《電子技術及應用》課件項目七

項目七555定時器的功能及應用模塊1

555定時器構成的基本電路

模塊2

555定時器的應用

模塊1

555定時器構成的基本電路

學習內(nèi)容：

(1)施密特觸發(fā)器。

(2)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。

(3)多諧振蕩器。

(4)555定時器及其應用。

學習問題：

(1)施密特觸發(fā)器的主要特點是什么？

(2)施密特觸發(fā)器有什么用途？

(3)多諧振蕩器有什么特點？

(4)石英晶體振蕩器的特點是什么？其振蕩頻率與電路中的R、C有無關系？

(5)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有什么特點？它主要有哪些用途？

(6)555定時器主要由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？

(7)如何用555定時器構成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器？

學習要求：

(1)掌握555定時器的功能。

(2)掌握用555定時器構成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器的方法。

(3)會計算單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的脈沖寬度和多諧振蕩器的振蕩周期。

(4)了解石英晶體振蕩器的特點。

任務1用555定時器構成施密特觸發(fā)器

(一)任務要求

在面包板上用555定時器和附加元器件構成施密特觸發(fā)器，測試其功能。

(二)任務內(nèi)容

(1)識別555管腳：555管腳如圖7-1-1所示。

圖7-1-1

555管腳排列圖

(2)按圖7-1-2所示在面包板上連接電路，在輸入端加上1kHz、5V的正弦信號。

(3)用示波器觀察輸入輸出波形，并觀察兩個門限電壓，將結(jié)果記入表7-1-1中。

(4)計算回差電壓ΔU。

(三)任務結(jié)論

根據(jù)測試與討論的結(jié)果，寫出實踐研究報告(目的、原理及方法、數(shù)據(jù)測試、分析及總結(jié))。圖7-1-2

555定時器構成的施密特觸發(fā)器表7-1-1

555定時器構成的施密特觸發(fā)器波形任務2用555定時器構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

(一)任務要求

在面包板上用555定時器和附加元器件構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，測試其功能。

(二)任務內(nèi)容

(1)按圖7-1-3所示在面包板上連接電路。

(2)接通電源，按下S再松開，觀察發(fā)光二極管LED的狀態(tài)改變，用示波器觀察47μF的電容和LED波形，記入表7-1-2中。圖7-1-3

555定時器構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

(3)計算脈沖寬度，記入表7-1-2中。

(4)將R改為10kΩ，計算脈沖寬度，再次按下S然后松開，觀察發(fā)光二極管的狀態(tài)改變和步驟(2)中有何不同，并用示波器觀察47μF的電容和LED波形，記入表7-1-2中。

(三)任務結(jié)論

根據(jù)測試與討論的結(jié)果，寫出實踐研究報告(目的、原理及方法、數(shù)據(jù)測試、分析及總結(jié))。表7-1-2

555定時器構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器波形任務3用555定時器構成多諧振蕩器

(一)任務要求

在面包板上用555定時器和附加元器件構成多諧振蕩器，測試其功能。

(二)任務內(nèi)容

(1)按圖7-1-4所示在面包板上連接電路。

(2)接通電源，用示波器觀察輸出波形并測出其振蕩周期，記入表7-1-3中。

(3)計算振蕩頻率。

(4)將5.1kΩ電阻改為10kΩ，再次觀察輸出波形并測出振蕩頻率，也記入表7-1-3中，比較和步驟(3)中有何不同。圖7-1-4

555定時器構成的多諧振蕩器

(三)任務結(jié)論

根據(jù)測試與討論的結(jié)果，寫出實踐研究報告(目的、原理及方法、數(shù)據(jù)測試、分析及總結(jié))。表7-1-3

555構成的多諧振蕩器波形【模塊理論指導】

1.模塊基本要求

掌握555定時器的電路結(jié)構、工作原理；555定時器構成的施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器的結(jié)構及有關參數(shù)的計算。

理解集成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和石英晶體多諧振蕩器。

了解門電路構成的施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器的工作原理。

2.模塊重點和難點

重點555定時器構成的施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器的結(jié)構及有關參數(shù)的計算。

難點555定時器構成的電路中電容的充放電過程。

3.模塊知識點

1)門電路構成的施密特觸發(fā)器

施密特觸發(fā)器常用于脈沖波形變換，也是常用的整形和脈沖鑒幅電路。

施密特觸發(fā)器有兩個穩(wěn)態(tài)，兩種穩(wěn)態(tài)在輸入信號的作用下可進行相互轉(zhuǎn)換，而且輸出從低電平翻轉(zhuǎn)為高電平和從高電平翻轉(zhuǎn)為低電平對應的輸入uI不同。當輸入uI上升時輸出發(fā)生翻轉(zhuǎn)對應的輸入電壓，稱為正向閾值電壓，用UT+表示；當輸入uI下降時輸出發(fā)生翻轉(zhuǎn)對應的輸入電壓，稱為負向閾值電壓，用UT－表示。正向閾值電壓UT+和負向閾值電壓UT－是不同的，它們之差稱為回差，用△UT表示，其值為

ΔU=UT+－UT－電路內(nèi)部構成了正反饋回路，提高了門電路的工作速度，從而使輸出電壓的邊沿很陡峭；另外，由于存在回差電壓，也提高了電路的抗干擾能力。

2)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)，常用于脈沖整形、延時和定時等。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器無觸發(fā)信號時，處于穩(wěn)態(tài)，而要從穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換到暫穩(wěn)態(tài)則需外部觸發(fā)脈沖驅(qū)動，經(jīng)一段時間后，電路自動返回穩(wěn)定狀態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于定時元件R、C的大小，與觸發(fā)脈沖沒有關系。由TTL與非門組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，要求RC定時電路中的電阻必須小于關門電阻ROFF，輸入微分電路中的電阻必須大于開門電阻RON。

集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器分不可重復觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和可重復觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器兩類。

3)多諧振蕩器

多諧振蕩器又稱為無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)，是一種常用的能產(chǎn)生周期性矩形脈沖信號的自激振蕩電路，依靠電路內(nèi)部的反饋作用和R、C定時元件充、放電過程使兩個暫穩(wěn)態(tài)相互自動交換而產(chǎn)生振蕩。由門電路構成的多諧振蕩器主要有對稱多諧振蕩器、不對稱多諧振蕩器和環(huán)形多諧振蕩器。

4)555定時器

(1)555定時器的結(jié)構及工作原理。555定時器是一種應用十分廣泛的多功能電路，只需外接少量的阻容元件便可組成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等電路，其原理圖如圖7-1-5所示。

555定時器由三個5kΩ電阻構成的電阻分壓器、兩個電壓比較器、一個與非門構成的基本RS觸發(fā)器、輸出緩沖級和放電三極管五部分組成。

4腳RD為直接置0端(復位端)，當RD為低電平時，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出均為低電平；電路正常工作時，應將其接高電平。圖7-1-5

555定時器原理圖

5腳CO為電壓控制端，當其懸空時，比較器C1和C2的參考電壓分別為UC1＋＝ ；若CO端外接固定電壓，則可改變電壓比較器的參考電壓。

2腳TR為觸發(fā)輸入端，6腳TH為閾值輸入端，兩端的電位高低控制電壓比較器C1和C2的輸出，從而控制基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)，并通過輸出緩沖級控制輸出端的狀態(tài)。

555定時器的功能表如表7-1-4所示。表7-1-4

555定時器的功能表

(2)555定時器的應用。

①構成施密特觸發(fā)器。用555定時器構成的施密特觸發(fā)器如圖7-1-6所示，其電壓傳輸特性具有滯回特性。圖7-1-6施密特觸發(fā)器及應用上門限為：

下門限為：

回差電壓為：

若在5端外接固定電壓，則可改變其上、下門限及回差。

例

5端外接電壓V'CC，則

上門限為：

下門限為：

回差電壓為：

施密特觸發(fā)器常用于波形變換，如圖7-1-6所示，輸入為三角波，經(jīng)施密特觸發(fā)器后，輸出為矩形波。②構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。用555定時器構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器如圖7-1-7所示，輸出由穩(wěn)態(tài)的低電平翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài)的高電平依靠外加信號來觸發(fā)，當輸入為有效的低電平時(實際上是下降沿到來的時刻)，輸出由0翻為1，輸出在高電平維持的時間(即脈沖寬度)取決于定時電路RC中C的充電時間，與外加的觸發(fā)信號無關，如圖7-1-7所示。

脈沖寬度tW=1.1RC。圖7-1-7單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及應用③構成多諧振蕩器。用555定時器構成的多諧振蕩器如圖7-1-8所示，R1、R2、C、555的放電三極管V構成電容的充放電回路，從而使輸出在高電平和低電平之間自動翻轉(zhuǎn)，形成振蕩。圖7-1-8多諧振蕩器

C充電時，uo為高電平，V截止，uC從 充電到

，其充電回路為

VCC→R1→R2→C→⊥

所用時間(脈沖寬度)為

TW1=0.7(R1+R2)C

C放電時，uO為低電平，V導通，uC從 放電到 ，其放電回路為

C→R2→V→⊥

所用時間(脈沖寬度)為

TW2=0.7R2C

則多諧振蕩器產(chǎn)生的矩形波的振蕩周期為

TW1=0.7(R1+2R2)C

振蕩頻率為

占空比為

模塊2

555定時器的應用

學習內(nèi)容：

了解555的實際用途。

學習問題：

模塊1中由555構成的多諧振蕩器輸出的矩形波有什么不足之處，如何改進？

學習要求：

能夠靈活地利用555定時器設計一些實用電路。

任務1設計門鈴電路

(一)任務要求

要求揚聲器在開關S按一下后，以1kHz的頻率持續(xù)響5s左右，然后自動停響。

(二)元器件

555定時器兩片，0.01μF濾波電容兩個，0.22μF電容兩個，20MΩ電阻一個，2.7kΩ電阻一個，1.1kΩ電阻一個，20kΩ電阻一個，按鈕開關一個，揚聲器一個。

(三)任務內(nèi)容

(1)畫出電路圖。

(2)在面包板上插裝此電路，驗證其是否符合設計要求。

(3)焊接印制電路板。

(4)驗證電路。

(四)任務結(jié)論

根據(jù)測試與討論的結(jié)果，寫出實踐研究報告(目的、原理及方法、數(shù)據(jù)測試、分析及總結(jié))。

任務2設計花樣彩燈電路

(一)任務要求

10個發(fā)光二極管LED擺成星形或花環(huán)形，用環(huán)型計數(shù)器CD4017驅(qū)動，計數(shù)器的CP由555構成的多諧振蕩器產(chǎn)生，通電后，10個LED輪流發(fā)光(即任意時刻只有一個亮)。

(二)元器件

555定時器一片，0.01μF濾波電容一個，10μF電容一個，100kΩ電阻一個，5.1kΩ電阻一個，620Ω電阻一個，發(fā)光二極管10個，開關一個。

(三)CD40