入触发脉冲宽度大于若输入触发脉冲宽度大于t tW W时，应在时，应在u u2 2输入端加入输入端加入微分电路微分电路。说明：2.2.输出脉冲宽度输出脉冲宽度t tW W 上式说明：单稳态触发器输出脉冲宽度上式说明：单稳态触发器输出脉冲宽度t tW W仅决定于定仅决定于定时元件时元件R R、C C的取值，且成正比关系，而与输入触发信号和的取值，且成正比关系，而与输入触发信号和电源电压无关，因此调节电源电压无关，因此调节R R、C C的大小，即可方便地改变的大小，即可方便地改变t tW W。矩形脉冲的周期与输入的触发信号周期相同。矩形脉冲的周期与输入的触发信号周期相同。二、单稳态触发器的应用二、单稳态触发器的应用1.1.脉冲整形脉冲整形IutWOu 单稳态触发器能够把输入的单稳态触发器能够把输入的不规则不规则脉冲信号脉冲信号u uI I，整，整形为具有一定幅度和一定宽度的标准形为具有一定幅度和一定宽度的标准矩形脉冲矩形脉冲u uO O。u uO O的的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度t tW W决定决定于定时元件于定时元件R R和和C C。单稳态触发器的整形波形单稳态触发器的整形波形2.2.脉冲延时脉冲延时 脉冲延时电路一般要用脉冲延时电路一般要用两个两个单稳态触发器完成。单稳态触发器完成。延延时时间为时时间为t tW1W1，它决定于第一级单稳态触发器的定时元件，它决定于第一级单稳态触发器的定时元件R R和和C C。11uIu0（tW1）(tW2）3.3.定时定时 由于由于单稳触发器可产生宽度为单稳触发器可产生宽度为t tW W的矩形脉冲的矩形脉冲，利用，利用这个矩形脉冲去控制某电路使它在这个矩形脉冲去控制某电路使它在t tW W的时间内动作或不的时间内动作或不动作，这就是单稳态触发器的动作，这就是单稳态触发器的定时作用定时作用。定时时间为。定时时间为t tW W，可通过调节定时元件，可通过调节定时元件R R和和C C来调节定时时间。来调节定时时间。1&uIOuuO单稳与门uFtWuIuOuFOu单稳态触发器的定时波形单稳态触发器的定时波形二、双稳态工作方式二、双稳态工作方式工作特性：工作特性：具有具有两个稳态两个稳态；属于属于电平触发电平触发，缓慢变化的信号也可以作为输入信号，缓慢变化的信号也可以作为输入信号，当输入信号达到某一特定值时，输出电平就发生突变；当输入信号达到某一特定值时，输出电平就发生突变；输入信号从低电平输入信号从低电平上升时上升时，电路状态转换时对应的输入，电路状态转换时对应的输入电平，与输入信号从高电平电平，与输入信号从高电平下降时下降时对应的对应的输入转换电平不同输入转换电平不同。uo0UU+uI电电压压传传输输特特性性输入信号输入信号上升上升时对应的转换电平时对应的转换电平U U+，称为，称为正向正向阈值电压；阈值电压；输入信号输入信号下降下降时对应的转换电平时对应的转换电平U U ，称为，称为负向负向阈值电压；阈值电压；差值差值UUU U+U U-，称为回差电压。，称为回差电压。反向输出施密特触发器反向输出施密特触发器一、一、555555定时器构成的施密特触发器定时器构成的施密特触发器1.1.电路结构和逻辑符号电路结构和逻辑符号846210.01F3UCCuIuo5555RSQ00110101不变110综之：综之：当当5 5脚不接控制电压时，脚不接控制电压时，当当5 5脚接控制电压脚接控制电压U UCOCO时，比较电压变为时，比较电压变为U UCOCO和（和（1/21/2）U UCOCO，uot00uI13UCC23UCCtUU+uOHuOL2.2.工作原理工作原理(1)(1)上升过程：上升过程：时，时，u uO O1 1；时，时，u uO O保持不变；保持不变；时，输出时，输出翻转翻转u uO O0 0。(2)(2)下降过程：下降过程：时，时，u uO O0 0；时，时，u uO O保持不变；保持不变；时，输出时，输出翻转翻转u uO O1 1。5 5脚经过脚经过0.010.01FF电容接地，容接地，则 ，。二、应用二、应用1.1.波形变换波形变换可以将可以将边沿变化缓慢边沿变化缓慢的周期性信号变换成边沿陡峭的的周期性信号变换成边沿陡峭的矩形矩形脉冲脉冲信号。信号。2.2.波形整形波形整形可以将可以将不规则的波形整形为矩形波不规则的波形整形为矩形波。若适当增大回差电压，。若适当增大回差电压，可提高电路的抗干扰能力。可提高电路的抗干扰能力。回差电压是由回差电压是由5脚接入的控制脚接入的控制电压电压UCO来控制的。来控制的。uot0uot0uIt0U+UU(a)(b)(c)从从一一系系列列幅幅度度不不同同的的脉脉冲冲信信号号中中选选出出幅幅度度大大于于正正向向阈值电压阈值电压U U+的输入脉冲的输入脉冲，即对幅度进行鉴别。即对幅度进行鉴别。3.3.幅度鉴别幅度鉴别uIU+Ut0uo0t同向输出施密特触发器同向输出施密特触发器4.4.构成多谐振荡器构成多谐振荡器工作原理：工作原理：电容上初始电压为零，即电容上初始电压为零，即u uI I0 0，则，则u uO O1 1，并经，并经R R向向C C充电，当充至充电，当充至u uI IU U+时，输出翻转时，输出翻转u uO O0 0。电容。电容C C又经又经R R进行放电，当放电至进行放电，当放电至u uI IU U-时，输出翻转时，输出翻转u uO O1 1。三、无稳态工作方式三、无稳态工作方式自由多谐振荡器自由多谐振荡器多谐振荡器是一种常用的多谐振荡器是一种常用的多谐振荡器是一种常用的多谐振荡器是一种常用的脉冲信号产生电路脉冲信号产生电路脉冲信号产生电路脉冲信号产生电路。工作特性：工作特性：无稳态无稳态，具有两个暂稳态；，具有两个暂稳态；自激振荡器自激振荡器在接通电源后，不需外加触发信号，在接通电源后，不需外加触发信号，便能自动产生矩形脉冲；便能自动产生矩形脉冲；矩形波中除基波外，还含有丰富的高次谐波故称矩形波中除基波外，还含有丰富的高次谐波故称为为多谐振荡器多谐振荡器。自动触发自动触发自动返回自动返回暂稳态暂稳态0暂稳态暂稳态1暂稳态暂稳态0555555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器1.1.电路结构电路结构48762315CUCCR1R2555uo0.01FuCuC13UCCuo0T123UCCttUCCT202.2.工作原理工作原理 接通电源后，电容接通电源后，电容C C来不及充电，来不及充电，u uc c0 0，则，则u uO O1(1(第一个第一个暂稳态暂稳态)，VTVT截止。这时截止。这时UccUcc经经R R1 1和和R R2 2向向C C充电，当充至充电，当充至u uc c2/3Ucc2/3Ucc时，输出翻转时，输出翻转u uO O0(0(第二个暂稳态第二个暂稳态)，VTVT导通；这时电导通；这时电容容C C经经R R2 2和和VTVT放电，当降至放电，当降至u uc c1/3Ucc1/3Ucc时，输出翻转时，输出翻转u uO O1 1。3.3.参数的估算参数的估算电容充电时间电容充电时间T T1 1：电容放电时间电容放电时间T T2 2：电路振荡周期电路振荡周期T T：uC13UCCuo0T123UCCttUCCT20T电路振荡频率电路振荡频率f f：通过改变通过改变R R、C C的参数可改变振荡周期和振荡频率。的参数可改变振荡周期和振荡频率。输出波形占空比输出波形占空比D D：若若R R2 2RR1 1，则，则D D1/21/2，即输出为对称方波。，即输出为对称方波。（D50）4.4.改进电路占空比可调的多谐振荡器改进电路占空比可调的多谐振荡器 利用二极管的利用二极管的单向导电性单向导电性，把电容，把电容C C充电和放电回路充电和放电回路隔离隔离开来，再加上一个开来，再加上一个可调电位器可调电位器R RW W，便可构成占空比，便可构成占空比可调的多谐振荡器。可调的多谐振荡器。电容充电时间电容充电时间T T1 1：T T1 10.7R0.7R1 1C C电容放电时间电容放电时间T T2 2：T T2 20.7R0.7R2 2C C输出波形占空比输出波形占空比D D：电路振荡周期电路振荡周期T T：T TT T1 1+T+T2 20.7(R0.7(R1 1+R+R2 2)C)C若若R R1 1=R=R2 2，则，则D=50%D=50%。847623UCCR1R2555RWuo0.01FCVD2VD1515.5555.555定时器构成的振荡器应用实例模拟声响发生器定时器构成的振荡器应用实例模拟声响发生器 将振荡器将振荡器A A的输出电压的输出电压u uo1o1，接到振荡器，接到振荡器B B中中555555定时器的定时器的复位端复位端（4 4脚）。当脚）。当u uo1o1为高电平时振荡器为高电平时振荡器B B振荡，当振荡，当u uo1o1为低为低电平时电平时555555定时器复位，振荡器定时器复位，振荡器B B停止振荡。这样，停止振荡。这样，扬声器扬声器便发出便发出“呜呜呜呜”的间歇声响的间歇声响。84762351555A0.01FCR1AR2A847623155550.01FCR1BR2BRduo18uo25FUCCuo1uo2(a)(b)B 当频率为谐振频率当频率为谐振频率f f0 0时，时，石英晶体的等效阻抗最小，石英晶体的等效阻抗最小，信号最容易通过，而其它频信号最容易通过，而其它频率信号均被衰减掉。率信号均被衰减掉。晶体的晶体的选频特性极好选频特性极好。为为了了提提高高振振荡荡器器的的频频率率稳稳定定度度，往往往往使使用用石石英英晶晶体体多谐振荡器。多谐振荡器。二、石英晶体多谐振荡器二、石英晶体多谐振荡器555555构成的多谐振荡器的特点：构成的多谐振荡器的特点：优点：工作可靠，调节方便。优点：工作可靠，调节方便。缺点：振荡频率不能太高，一般不超过几百千赫；缺点：振荡频率不能太高，一般不超过几百千赫；受电源波动、温度变化等影响，受电源波动、温度变化等影响，频率稳定性较差频率稳定性较差。f f0 0只与晶体的材料、几只与晶体的材料、几何形状和尺寸大小有关，何形状和尺寸大小有关，而与电路中的而与电路中的R R、C C数值无数值无关。关。输出频率稳态性很高输出频率稳态性很高。X0f0f石英晶体的石英晶体的图形符号和电抗频率特性图形符号和电抗频率特性石英晶体的固有石英晶体的固有频率或谐振频率频率或谐振频率石英晶体振荡器石英晶体振荡器电电阻阻R R1 1、R R2 2的的作作用用：保保证证两两个个反反相相器器在在静静态态时时都都能能工工作作在在线线性性放放大大区区。对对TTLTTL反反相相器器，常常取取R R0.7k0.7k2k2k，而而对对于于CMOSCMOS门，则常取门，则常取R R10M10M；CC1 1是耦合电容；是耦合电容；CC2 2的作用：抑制高次谐波。的作用：抑制高次谐波。电路的振荡频率等于石英晶体的谐振频率电路的振荡频率等于石英晶体的谐振频率f f0 0。11RRC1f0G1G2C2秒脉冲发生器秒脉冲发生器CMOSCMOS石英晶体多谐振荡器产生石英晶体多谐振荡器产生f f=32768Hz=32768Hz的基准信号；的基准信号；经经TT触发器构成的触发器构成的1515级级异步计数器异步计数器分频分频后，便可得到稳后，便可得到稳定度极高的定度极高的秒脉冲信号秒脉冲信号。这种秒脉冲发生器可做为各种这种秒脉冲发生器可做为各种计时系统的基准信号源计时系统的基准信号源。第三节 集成定时器555/556的应用一、定时电路 工作方式：单稳态方式(一)短时定时电路 利用集成定时器的暂稳态作为定时时间(输出为高电平)。阈值电压 ，触发电平 。电路工作过程如下：曝光定时器曝光定时器48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS若若S打开打开,则则 ui =1;若若S合上合上,则则 ui =0。0t0t0tuiuCTuo2VCC/3TWTH 2VCC/3,TR VCC/3 555输出为低电平输出为低电平 按钮按钮 S 处于打开状态时：处于打开状态时：uo=0,555内的三极管内的三极管V导导通通,电容电容 CT 被短路放电被短路放电0tui0tuCT2VCC/30tuo48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS0tui0tuCT2VCC/30tuo按一下按一下 S,TR VCC/3 ,已有已有 TH 2VCC/3,且且已已 有有 TR VCC/3,uo=0;555内的晶体管内的晶体管V也由截也由截止变成导通止变成导通,电容电容CT 迅迅速放电而变成速放电而变成 0V。0tui0tuCT2VCC/30tuo48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS可以看出可以看出:按钮每按动一次按钮每按动一次,uo 便便输出一个正脉冲输出一个正脉冲,其宽度其宽度 TW 由由 RT CT 决定决定。0tui0tuCT2VCC/30tuo48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS按一下按一下按钮按钮 S未按未按uo0J的线圈的线圈不通电不通电J 的触点的触点不动作不动作红灯红灯 白灯白灯亮亮灭灭1通电通电闭合闭合亮亮灭灭白灯白灯亮的时间即为曝光时间亮的时间即为曝光时间 TWTW =1.1 RT CT48162357uouiVCCRRTCTDTHTRSuoJJ红红白白D1D2由上式看出，RT用于调节用于调节CT充电时间常数，充电时间常数，改变延时时间，即微调曝光时间。改变改变延时时间，即微调曝光时间。改变CT的大小，可以改变延时时间的倍率，即曝的大小，可以改变延时时间的倍率，即曝光时间的倍率调整。光时间的倍率调整。其中为触摸金属片（或导线）。无触发脉冲输入时，其中为触摸金属片（或导线）。无触发脉冲输入时，555的输出的输出V为为“”，发光二极管不亮。当用手触摸金属片时，相当于，发光二极管不亮。当用手触摸金属片时，相当于端输入一端输入一负脉冲，负脉冲，555的内部比较器翻转，使输出的内部比较器翻转，使输出V变为高电平变为高电平“”，发光，发光二极管亮，直至电容上的电压充到二极管亮，直至电容上的电压充到V2V/为止。发光二极管亮为止。发光二极管亮的时间的时间TW1.11.1s。用于触摸报警、触摸报时、触摸控制等。电路输出信号的高低电平用于触摸报警、触摸报时、触摸控制等。电路输出信号的高低电平与数字逻辑电平兼容。图中，为高频滤波电容，以保持与数字逻辑电平兼容。图中，为高频滤波电容，以保持的基准电压稳定，一般取的基准电压稳定，一般取。用来滤除电源电流跳变引。用来滤除电源电流跳变引入的高频干扰，一般取入的高频干扰，一般取设输入信号为一列脉冲串，第一个负脉冲触发端后，输出设输入信号为一列脉冲串，第一个负脉冲触发端后，输出变为高电平，电容开始充电，如果变为高电平，电容开始充电，如果 ，由于未达到，由于未达到，将一直保持为高电平，截止。这段时间内，将一直保持为高电平，截止。这段时间内，输入负脉冲不起作用。当达到时，输出很快输入负脉冲不起作用。当达到时，输出很快变为低电平，下一个负脉冲来到，输出又上跳为高电平，电容又变为低电平，下一个负脉冲来到，输出又上跳为高电平，电容又开始充电，如此周而复始。输出脉冲的延迟时间为：开始充电，如此周而复始。输出脉冲的延迟时间为：输出脉冲的周期为输出脉冲的周期为分频系数主要由延迟时间决定，由于时间常数可以取得分频系数主要由延迟时间决定，由于时间常数可以取得很大，故可获得很大的分频系数很大，故可获得很大的分频系数。S1:起动按钮起动按钮S2:停车停车按钮按钮微电机起动停车控制电路微电机起动停车控制电路4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微电机微电机555RD 仅按下起动按钮仅按下起动按钮 S1,则则 TR VCC/3;未按未按 S2,当当然然 TH VCC/3,TH 2VCC/3,未按未按 S1,当然当然TR VCC /3,这时这时 uo=0,电机停止运行电机停止运行。如果松开如果松开 S2,电机仍电机仍不转动不转动。4816235S2S1RRCVCCTHTRM微电机微电机555uoTHTR大于大于大于大于小于小于小于小于小于小于大于大于保持保持uo01VCC/32VCC/3VCC/32VCC/32VCC/3VCC/3阈值端阈值端触发端触发端二、波形发生器与调制器二、波形发生器与调制器工作方式：无稳态方式工作方式：无稳态方式(多谐振荡多谐振荡)功能：组成方波、三角波、锯齿波等各种波形发生功能：组成方波、三角波、锯齿波等各种波形发生器。器。(一一)方波发生器方波发生器占空系数可调发生器占空系数可调发生器(二二)数控脉冲发生器数控脉冲发生器又称为数字又称为数字/频率转换器频率转换器(DFC),具有用数字信号控具有用数字信号控制振荡器的振荡频率，将制振荡器的振荡频率，将数字信号转换成频率信号数字信号转换成频率信号的功能。如左图所示，由的功能。如左图所示，由555,10位位D/A转换器转换器5G7520、5G28(F3410)构成。构成。在该电路中，定时器的在该电路中，定时器的阈值电压阈值电压为为Vth1=-Vcc/3,触发电平触发电平Vth2=-2Vcc/3。5G7520将输入的将输入的N位数字信号位数字信号D转换成数值大小与转换成数值大小与D成正成正比的输出电流比的输出电流io2，并经运放，并经运放A和三极管和三极管T对定时电容对定时电容CT充电，充电，当电当电容电压升至阈值电压时，定时器输出低电平，容电压升至阈值电压时，定时器输出低电平，CT放电放电，当电容电压当电容电压降至触发电平时，定时器输出高电平，降至触发电平时，定时器输出高电平，CT充电充电，周而复始形成振荡。，周而复始形成振荡。CT的充电速率和的充电速率和5G7520的输出电流的大小成正比。而该输出电流的输出电流的大小成正比。而该输出电流的大小又与输入的数字量的大小又与输入的数字量D成正比，因此振荡频率受到数字信号控成正比，因此振荡频率受到数字信号控制，实现制，实现D/F转换。转换。(二二)数控脉冲发生器数控脉冲发生器在该电路中，在该电路中，Rw调节调节D/A转换器的基准电压转换器的基准电压VR，以调整振荡频率，以调整振荡频率范围，增大范围，增大Rw的值，的值，VR降低，降低，5G7520输出电流输出电流io2满量程值减小，满量程值减小，振荡频率降低，反之频率升高。振荡频率降低，反之频率升高。运放运放A和三极管和三极管T作用：作用：1.提供提供CT充电电流充电电流 2.使使5G7520D/A转换器的输出端转换器的输出端2引脚维持低电平。引脚维持低电平。(三三)三角波发生器三角波发生器由由ICM7556构成。构成。如左图，如左图，T1、D1、R1、Dz1以及以及T2、D2、R2、Dz2构成两个开关电源，为定时构成两个开关电源，为定时电容电容CT提供充放电电流。提供充放电电流。T3受定时器输出端电压控制，它用于控制两个开关电源的工作状态。受定时器输出端电压控制，它用于控制两个开关电源的工作状态。工作过程：当定时器输出为高电平时，工作过程：当定时器输出为高电平时，T3导通，其集电极电压近似导通，其集电极电压近似为零，所以为零，所以T2(NPN)截止，截止，T1(PNP)导通导通,CT充电，电压上升，当充电，电压上升，当CT电压升至大于、等于阈值电平的时候，输出电平降为低电平。电压升至大于、等于阈值电平的时候，输出电平降为低电平。T3截止，其集电极电压为高电平，截止，其集电极电压为高电平，T1截止，截止，T2导通，导通，CT放电，电放电，电压下降，当电容电压降至小于、等于触发电平时，定时器输出又变压下降，当电容电压降至小于、等于触发电平时，定时器输出又变为高电平，为高电平，CT再充电，循环往复，在输出端便可获得如图所示信号。再充电，循环往复，在输出端便可获得如图所示信号。(四四)锯齿波发生器锯齿波发生器由由NE555构成。构成。如左图，如左图，NE555工作在无稳工作在无稳态方式，阈值电平约为态方式，阈值电平约为3.3V，触发电平约为，触发电平约为1.67V。T为为射极输出器，射极输出器，C2和和R1构成构成自举电路，自举电路，(R1+R2)R3、R5。工作过程：工作过程：555置位时，置位时，+VCC通过通过R1、R2、R3对对CT充电，充电，B点电点电压和射极输出器输出电压压和射极输出器输出电压Vo随之上升，同时因为自举耦合电容随之上升，同时因为自举耦合电容C2的影响，的影响，A点电压也随点电压也随CT的充电而上升，当的充电而上升，当Vct上升到阈值电平大上升到阈值电平大小时，小时，NE555变为复位状态，变为复位状态，CT经经R3及及555内部的三极管迅速放电，内部的三极管迅速放电，输出端得到如图所示锯齿波。输出端得到如图所示锯齿波。(五五)脉冲调制器脉冲调制器1.脉宽调制器脉宽调制器当5端悬空时，阈值电平Vth1=2Vcc/3,触发电平Vth2=Vcc/3；当5端加入控制电压时（调制信号），使得阈值电平Vth1和触发电平Vth2发生改变，即改变定时电容CT充放电的速率。由于充电速率变，即只改变放电速率，Vth1随调制信号改变，使得输出正脉冲宽度随之改变（555复位时间随之改变）(五五)脉冲调制器脉冲调制器2.脉位调制器脉位调制器当5端加入控制电压时（调制信号），使得阈值电平Vth1和触发电平Vth2发生改变，即改变定时电容CT充放电的速率随之改变，最终使得555输出端3的输出正向脉冲的位置和宽度均发生改变，实现双重调制。1救护车铃声模拟电路救护车铃声模拟电路图图中中，IC1555组组成成频频率率为为1Hz的的振振荡荡电电路路，IC2555组组成成高高频频振振荡荡器器，其其振振荡荡频频率率被被频频率率为为1Hz的的振振荡荡器器调调制制，即即当当IC1的的脚脚输输出出高高电电平平时时，IC2振振荡荡器器的的振振荡荡频频率率低低；当当IC1的的脚脚输输出出低低电电平平时时，IC2振振荡荡器器的的振振荡荡频频率率高高，这这样样就就导导致致扬扬声器中发出声器中发出“滴滴-嘟、滴嘟、滴-嘟嘟”的声响。的声响。2高压产生电路高压产生电路 图中，图中，IC555时基电路与电阻时基电路与电阻R1、R2和电容和电容C1、C2组成无稳态振荡电路，组成无稳态振荡电路，当电源接通后，电路产生高频振荡，直接推动功率放大管当电源接通后，电路产生高频振荡，直接推动功率放大管BG，经放大后，经放大后的振荡电流由升压变压器的振荡电流由升压变压器B的升压，再经高压硅堆整流，即可得到的升压，再经高压硅堆整流，即可得到35kV的直流高压，可用于负离子发生器及静电吸尘等方面。的直流高压，可用于负离子发生器及静电吸尘等方面。BG的的25，BVCEO50V。B可选用可选用229305cm（912英寸）电视机行输出变英寸）电视机行输出变压器，高压包不动，低压包用压器，高压包不动，低压包用05mm左右的高强度添包线，绕左右的高强度添包线，绕2530圈，也可直接使用摩托车上的点火线圈。圈，也可直接使用摩托车上的点火线圈。D为为15kV的高压硅堆。的高压硅堆。3、玩具电子琴电路 IC555组成自激多谐振荡器，在组成自激多谐振荡器，在脚与电源之间加入一组音调电阻脚与电源之间加入一组音调电阻R1R15，即是一架玩具电子琴。未按琴键，即是一架玩具电子琴。未按琴键K1K5时，时基电路时，时基电路555不不振荡，扬声器不发声；按下某一琴键时，扬声器依振荡，扬声器不发声；按下某一琴键时，扬声器依555的振荡频率，的振荡频率，发出相应的声响。发出相应的声响。电阻电阻R1R15的选择调整方法，是用一只的选择调整方法，是用一只60100k的电位器，先接的电位器，先接入电路，从高音（或低音）开始，转动电位器，使扬声器发出一个起入电路，从高音（或低音）开始，转动电位器，使扬声器发出一个起始的标准音阶，测出电位器的阻值，并换上相同阻值的固定电阻，这始的标准音阶，测出电位器的阻值，并换上相同阻值的固定电阻，这样即可确定各音阶所需的电阻阻值。样即可确定各音阶所需的电阻阻值。4、大功率循环彩灯控制电路 当时基电路当时基电路IC1的的脚输出高电平时，双向可控硅脚输出高电平时，双向可控硅SCR1被触发导通，被触发导通，由它控制的一路灯泡点亮；与此同时，由它控制的一路灯泡点亮；与此同时，IC1脚输出的高电平经二极管脚输出的高电平经二极管D1、电阻、电阻R3对电容对电容C3充电，当充电，当C3上的充电电压达到上的充电电压达到23电源电压时，电源电压时，IC2的的、脚因处高电位而复位，则脚因处高电位而复位，则IC2的的脚转为低电平，双向可脚转为低电平，双向可控硅控硅SCR2因失去触发电压而关断，它所控制的一路灯泡熄灭；与此同因失去触发电压而关断，它所控制的一路灯泡熄灭；与此同时，因时，因IC2的的脚输出低电平，则脚输出低电平，则IC3置位，置位，脚输出高电平，使可控脚输出高电平，使可控硅硅SCR3触发导通，它所控制的一路灯泡点亮，而触发导通，它所控制的一路灯泡点亮，而IC3又控制又控制IC1复位，复位，使使SCR1控制的灯泡熄灭，从而进行周而复始地循环，实现了彩灯变换。控制的灯泡熄灭，从而进行周而复始地循环，实现了彩灯变换。5、单电源变双电源电路 时基电路时基电路555接成无稳态电路，接成无稳态电路，3脚输出频率为脚输出频率为20KHz、占空比为、占空比为1：1的方的方波。波。3脚为高电平脚为高电平 时，时，C4被充电；低电平时，被充电；低电平时，C3被充电。由于被充电。由于VD1、VD2的存在，的存在，C3、C4在电路中只充电不放电，充电最大值为在电路中只充电不放电，充电最大值为EC，将，将B端接地，端接地，在在A、C两端就得两端就得 到到+/-EC的双电源。本电路输出电流超过的双电源。本电路输出电流超过50mA。6、直流电机控速电路这是一个占空比可调的脉冲这是一个占空比可调的脉冲振荡器。电机振荡器。电机M是用它的输是用它的输出脉冲驱动的，脉冲占空比出脉冲驱动的，脉冲占空比越大，电机电驱电流就越小，越大，电机电驱电流就越小，转速减慢；脉冲占空比越小，转速减慢；脉冲占空比越小，电机电驱电流就越大，电机电驱电流就越大，转速转速加快。因此调节电位器加快。因此调节电位器RP的的数值可以调整电机的速度。数值可以调整电机的速度。如电极电驱电流不大于如电极电驱电流不大于200mA时，可用时，可用CB555直接直接驱动；如电流大于驱动；如电流大于200mA，应增加驱动应增加驱动 级和功放级。级和功放级。图中图中VD3是续流二极管。在功放管截止期间为电驱电流提供通路，既保证电是续流二极管。在功放管截止期间为电驱电流提供通路，既保证电驱电流的连续性，又防止电驱线圈的自感反电动势损坏功放管。电容驱电流的连续性，又防止电驱线圈的自感反电动势损坏功放管。电容C2和电和电阻阻R3是是 补偿网络，它可使负载呈电阻性。整个电路的脉冲频率选在补偿网络，它可使负载呈电阻性。整个电路的脉冲频率选在35千赫千赫之间。频率太低电机会抖动，太高时因占空比范围小使电机调速范围减小。之间。频率太低电机会抖动，太高时因占空比范围小使电机调速范围减小。用用555制作的制作的D类放大器类放大器 由由IC 555和和R1、R2、C1等组成等组成100KHz可控多谐可控多谐振荡器，占空比为振荡器，占空比为50%，控制端控制端5脚输入音频信号，脚输入音频信号，3脚便得到脉宽与输入信脚便得到脉宽与输入信号幅值成正比的脉冲信号，号幅值成正比的脉冲信号，经经L、C3接调、滤波后推接调、滤波后推动扬声器。动扬声器。思考题：计算此多谐振荡器的振荡周期和输出脉冲占空比？作业：1.简述555定时器的内部结构和工作原理。2.由555构成的多谐振荡器如何形成两个暂稳态。3.3-2谢谢！