定時器及基本應用

1、畢 業(yè) 論 文 論文題目 555定時器及其基本應用 系 別 物電系 專 業(yè) 物理教育 班 級 08級物理教育班 學 號 130809066 姓 名 李小沙 指導教師 袁樂民 二一一 年 五 月 一 日1 / 15555定時器及基本應用摘要：555定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為555，用CMOS工藝制作的稱為 7555，除單定時器外，還有對應的雙定時器556/7556。555定時器的電源電壓范圍寬，可在516V工作，最大負載電流可達200mA，7555可在318V工作，最大負載電流可達4mA，因而其輸出可與TTL、CMOS或者模擬電路電平兼容。555

2、定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。 關鍵詞：555定時器，施密特觸發(fā)器，多諧振蕩器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器引言：隨著電子技術的發(fā)展，尤其是消費類電子的日益普及，555定時器的使用量也在飛速增長。在購買和使用555定時器時，人們對555定時器的性能要求也逐漸提高。555定時器最重要的兩個性能為電池的容量和電池的內阻，電池容量與電池內阻存在密切的關系。一般而言, 電池的容量越大, 內阻就越小。電池內阻的大小及其變化可反應電池內部的變化。電池內阻大，電池

3、放電電壓平臺低，電池輸出功率小，電池充電時電壓高，高倍率快速充電時，電池會產生大量的熱，使充電效率降低，降低電池性能?？梢婋姵貎茸璧拇笮∈呛饬侩姵匦阅芎脡牡闹匾笜? 準確測量電池內阻具有重要意義。目前,測量電池內阻的方法主要有加載降壓法、短路電流法、電橋法、交流電流法、雙量程測量法、電位差計法等。這些方法各有利弊, 普遍問題是測量步驟較繁瑣, 有些測量方法存在著不可忽視的測量誤差, 甚至某些測量方法(因電池放電時間過長等)對電池的壽命有一定影響。本文將以論證的方式介紹一種較容易、準確測量電池內阻和電池容量的方法。一、 555定時器簡介555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就

4、可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555 定時器的內部電路框圖和外引腳排列圖分別如圖 2.9.1 和圖 2.9.2 所示。它內部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個基準電壓VCC /3 和 2VCC /3 。 1 555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當 5 腳懸空時，則電壓比較器 C1 的同相輸入端的電壓為 2VCC /3，C2 的反相輸入端的電

5、壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 C2 的輸出為 0，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于VCC /3，則 C1 的輸出為 0，C2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。 它的各個引腳功能如下： 1腳：外接電源負端VSS或接地，一般情況下接地。 8腳：外接電源VCC，雙極型時基電路VCC的范圍是4.5 16V，CMOS型時基電路VCC的范圍為3 18V。一般用5V。 3腳：輸出端Vo 2腳：低觸發(fā)端 6腳：TH高觸發(fā)端 4腳：是直接清零端。當端接低電

6、平，則時基電路不工作，此時不論、TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應接高電平。 5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內部兩個比較器的基準電壓，當該端不用時，應將該端串入一只0.01F電容接地，以防引入干擾。 7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。 集成555 定時器是一種將模擬功能與邏輯功能巧妙結合在一起的中規(guī)模集成電路，因集成電路內部含有3 個5 千歐電阻而得名，在控制、定時、檢測、放聲、報警等方面有著 2廣泛的應用。 1.電路組成：圖一是555 定時器的電路結構圖，它由五個部分組成:（1）比較器：電壓比較器C1和C2是兩個結構完全相同的理想

7、運算放大器。比較器有兩個輸入端，分別用U+和U-表示相應輸入端上所加的電壓，用u c表示比較器的比較結果。當U+>U-時,u c= u h; 而U+<U-時，u cu l。（2）分壓器：三個阻值均為5k 的電阻串聯(lián)起來構成分壓器，為比較器C1和C2提供參考電壓。 工作中不用CO 端時，一般都通過一個0.01F的電容接地，以旁路高頻干擾。（3）基本RS 觸發(fā)器：由兩個與非門組成， 是可從外部進行置0 的直接復位端。當R= 0 時，使Q=0；當S=1時，Q=1。（4）晶體管開關（放電管）:晶體管TD構成開關，其狀態(tài)受端控制。當Q 1 時，晶體管截止; 而當Q 0時，晶體管導通。（5）輸

8、出緩沖器：輸出緩沖器就是接在輸出端的反相器G3，其作用是提高定時器的帶負載能力和隔離負載對定時器的影響。2:功能分析當RD =0 時, Q=0, 輸出電壓Uo=UoL為低電平,TD 飽和導通;當RD =1,U TH> 2/3Vcc, UTR> 1/3Vcc時, 電壓比較器C1輸出有效低電平,C2輸出高電平, 基本RS 觸發(fā)器的R 端輸入有效電平, 所以Q=0, Uo=UOL,TD飽和導通;當RD =1, UTH< 2/3Vcc,UTR> 1/3Vcc時, C1 和C2 均輸出高電平( 均為無效電平) , 基本RS 觸發(fā)器保持原來狀態(tài)不變, 因此U o和TD也保持原來狀態(tài)

9、不變;當RD =1, UTH< 2/3Vcc, UTR < 1/3Vcc時, C1輸出高電平, C2輸出有效低電平, 基本RS 觸發(fā)器的S 端輸入有效電平, 所以Q =1, U o=UoL,TD 截止;當RD =1,U TH> 2/3 Vcc, UTR < 1/3Vcc 時, C1 和C2都輸出低電平, 對基本RS 觸發(fā)器而言其輸入是約束要避免出現(xiàn)的情況. 此時Q =1, Uo=Uoh, TD截止,但U TH、UTR同時變?yōu)闊o效時, 其狀態(tài)不能確定.這輸入輸出UTHUTRRDU0TD狀態(tài)××00導通>2/3Vcc> 1/3Vcc10導通&

10、lt; 2/3Vcc<1/3Vcc11截止< 2/3Vcc> 1/3Vcc1不變不變 5二555定時器的應用（一）、用555定時器構成施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器可將輸入緩慢變化的波形整形成為符合數(shù)字電路要求的矩形脈沖。由于其具有滯回特性，所以具有較強的干擾能力，因此，它在脈沖的整形和產生方面有著廣泛的應用。1. 具體分析：將555定時器的UI1和UI2輸入端連在一起作號的輸入端，即可組成施密特觸發(fā)器，如圖示2示。為了防止高頻干擾，提高比較器參考電壓的穩(wěn)定性，通常將5腳通過0.01uF電容接地。如果輸入電壓是一個正弦波，當UI從0逐漸增大時，若uI<Vcc/3時，比較器C1

11、輸出高電平，C2輸出低電平，是基本RS觸發(fā)器置1，則輸出u0=1;若UI增加到uI>2Vcc/3時，比較器C1輸出低電平，C2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器置0，則輸出u0=0.當uI從高電平逐漸下降到Vcc/3<uI<2Vcc/3時，比較器C1和C2輸出均為1，基本RS觸發(fā)器保持原狀態(tài)，進而使u0保持不變。若uI繼續(xù)減小到UI<Vcc/3時，比較器C2輸出0，基本RS觸發(fā)器置1，輸出u0也隨之跳變?yōu)楦唠娖?.如此連續(xù)變化，在輸出端就得到一個矩形波，其工作波形如圖三所示。從工作波形可以看出：上限閾值電壓 =2Vcc/3，下限閾值電壓 =Vcc/3,回差電壓=Vcc/3.如果

12、在5腳UIc加上控制電壓，則可改變回差電壓的值，回差電壓越大，電路的抗干擾能力越強。 62.施密特觸發(fā)器的應用 1. 波形變換 ：可將三角波、正弦波等變成矩形波。 2. 脈沖波的整形： 數(shù)字系統(tǒng)中，矩形脈沖在傳輸中經常發(fā)生波形畸變，出現(xiàn)上升沿和下降沿不理想的情況，可用施密特觸發(fā)器整形后，獲得較理想的矩形脈沖。 3. 脈沖鑒幅 ：幅度不同、不規(guī)則的脈沖信號時加到施密特觸發(fā)器的輸入端時，能選擇幅度大于欲設值的脈沖信號進行輸出。 （二）、多諧振蕩器用555定時器可方便地組成多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器等脈沖產生和整形電路。這些電路在工業(yè)控制、定時、仿聲、電子樂器、防盜報警等方面有著廣泛的應

13、用。 多諧振蕩器是555應用的基本電路，是指電路沒有穩(wěn)定狀態(tài)(即方波發(fā)生器)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)，其功能是產生一定頻率和幅度的矩形波信號，其輸出狀態(tài)不斷在“1”和“0”之間變換。在加電狀態(tài)下，由于電容C上電壓不能突變，故555芯片處于置位狀態(tài)，u。=1，放電管TD截止(7腳與地斷開)，Vcc通過R1，R2對電容C進行充電，當uc上升到時，u0=0，TD導通，電容C端電壓通過R2和放電管TD對地進行放電，uc下降。當uc下降到時，u0又由0變?yōu)閘，TD截止，Vcc又經R1和R2對C充電。如此重復上述過程，在輸出端u0產生了連續(xù)的矩形脈沖。其中，R1，R2和C是定時元件，它們決定了電路的充放電時間。其

14、中，Tl07(Rl+R2)C，T207R2C。 555構成多諧振蕩器工作可靠，調節(jié)方便，在信號產生、工業(yè)控制、電源變換、仿聲等領域獲得了廣泛的應用，但其振蕩頻率不能太高，一般不超過幾百千赫茲；且其頻率穩(wěn)定性較差，易受電源波動、溫度變化等影響。 7  接通電源后，假定是高電平，則T截止，電容C充電。充電回路是VCCR1R2 C地，按指數(shù)規(guī)律上升，當上升到時（TH、端電平大于），輸出翻轉為低電平。是低電平，T導通，C放電，放電回路為CR2T地，按指數(shù)規(guī)律下降，當下降到時（TH、端電平小于），輸出翻轉為高電平，放電管T截止，電容再次充電，如此周而復始，產生振蕩，經分析可得 輸出高

15、電平時間、輸出低電平時間與 振蕩周期輸出方波的占空比為如果R1>>R2，uc近似為鋸齒波。(三)、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：555定時器構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，用于定時延時整形及一些定時開關中。555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可用于定時延時整形及一些定時開關中。電源剛接通時，VCC通過電阻R給電容C充電，當電容上的電壓上升到VREF1時，555定時器內部的比較器C1輸出高電平，由于此時無觸發(fā)脈沖，比較器C2輸出低電平，即RS=10，基本RS觸發(fā)器被復位，v0輸出低電平，同時放電管T28導通，將電容C上的電荷迅速放掉，使得比較器C1輸出低電平，此時RS=00，基本RS觸發(fā)器處于保持狀態(tài)，輸出不再發(fā)發(fā)生變

16、化，電路進入穩(wěn)定狀態(tài)。若在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸入端v1施加觸發(fā)脈沖，當觸發(fā)脈沖的下降沿到來時，由于2腳電位低于VREF2，比較器C2輸出高電平，此時RS=01，基本RS觸發(fā)器被置位，Q輸出低電平，電路開始進入暫穩(wěn)態(tài)，輸出v0高電平，放電管T28截止。VCC通過電阻R開始給電容C充電，電容上的電壓vC按指數(shù)規(guī)律上升，當vC上升到VREF1時，比較器C1輸出高電平，由于此時外部觸發(fā)脈沖已經撤銷，比較器C2輸出低電平，即RS=10，基本RS觸發(fā)器被復位，暫穩(wěn)態(tài)過程結束，電路又自動返回到初始穩(wěn)態(tài)，v0變?yōu)榈碗娖?，放電管T28導通。這種電路產生的脈沖寬度可以從幾個微秒到數(shù)分鐘，精度可達1。控制電壓輸入端（5腳）通過0.01F電容接地，以防止脈沖干擾?？偨Y 555應用電路采用這3種方式中的1種或多種組合起來可以組成各種實用的電子路，如定時器、分頻器、脈沖信號發(fā)生器、元件參數(shù)和電路檢測電路玩具游戲機電路、音響告警電路電源交換電路、頻率變換電路、自動控制電路等。參考文獻1劉寶玲.電子電路基礎.高等教育出版2 鄒逢興 數(shù)字電子技術基礎 2003 3張龍興 電子技術基礎 2001 4555定時器在控制電路中的應用 - 長沙電力學院學報(自然科學版)2003, 18(2) 5基