1、實驗十九555定時器及其應(yīng)用一、實驗?zāi)康?. 熟悉555型集成時基電路的電路結(jié)構(gòu)、工作原理及其特點(diǎn)。2. 掌握555型集成時基電路的根本應(yīng)用。、實驗原理555集成時基電路稱為集成定時器，是一種數(shù)字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路，其應(yīng)用十分廣泛。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器，因而廣泛用于信號的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。它的內(nèi)部電壓標(biāo)準(zhǔn)使用 了三個5K的電阻,故取名555電路。其電路類型有雙極型和CMOS型兩大類,兩者的工作原理和 結(jié)構(gòu)相似。幾乎所有的雙極型產(chǎn)品型號最后的三位數(shù)碼都是555或556:所有的CMOS產(chǎn)品型號最后四位數(shù)碼都是7555或755

2、6,兩者的邏輯功能和引腳排列完全相同，易于互換。555和7555是單定時器，556 和7556是雙定時器。成極型的電壓是+5V+15V,輸出的最 大電流可達(dá)200mA,CMOS型的電源電壓是 +3V+18V。CONTROLVCCDIRHiWETHRESHOLDVOLTAGE(5©UFTRIGGER0)0UTPU1RESET圖 19-1 555定時器內(nèi)部框圖1.555電路的工作原理555電路的內(nèi)部電路方框圖如圖19-1所示。它含有兩個電壓比擬器，一個根本RS觸發(fā).器，一個放電開關(guān)T,比擬器的參考電壓由三只5K Q的電阻器構(gòu)成分壓,它們分別使高電平比擬器AI同相比擬端和低電平比擬器 A2

3、的反相輸入端的參考電平為2/3 V cc和1/3Vcc。Al和A2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號輸入并超過2/3尺Vcc時，觸發(fā)器復(fù)位,555的輸出端3腳輸出低電平，同時放電，開關(guān)管導(dǎo)通：當(dāng)輸入信號自2腳輸入并低于1/3V cc時，觸發(fā)器置位,555的3腳輸出高電平，同時放電，開關(guān)管截止。Rd是復(fù)位端，當(dāng)其為0時,555輸出低電平。平時該端開路或接Vcc 。Vd是控制電壓端(5腳),平時輸出2/3PLC作為比擬器 Al的參考電平，當(dāng)5腳外接 一個輸入電壓，即改變了比擬器的參考電平，從而實現(xiàn)對輸出的另一種控制，在不接外 加電壓時，通常接一個O.Oluf 的電容器到地，起濾

4、波作用，以消除外來的干擾，以 確保參考電平的穩(wěn)定。T為放電管，當(dāng)T導(dǎo)通時，將給接于腳7的電容器提供低陽放電電路。2. 555定時器的典型應(yīng)用(I) 構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2CK13ViVo圖19-2 555 構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器上圖193為由555定時器和外接定時元件R、C構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。D為鉗位二極管，穩(wěn)態(tài)時555電路輸入端處于電源電平，內(nèi)部放電開關(guān)管 T導(dǎo)通，輸出端Vo輸出低電平，當(dāng)有一個外部負(fù)脈沖觸發(fā)信號加到Vi端。并使2端電位瞬時低于1/3民c'低電平比擬器動作，單穩(wěn)態(tài)電路即開始一個穩(wěn)態(tài)過程，電容C開始充電,V c按指數(shù)規(guī)律增長。當(dāng)VC充電到2/3 V cc時，高電平比擬器動作，比擬

5、器A1翻轉(zhuǎn)，輸出Vo從高電平返回低電平，放電開關(guān)管T重新導(dǎo)通，電容C上的電荷很快經(jīng)放電開關(guān)管放電暫態(tài)結(jié)束，恢復(fù)穩(wěn)定，為下個 觸發(fā)脈沖的來到作好準(zhǔn)備。波形圖見圖19-3。4Vi0t%0LVc0L1為。圖19-3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器波形圖暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間 Tw即為延時時間決定矛外接元件 R、C的大小。Tw=1.1RC通過改變 R、C的大小，可使延時時間在幾個微秒和幾十分鐘之間變化。當(dāng)這種單 穩(wěn)態(tài)電路作為計時器時，可直接驅(qū)動小型繼電器，并可采用復(fù)位端接地的方法來終止暫 態(tài)，重新 計時。此外需用一個續(xù)流二極管與繼電器線圈并接，以防繼電器線圈反電勢損壞內(nèi)部功率管。2構(gòu)成多諧振蕩器在2/3 VCC和1/3 VC之

6、間充電和放電如圖194，由555定時器和外接元件 R1、R2、C構(gòu)成多諧振蕩器，腳2與腳6 直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外接觸發(fā)信號，利用電源 通過R1、R2向C充電，以及C通過R2向放電端DC放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容C ，從而在輸出端得到一系列的矩形波，對應(yīng)的波形如圖19-5所示。5.1KQ5.1K0 vc 64s+5V% CvGNDT555 OUT5Corho.Oluf圖19-4 555構(gòu)成多諧振蕩器圖19-5多諧振蕩器的波形圖輸出信號的時間參數(shù)是：T=t w1 +tw2T w1 =0.7R1+R2C T w2 =0 7R?C其中,t w1為Vc由1/3 V C

7、C上升到2/3 V CC所需的時間，t w2為電容C放電所需的時 間。555電路要求 R1與R2均應(yīng)不小于1K Q，但兩者之和應(yīng)不大于 3.3MQ。外部元件的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性，555定時器配以少量的元件即可獲得較高精度的振蕩頻率和具有較強(qiáng)的功率輸出能力。因此，這種形式的多諧振蕩器應(yīng)用很廣。3組成占空比可調(diào)的多諧振蕩器電路如圖19-6，它比圖19-4電路增加了一個電位器和兩個引導(dǎo)二極管。DI 、D2用來決定電容充、放電電流流經(jīng)電阻的途徑充電時D1導(dǎo)通，D2截止：放電時D2導(dǎo)通，D1截止。O.Oluf CCo5 1KQ 2CK13X 25 IKC1 vc 6555 OUT,ZZ 0

8、OlufI.圖19-6 555構(gòu)成占空比可調(diào)的多諧振蕩器 占空比：5 土 Q 0.7(咼 + R和)C可見，假設(shè)取RA =Ry電路即可輸出占空比為 50%的方波信號。+5V(4) 組成占空比連續(xù)可調(diào)并能調(diào)節(jié)振蕩頻率的多諧振蕩器 如下列圖所示：4.7KQ2CK13XJ4.7KQ-jn555 OUTGNDVol®riookqA .Co zzO.Oluf100KQ4CilOuf 丄C2圖19-7 555構(gòu)成占空比、頻率均可調(diào)的多諧振蕩器對C1充電時，充電電流通過 R1、D1、Rw2和R wi放電時通過 Rwi、R w2、 D2、R2 o當(dāng)R仁R2、R w2調(diào)至中心點(diǎn)時，因為充放電時間根本相

9、等，其占空比約為 50%,此時調(diào)節(jié)Rwi僅改變頻率，占空比不變。女口 R wi調(diào)至偏離中心點(diǎn)，再調(diào)節(jié)Rwi, 不僅振蕩頻率改變，而且 對占空比也有影響。 R wi不變，調(diào)節(jié)R w2，僅改變占空比， 對頻率無影響。因此，當(dāng)接通電源后，應(yīng)首先調(diào)節(jié)R wi使頻率至規(guī)定值，再調(diào)節(jié)R w2, 以獲得需要的占空比。假設(shè)頻率調(diào)節(jié)的范圍比擬大，還可以用波段開關(guān)改變 ci的值。(5) 組成施密特觸發(fā)器電路如圖19-8 所示，只要將腳2和6連在一起作為信號輸入瑞，即得到施密特觸發(fā) 器。圖i9-4畫出了 VS、Vi和Vo的波形圖。設(shè)被整形變換的電壓為正弦波Vs ,其正半波通過二極管D同時加到555定時器的2腳和六腳

10、，得到的Vi為半波整流波形。當(dāng)Vi上升到2/3 V cc時,Vo從高電平轉(zhuǎn)換為低電平： 當(dāng)Vi下降到1/3幾c時,Vo又從低電平轉(zhuǎn)換為高電平。回差電壓：2 1 1av=-kcc vcc sc3332CK134rL7ViGND2曲lOKfiTo555 OUT5士 O.OlufVo-LICC 7 1"卜1t b1rVo圖19-8 555構(gòu)成施密特觸發(fā)器圖19-9 555構(gòu)成施密特觸發(fā)器的波形圖三、實驗設(shè)備與器材1. 數(shù)字邏輯山路實驗板。2. 數(shù)字邏輯電路實驗形擴(kuò)展板。3. 數(shù)字萬用表，雙蹤示波器，頻率計，脈沖源。4. 芯片 NE55505. 極管2CK13(或IN4148),電阻，電容，

11、電位器假設(shè)干。四、實驗內(nèi)容及實驗步驟(使用實驗板中的硬件資源在擴(kuò)展板上搭建電路實現(xiàn)如下內(nèi)容)1. 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(1) 按圖19-3 連線，取R=look,C=47uf, 輸出接LED電平指示器。輸入信號Vi由單次脈沖源提供，用雙蹤示波器觀測 Vi,Vc,Vo波形。測定幅度與暫穩(wěn)態(tài)時間。(2) 將R改為1K,C改為O.luf,輸入端加1 KHz的連續(xù)脈沖，觀測Vi,Vc,Vo波形。測定幅度與暫穩(wěn)態(tài)時間。2. 多諧振蕩器(1) 按圖19-4接線，用雙蹤示波器觀測 VC與Vo的波形，測定頻率。(2) 按圖I9-6 接線,組成占空比為50%的方波信號發(fā)生器。觀測VC、Vc來測定波形參數(shù)。(3) 按圖1

12、9-7接線,通過調(diào)節(jié)Rw1和Rw2來觀測輸出波形。3. 施密特觸發(fā)器按圖19-8接線，輸入信號由音頻信號源提供(也可以由實驗板中信號源局部的正 弦信號模擬),預(yù)先調(diào)好Vi的頻率為1KHz,接通電源.逐漸加大Vs的幅度.觀測 輸出波形，測繪電壓傳輸特性，算出回差電壓 U。4. 利用555定時器設(shè)計制作一觸摸式開關(guān)定時控制器，每當(dāng)用手觸摸一次.電路即輸出一個正脈沖寬度為10S的信號。試畫出電路并測試電路功能。5. 多頻振蕩器實例一雙音報警電路電路圖如下：分析它的工作原理及報警聲特點(diǎn)。(1) 觀察并記錄輸出波形，同時試聽報警聲。(2) 假設(shè)將前一級的低頻信號輸出加到后一級的控制電壓端5,報警聲將會如何變化？試分析工作原理。五、實驗預(yù)習(xí)要求1. 復(fù)習(xí)有關(guān)555的工作原理及其應(yīng)用。2. 擬定實驗中所需的數(shù)據(jù)、波形表格。3. 擬定各次實驗的步驟和方法。六、實驗報告要求1、 繪出詳細(xì)的實驗線路圖，定量繪出觀測到的波