555定时器及其应用

6.555定时器及应用多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器555定时器多谐振荡器单稳触发器施密特触发器主要内容555定时器时钟脉冲信号作用：控制时序逻辑电路中各触发器同步工作。要求：时钟脉冲信号必须稳定、精确、规则。一般使用矩形脉冲。脉冲周期T脉冲幅度Vm脉冲宽度Wt上升时间tr下降时间tf占空比：TtqW/矩形时钟脉冲基本知识时钟脉冲信号获取时钟脉冲信号的获取方法有两种：产生:不用信号源，加上电源自激振荡，直接产生波形。整形:输入信号源，对已有波形进行整形.脉冲产生电路:脉冲整形（变换）电路:施密特触发器、单稳态触发器多谐振荡器555定时器是一种多用途的数字－模拟混合集成电路。该电路功能灵活、适用范围广，只要在其外部配接少量阻容元件就可构成单稳态触发器、多谐振荡器或施密特触发器。因而可应用于定时、测量、控制、报警等方面。集成555定时器集成555定时器因为其内部有三个精密的5KΩ电阻而得名。又名时基电路，按照内部元件的不同，分为双极型（TTL)和单极型(CMOS)。按单片集成电路中包括定时器的个数，分为单时基和双时基。常用的单时基定时器有5G555（双极型）和CC7555单极型。常用的双时基定时器有5G556和CD7556.555定时器名字由来555定时器的封装一般有两种：八脚圆形封装八脚双列直插式封装。集成555定时器封装1&&&COTHTR+VCCuOD5kΩ5kΩ5kΩC1C2G1G2G3T++－－2658437RQQ放电三极管电阻分压器比较器SR锁存器555定时器内部结构图输出缓冲器1&&&COTHTR+VCCuOD5kΩ5kΩ5kΩC1C2G1G2G3T++－－2658437RQQ555定时器引脚图2：低电平触发输入端6：高电平触发输入端5：电压控制端，如不使用CO端，一般通过一个0.01μF的电容接地。4：复位端低电平有效7：放电端8：VCC电源端双极型（TTL）：4.5～16V单极型（CMOS）：3～15V1：GND接地端3：输出端1&&&COTHTR+VCCuOD5kΩ5kΩ5kΩC1C2G1G2G3T++－－2658437RQQ输入输出RDVTHVTRVO放电管T00导通12/3VCC1/3VCC1截止12/3VCC1/3VCC0导通12/3VCC1/3VCC不变不变此时，U1=2/3Vcc,U2=1/3Vcc注意：工作中不使用VCO时，一般都通过一个0.01μF的电容接地(交流接地），以旁路高频干扰。U1U2555定时器功能表比较器C1输出UC1=1,比较器C2输出UC2=0，RS锁存器置1，uO为1，T截止。1&&&COTHTR+VCCuOD5kΩ5kΩ5kΩC1C2G1G2G3T++－－2658437RQQ比较器C1输出UC1=0,比较器C2输出UC2=1，RS锁存器Q置0，uO为0，T导通。1比较器C1输出UC1=1,比较器C2输出UC2=1，RS锁存器状态保持不变，T和vO均保持不变。0101输入输出RDVTHVTRVO放电管T00导通12/3VCC1/3VCC1截止12/3VCC1/3VCC0导通12/3VCC1/3VCC不变不变010R=0时，Q=0，uo=0，T导通。0101011555定时器功能表多谐振荡器6.1多谐振荡器•性能特点：–①没有稳态，有两个暂稳态。–②工作不需要外加输入信号，只需要电源便自激振荡，可以产生矩形脉冲。–产生的矩形脉冲含有丰富的高次谐波分量。•可由门电路、石英晶体、555定时器构成多谐振荡器。•要想得到频率稳定性高的时钟脉冲时，应采用石英晶体多谐振荡器。能产生矩形脉冲的自激振荡电路叫做多谐振荡器。5脚：工作中不使用VCO时，一般都通过一个0.01μF的电容接地(交流接地），以旁路高频干扰。§6.1.1555构成多谐振荡器—电路此时，U1=2/3Vcc,U2=1/3Vcc8脚：电源1脚：地4脚：接高电平使复位功能无效。R1、R2、C为外接定时元件2脚、6脚：接电容，使两比较器输入电压都为电容上的电压VC。7脚：接两电阻之间，使放电电阻为R2，与充电电阻不同。二六搭一，接电容§10.5.4555定时器接成多谐振荡器221211ln)(ln)(CRRUVUVCRRTTCCTCC充电时间：200222lnlnCRUUCRTTT放电时间：振荡周期：T=0.7(R1+2R2)C输出脉冲占空比:21212RRRRq充电回路放电回路§6.1.2555构成多谐振荡器—分析第一暂稳态T-T+T-第二暂稳态§6.1.3555构成多谐振荡器—仿真R4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U2555R32kR45.1kABCDC10.01uC20.1u•已知VCC=12V，电容C=0.01μF，R1=R2=5.1kΩ。12360.7(2)0.735.1100.0110107TRRCs习题5：求电路振荡的周期和占空比。P20312120.672RRqRR•已知VCC=5V，电容C=1μF，求R1、R2121110.7(2)fTRRC例：要求输出脉冲频率为1HZ，占空比为0.612120.62RRqRR•将C=1μF代入上面两式，得R1=286kΩR2=572kΩ输出脉冲占空比:BAARRRq充电回路放电回路21lnlnCRUVUVCRTATCCTCCA充电时间：2002lnlnCRUUCRTBTTB放电时间：§6.1.5555构成多谐振荡器--占空比调节1、秒脉冲发生器：§6.1.6多谐振荡器的应用举例石英晶体：石英晶体多谐振荡器能够获得稳定可靠的时钟信号，经分频得到秒脉冲信号。555构成的多谐振荡器配以适当的参数构成50HZ的脉冲信号，再经计数器进行50分频得到秒脉冲信号。1、报警器：音频振荡电路：555多谐振荡器产生一定的音频信号，通过控制555的4脚复位与否来控制扬声器是否发声。3AX31VRV2施密特触发器6.2施密特触发器•性能特点：–①具有两个稳定的状态0、1。–②工作时需要外加信号源，状态改变受外加信号控制。–③具有滞回特性（即输入电压的上升过程和下降过程的阈值电平不同）。所以抗干扰能力也很强。•可以用分立元件、门电路或555定时器构成。施密特触发器是一种能将输入波形整形成数字电路所需矩形波的电路。回差电压：TTTUUUUT-UT+§6.2.1施密特触发器传输特性b)逻辑符号a)传输特性TU负向阈值电压TU正向阈值电压8462153VccIvOv§6.2.2555构成施密特触发器--分析二六搭一接输入信号5脚：工作中不使用UCO，通过一个0.01μF的电容接地(交流接地），以旁路高频干扰。4脚：接高电平，使清零端无效此时U1=2/3Vcc,U2=1/3Vcc习题3：P203R4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U2555ABCDC10.01uvi§6.2.3555构成施密特触发器--仿真UT+=UCOUT-=1/2UCO回差电压:COTTTUUUU21§6.2.4555构成施密特触发器—电压调节1、用于波形变换：§6.2.5施密特触发器的应用举例2、用于脉冲整形：3、用于脉冲鉴幅：施密特触发器能将幅度大于UT+的脉冲选出。4、用于构成多谐振荡器：6.3单稳态触发器•性能特点：–①有一个稳态（0态或1态）和一个暂稳态。–②在无外界触发脉冲作用下，单稳态触发器保持稳态。–③在外界触发脉冲作用下，单稳态触发器由稳态翻转到“暂稳态”。–④经过一断时间，单稳态触发器从暂稳态自动返回稳态。•暂稳态维持时间即脉冲宽度，取决于电路本身的参数R、C，与触发脉冲无关。•可由门电路、555定时器等组成单稳态触发器，也有集成的单稳态触发器。单稳态触发器是一种能将输入波形整形成数字电路所需矩形波的电路。0101011)初始状态--稳态没有触发器电平时，vI为低电平，vO1为高电平，vO为低电平。§6.3.1门电路构成单稳态触发器2）触发状态（暂稳态）当vI正跳变时，vO1由高到低，vI2为低电平。于是vO为高电平。即使vI触发信号撤除，由于vO的作用，vO1仍可为低电平。11010充电3）自动翻转暂稳态期间，电源经电阻R和门G1对电容C充电，vI2升高，经过tw时间后，vI2升到G2的阈值电压vTH时，G2翻转，vO=0。暂稳态结束，回到稳态。00101脉冲宽度要窄tW=0.7RC充电当vI的脉冲宽度很宽时，在单稳态触发器的输入端加一个RC微分电路，否则，在电路由暂稳态返回到稳态时，由于门G1被vI封住了，会使vO的下降沿变缓而影响波形。§6.3.2集成单稳74121--不可重复触发tW=0.7RextCextA1、A2两个下降沿有效触发端B上升沿有效触发端3个输入端稳态0习题6：P203外接电阻（下降沿触发）内部电阻（上升沿触发）内置电阻2KΩCext外接电容（10pF~10μF）Rext外接电阻（1.4KΩ~40KΩ）CRui847365552510.01μFuoVCCuiuotttP00(a)电路(b)工作波形uct02VCC/3七六搭一，上R下C，2接输入信号§6.3.3555构成单稳态触发器--分析输出脉冲宽度tp。tp≈1.1RCVI下降沿到达,VO输出高电平，TD截止，VCC经R向C充电，001100010当VC=2/3VCC时，触发器翻转，VO输出低电平，TD导通，电容C经TD迅速放电。§6.3.4555构成单稳态触发器--仿真R4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U2555ABCDC10.01uviC20.1uR110k用手触摸金属片P，感应相当于在2脚加入一个负脉冲，电路进入暂稳态，u0输出高电平，灯泡RL发光，暂稳态结束后，u0恢复低电平，灯泡熄灭，定时时间由RC参数调节。1、定时：触摸定时开关定时时间为t=1.1RC§6.3.5单稳态触发器应用举例只有在脉冲宽度tpo内的信号才能通过。2、延时：频率计CX10RX/CX11RINT9A13A24B5Q6Q1U174121R120kC110uuiui1123U2:A74LS08ABCD单稳态触发器的应用仿真--延时3、整形可将脉冲宽度不等的矩形脉冲甚至不规则的输入信号整形成脉冲幅度和宽度都相等的矩形波。通常噪声多表现为尖脉冲，宽度较窄，而有用的信号都具有一定的宽度。因此，利用单稳态电路，将输出脉宽调节到大于噪声宽度而小于信号宽度即可消除噪声。4、消除噪声5、硬件看门狗CPU正常工作时，触发信号规则发出，单稳态触发器被不断地重复触发，处于暂稳态，输出高电平；故障出现，丢失若干个触发脉冲或触发频率降低，触发时间间隔大于暂态时间，恢复到稳态，输出低电平，CPU重启。“看门狗”是一种形象的说法，指计算机控制系统中一个相对独立的失脉冲检测电路。英文名WatchdogTimer即WDT，它是一个可重复触发的单稳态触发器。单稳态触发器CPUReset端CPU某一I/O口作业•P203第3、5题谢谢！