项目四集成定时器

数,电,字,技,子,术,广西机电职业技术学院电气系,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,数,电,字,技,子,术,广西机电职业技术学院电气系,项目四 集成定时器,1,这一种中规模单片集成电路，使用灵活方便，性能优良，,只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器等。,目前生产的定时器有双极型和CMOS两种类型。,双极型产品,：,国产的有F555、5555、51555等，国外的有NE555等,555定时器工作的电源电压很宽，并可承受较大的负载电流。,双极型,定时器电源电压范围为,516V,，最大负载电流可达200mA；,CMOS,定时器电源电压范围为,318V,，最大负载电流在4mA以下。,CMOS产品,：,国产的有CC7555，国外的有ICM7555、ICM7556等。,556是双定时器，片内封装有含两个独立的555电路。,定时器（timer）,又称时基电路。集成555定时器是一种兼容模拟和数字于同一硅片的中规模集成电路。因其内部有三个5k,的分压电阻而得名。,（1） 555 定时器简介,一、555 定时器的工作原理和逻辑功能,常见555定时器外形,1,2,3,4,5,6,7,8,2,（2）555,定时器的电路结构与符号,C,1,C,2,G,3,Q,Q,G,1,G,2,R,S,V,R,5 k,5 k,5 k,U,R1,U,R2,GND,V,CC,R,D,OUT,CO,555,TH,TR,DIS,电路符号,6,2,7,1,5,3,8,4,3,OUT,输出端,8,V,CC,电源端,4,R,D,直接置0端,DIS,7,放电端,TH,6,阈值输入端,TR,2,触发输入端,CO,5,控制电压输入端,GND,1,接地端,集电极开路输出端,U,R1,U,R2,构成,电阻分压器,，为比较器,C,1,、,C,2,提供两个参考电压，,U,R1,= 2/3,V,CC,，,U,R2,= 1/3,V,CC,。,输出缓冲器,OUT,=,Q,构成,基本,RS,触发器,，决定电路输出。,放电管,，其输入为,Q,，输出为开路集电极。,Q,构成,电压比较器,，比较,TH,与,U,R1,和,TR,与,U,R2,的大小。,3,（3）555,定时器的工作原理与逻辑功能,1,0,1,导通,定时器,5G,555,的,功能表,不变,不变,1,截止,1,1,导通,0,1,导通,0,0,V 状态,OUT,=,Q,R,D,TR,TH,输 出,输 入,直接置 0 端,R,D,低电平有效，,优先级最高。,不用时应使其为 1。,4,不变,不变,1,截止,1,1,导通,0,1,导通,0,0,V 状态,OUT,=,Q,R,D,TR,TH,输 出,输 入,定时器,5G,555,的,功能表,0,1,导通,0,1,1,0,（2）555,定时器的工作原理与逻辑功能,5,（2）555,定时器的工作原理与逻辑功能,不变,不变,1,截止,1,1,导通,0,1,导通,0,0,V 状态,OUT,=,Q,R,D,TR,TH,输 出,输 入,定时器,5G,555,的,功能表,1,0,截止,1,0,0,1,6,（2）555,定时器的工作原理与逻辑功能,不变,不变,1,截止,1,1,导通,0,1,导通,0,0,V 状态,OUT,=,Q,R,D,TR,TH,输 出,输 入,定时器,5G,555,的,功能表,1,1,7,简化,功能表,不变,不变,1,截止,1,1,导通,0,1,导通,0,0,V 状态,OUT,R,D,输 出,输 入,TR,TH,使用要点,(,1,),R,D,低电平有效,优先级最高， 不用时应接高电平。,通常不用,CO,端，为了提高电路工作稳定性，将其通过,0.01,F,电容接地。,(,3,),TR,低电平有效，,TH,高电平 有效，因此，,TH,加低电平、,TR,加高电平时为非有效电 平，电路状态不变。,(,4,),输出,0,时，,Q,=,1，因此,V,导通；输出,1,时，,Q,=,0，故,V,截止。,(,5,),注意：,TH,电平高低是与,2/3,V,CC,相比较，,TR,电平高低是与 1/3,V,CC,相比较。,若控制输入端,CO,加输入电压,u,CO,，则,U,R1,=,u,CO,U,R2,=,u,CO,/2，故,TH,和,TR,电平高低的比较值将变成,u,CO,和,u,CO,/2。,(,2,),TH,和,TR,均为高电平时输出,0,，均为低电平时输出,1,。,8,GND,V,CC,R,D,OUT,CO,555,TH,TR,DIS,V,CC,0.01,F,R,1,C,u,O,u,C,-,+,R,2,二、用 555 定时器组成多谐振荡器,(一),电路结构,DIS,V,CC,R,1,TH,TR,GND,V,CC,R,D,CO,0.01,F,OUT,u,O,C,u,C,-,+,R,2,9,(二)工作原理、工作波形与周期估算,u,C,O,t,O,u,O,t,U,OL,U,OH,t,WH,t,WL,充电,U,OH,TH,=,TR,=,u,C,很小,接通,V,CC,后,，开始时,TH,=,TR,=,u,C,0,，,u,O,为高电平，,放电管截止，,V,CC,经,R,1,、,R,2,向,C,充电，,u,C,上升,，这时,电路,处于暂稳态,。,工作原理,10,(二)工作原理、工作波形与周期估算,u,C,O,t,O,u,O,t,U,OL,U,OH,t,WH,t,WL,U,OL,TH,=,TR,2/3,V,CC,当,u,C,上升到,TH,=,TR,=,u,C,2/3,V,CC,时，,u,O,跃变为低电平，,同时放电管 V 导通，,C,经,R,2,和 V,放电，,u,C,下降,，电路进入,暂稳态 ,。,工作原理,接通,V,CC,后,，开始时,TH,=,TR,=,u,C,0,，,u,O,为高电平，,放电管截止，,V,CC,经,R,1,、,R,2,向,C,充电，,u,C,上升,，这时,电路,处于暂稳态,。,放电,11,当,u,C,下降到,TH,=,TR,=,u,C,1/3,V,CC,时，,u,O,重新跃变为高电平,，同时放电管 V 截止，,C,又被,充电，,u,C,上升,，电路又,返回到暂稳态,。,(二)工作原理、工作波形与周期估算,u,C,O,t,O,u,O,t,U,OL,U,OH,t,WH,t,WL,TH,=,TR,1/3,V,CC,工作原理,当,u,C,上升到,TH,=,TR,=,u,C,2/3,V,CC,时，,u,O,跃变为低电平，,同时放电管 V 导通，,C,经,R,2,和 V,放电，,u,C,下降,，电路进入,暂稳态 ,。,接通,V,CC,后,，开始时,TH,=,TR,=,u,C,0,，,u,O,为高电平，,放电管截止，,V,CC,经,R,1,、,R,2,向,C,充电，,u,C,上升,，这时,电路,处于暂稳态,。,12,(二)工作原理、工作波形与周期估算,电容,C,如此循环充电和放电，使电路产生振荡，输出矩形脉冲。,u,C,O,t,O,u,O,t,U,OL,U,OH,t,WH,t,WL,周期与占空比估算,t,WH,0.7 (,R,1,+,R,2,),C,t,WL,0.7,R,2,C,T,=,t,WH,+,t,WL,0.7 (,R,1,+ 2,R,2,),C,13,这种振荡器输出波形的占空比为：,充电时D,1,导通D,2,截止,放电时D,2,导通D,1,截止,(三),占空比可调的多谐振荡器,14,GND,V,CC,R,D,OUT,CO,555,TH,TR,DIS,V,CC,0.01,F,R,1,C,+,R,2,R,P1,R,P2,例,指出右图中控制扬声器鸣响与否和调节音调高低的分别是哪个电位器？若原来无声，如何调节才能鸣响？欲提高音调，又该如何调节？,解：,R,1,、,R,2,、,R,P1,和,C,共同构成定时元件，因此调节,R,P1,可调节音调高低。,欲提高音调，则应减小,R,P1,，因此触头应下移。,R,P2,调节,R,P2,可控制,R,D,为 0 或 1，从而控制振荡器工作与否，因此能控制扬声器鸣响与否。,调节,R,P2,使触头左移至适当位置，可使,R,D,= 1，使扬声器鸣响。,R,P1,15,例,模拟声响电路,将振荡器的输出电压,u,o1,接到振荡器中555定时器的复位端（4脚），当,u,o1,为高电平时振荡器振荡，为低电平时555定时器复位，振荡器停止震荡。,思考：,该电路的模拟,声响频率是多少？,16,GND,V,CC,R,D,OUT,CO,555,TH,TR,DIS,V,CC,0.01,F,R,C,u,I,u,O,u,C,-,+,三、用555 定时器组成单稳态触发器,(一),电路结构,DIS,TH,V,CC,R,R、C,为定时元件,TR,u,I,OUT,u,O,GND,V,CC,R,D,CO,0.01,F,C,u,C,-,+,17,(二)工作原理、工作波形与参数估算,1. 稳定状态,接通电源后,V,CC,经,R,向,C,充电，使,u,C,上升。,u,C,O,t,O,u,O,t,U,OL,U,OH,t,WO,O,t,U,IH,u,I,t,WI,V,CC,该电路,触发信号为负脉冲,，不加触发信号时，,u,I,=,U,IH,(,应,1/3,V,CC,),。,当,u,C, 2/3,V,CC,时，满足,TR,=,u,I, 1/3,V,CC,，,TH,=,u,I, 2/3,V,CC,因此,u,O,为低电平，V 导通，电容,C,经放电管 V 迅速放电完毕，,u,C,0 V。,这时,TR,=,U,IH, 1/3,V,CC,，,TH,=,u,C,0, 2/3,V,CC,，,u,O,保持低电平不变。因此，,稳态时,u,C,0 V，,u,O,为低电平。,充电,工作原理,导通,放电,V,u,C,O,t,O,u,O,t,U,OL,U,OH,t,WO,O,t,U,IH,u,I,t,WI,V,CC,0V,U,OL,U,IH,18,2. 触发进入暂稳态,(二)工作原理、工作波形与参数估算,u,C,O,t,O,u,O,t,U,OL,U,OH,t,WO,O,t,U,IH,u,I,t,WI,V,CC,当输入,u,I,由高电平跃变为低电平,(,应 1/3,V,CC,),时，使,TR,=,U,IL,1/3,V,CC,而,TH,=,u,C,0 V 2/3,V,CC,，因此,u,O,跃变为高电平，进入暂稳态,，这时放电管 V,截止，,V,CC,又经,R,向,C,充电，,u,C,上升,。,U,IL,U,OH,充电,19,3. 自动返回稳定状态,(二)工作原理、工作波形与参数估算,u,C,O,t,O,u,O,t,U,OL,U,OH,t,WO,O,t,U,IH,u,I,t,WI,V,CC,2. 触发进入暂稳态,U,IH,U,OL,TH,2/3,V,CC,放电,V,当输入,u,I,由高电平跃变为低电平,(,应 1/3,V,CC,),时，使,TR,=,U,IL,1/3,V,CC,而,TH,=,u,C,0 V 1/3,V,CC,),，因此,u,O,重新跃变为低电平。,同时，放电管导通，,C,经 V 迅速放电,u,C,0 V，,放电完毕后，电路返回稳态。,20,例 用上述单稳态电路输出定时时间为,1 s 的,正脉冲，,R,= 27 k,，试确定定时元件,C,的取值。,(二)工作原理、工作波形与参数估算,u,C,O,t,O,u,O,t,U,OL,U,OH,t,WO,O,t,U,IH,u,I,t,WI,V,CC,输出脉冲宽度,t,W,即为暂稳态维持时间，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，且要求输入脉宽,t,WI,小于输出脉宽,t,WO,。,解：,因为,t,WO,1.1,RC,故,可取标称值,33,F。,估算公式,t,WO,1.1,RC,21,经过长距离传输后，脉冲信号的边沿会变差或波形上叠加某些干扰，,利用整形可使其变成符合要求的波形。,（四）555芯片构成的单稳态触发器应用举例,2.,脉冲定时,1.,脉冲整形,因此，利用单稳态触发器可以控制门,开通与否以及开通多长时间。,u,A,u,B,u,C,u,O,G,单稳态触发器组成的定时电路和工作波形,u,A,u,C,u,B,u,O,u,C,门的定时时间即为单稳态触发器的暂稳态持续时间。,t,W,u,C,为与门 G 开通与否的控制信号。,u,C,= 0，门 G 开通，信号,u,B,通过门 G 输出；,u,C,=1，门 G 关闭，,u,B,不能输出。,单稳态触发器,22,t,W,将窄脉冲展宽成宽度为,t,W,的脉冲,u,I,u,O,t,t,3.,脉冲展宽,23,四、用 555 定时器组成施密特触发器,0,u,O,u,I,U,OL,1/3,V,CC,2/3,V,CC,U,OH,当,TH,=,TR,=,u,I,2/3,V,CC,时,电压传输特性为反相输出的滞回特性,u,I,u,O,当,TH,=,TR,=,u,I,1/3,V,CC,时,1/3,V,CC,0,当1/3,V,CC,TH,=,TR,=,u,I,2/3,V,CC,时,当,u,I,1/3,V,CC,时,当,u,I,由高电平逐渐下降，且1/3,V,CC,u,I,U,T+,后，,u,O,=,U,OL,只有当,u,I,下降到经过,U,T,-,时，,u,O,才会发生跃变。,u,I,U,T,-,后，,u,O,=,U,OH,只有当,u,I,上升到经过,U,T+,时，,u,O,才会发生跃变。,将输入的正弦波、三角波、锯齿波等变换成矩形波输出。,25,v,I,t,O,v,O,t,O,V,T,V,T,(a),v,I,t,O,v,O,t,O,V,T,V,T,(b),v,I,t,O,v,O,t,O,V,T,V,T,(c),2 脉冲整形,整形:,将受到干扰的或不符合边沿要求的信号整形成较好的矩形脉冲。,当矩形脉冲经过传输后因以下原因发生畸变，可通过施密特触发器的整形获得满意的矩形脉冲波形。,(c) 受到干扰，脉冲波形上叠加有噪声。,(a) 传输线上电容较大，波形的上升和下降沿变坏；,(b) 阻抗不匹配，波形的上升沿和下降沿产生振荡；,26,O,u,I,t,u,O,U,T+,U,T,-,O,t,3. 脉冲幅度鉴别,鉴别并取出,幅度大于,U,T+,的脉冲。,U,OL,U,OH,27,O,u,O,/V,t,例 试对应输入波形画出,下图中输出,波形。,1,8,4,3,5,555,7,+12V,0.01,F,u,I,u,O,2,6,0,u,I,/V,t,2,4,6,8,10,TH,TR,u,I,u,O,+12V,U,T+,U,T,-,a,b,c,d,e,f,U,OH,解：,U,T+,= 2/3,V,CC,= 8 V,U,T,-,= 1/3,V,CC,= 4 V,因此可画出输出波形为,电路构成反相输出的施密特触发器,28,小结,1. 555 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、单稳态触发器和多谐振荡器等。此外，它还可组成其它多种实用电路。由于 555 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，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。,2. 除 555 单定时器外，还有双定时器 556、,四定时器 558 等。,29,3. 555 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 ：,555 定时器构成的,施密特触发器,555 定时器构成的,单稳态触发器,555 定时器构成的,多谐振荡器,30,