555集成定时器及其应用

1555定时器及其应用555定时器的电路工作原理与结构、功能由555电路组成的单稳态触发器由555电路组成的多谐振荡器由555电路组成的施密特触发器555电路应用举例概述2•555时基电路大量应用于电子控制、电子检测、仪器仪表、家用电器、音响报警、电子玩具等诸多方面。•还可用作振荡器、脉冲发生器、延时发生器、定时器、方波发生器、单稳态触发振荡器、双稳态多谐振荡器、自由多谐振荡器、锯齿波发生器、脉宽调制器、脉位调制器等等。555时基电路的特点和封装3下页返回555时基电路之所以得到这样广泛的应用，在于它具有如下几个特点：①555在电路结构上是由模拟电路和数字电路组合而成，它将模拟功能与逻辑功能兼容为一体，能够产生精确的时间延迟和振荡。它拓宽了模拟集成的应用范围。②该电路采用单电源。双极型555的电压范围为4.5V~15V；而CMOS型的电源适应范围更宽，为2V~18V。这样，它就可以和模拟运算放大器和TTL或CMOS数字电路共用一个电源。上页4•③555可独立构成一个定时电路，且定时精度高，所以常被称为555定时器。•④555的最大输出电流可达200mA（双极型）,带负载能力强。可直接驱动小电机、喇叭、继电器等负载。二、555时基电路的封装和命名•（1）命名规则：•＃所有双极型产品型号最后的3位数码都是555；•＃所有CMOS产品型号最后的4位数码都是7555；•＃所有双极型双定时器产品最后的3位数码都是556；•＃所有CMOS双定时器产品最后的4位数码都是7556；•＃双极型和CMOS型555定时器的功能和外部引脚的排列完全相同。5（2）常见封装形式图6.2.1555和556时基电路的封装示意图6•一、双极型555时基电路的结构、功能与工作原理•（1）美国无线电公司生产的CA555时基电路•下图是美国无线电公司生产的CA555时基电路的内部等效电路图。7图6.2.2CA555时基电路的内部等效电路图TRTH双稳态触发器推挽式功率输出IO=200mAImax50mA2/3VCC1/3VCC8•555电路可简化为下图6.2.3所示的等效功能电路。显然555电路内含两个比较器A1和A2、一个触发器、一个驱动器和一个放电晶体管。图6.2.3CA555时基电路的等效功能电路图Q2/3VCC1/3VCC置位－复位触发器9表1CA555引出端真值表SMR引脚2()6(R)4()3(V0)7(Q)功能电平**＜0.3V低电平低电平强制复位电平≤1/3Vcc*＞1.4V高电平悬空状态置位电平＞1/3Vcc＜2/3Vcc＞1.4V保持电平保持保持电平＞1/3Vcc≥2/3Vcc＞1.4V低电平低电平复位由表6.2.1可看出，、R、的输入不一定是逻辑电平，可以是模拟电平，因此，该集成电路兼有模拟和数字电路的特色。SMR10（2）国产双极型定时器CB555时基电路图6.2.4CB555时基电路的等效功能电路图复位触发置位触发强制复位控制电压放电端输出端置位－复位触发器11表6.2.2CB555引出端真值表输入输出VI1VI2VOTD状态0xx低导通12/3VCC1/3VCC低导通12/3VCC1/3VCC不变不变12/3VCC1/3VCC高截止12/3VCC1/3VCC高截止DR12CMOS型555时基电路在大多数应用场合，都可以直接代换标准的双极型的555。它与所有CMOS型电路一样，具有输入阻抗高、功耗极小、电源适应范围宽等一系列优点，特别适用于低功耗、长延时等场合。但它的输出驱动能力较低（最大负载电流4mA），不能直接驱动要求较大的电流的电感性负载。13双极型555和CMOS型555的性能比较•双极型555和CMOS型555的共同点：•①二者的功能大体相同，外形和管脚排列•一致，在大多数应用场合可直接替换。•②均使用单一电源，适应电压范围大，可•与TTL、HTL、CMOS型数字逻辑电路等共用电•源。•③555的输出为全电源电平，可与TTL、•HTL、CMOS型等电路直接接口。14•④电源电压变化对振荡频率和定时精度的•影响小。对定时精度的影响仅0.05％/V，且温度稳定性好，温度漂移不高于50ppm/oC。•双极型555与CMOS型555的差异：•①CMOS型555的功耗仅为双极型的几十分•之一，静态电流仅为300µA左右，为微功耗电路.•②CMOS型555的电源电压可低至2~3V；•各输入功能端电流均为pA(微微安)量级。•③CMOS型555的输出脉冲的上升沿和下降•沿比双极型的要陡，转换时间短。15•④CMOS型555在传输过渡时间里产生的尖•峰电流小，仅为2~3mA；而双极型555的尖峰电•流高达300~400mA。•⑤CMOS型555的输人阻抗比双极型的要高•出几个数量级，高达1010Ω。•⑥CMOS型555的驱动能力差，输出电流仅•为1~3mA，而双极型的输出驱动电流可达200mA.•一般说来，在要求定时长、功耗小、负载轻的场合宜选用CMOS型555；而在负载重、要求驱动电流大、电压高的场合，宜选用双极型的555。16下页返回上页一、用555定时器接成的单稳态触发器1.电路结构触发信号的输入端没有触发信号时vI处于高电平，稳态时vc1=vc2=1、Q=0，vo=0。vIvC0.01μFCR5627vO5kΩ5kΩ5kΩTDG2Q'Q8431+-C1+-C2G1G3G4VCCvC2vC117下页返回上页2/3VCCtwvCOtvIOtvOOtwln31.1tRCRC2.工作原理通常tw的范围为几微秒到几分钟。但随着tw的宽度增加它的精度和稳定度也将下降。vIvC0.01μFCR5627vO5kΩ5kΩ5kΩTDG2Q'Q8431+-C1+-C2G1G3G4VCCvC2vC118下页返回上页触发脉冲的宽度要小于tw触发负脉冲应在vC上升到2/3VCC之前回到高电平。2/3VCCtwvCOtvIOtvOOtvIvC0.01μFCR5627vO5kΩ5kΩ5kΩTDG2Q'Q8431+-C1+-C2G1G3G4VCCvC2vC119其中Ｍ为触摸金属片（或导线）。无触发脉冲输入时，555的输出Vｏ为“０”，发光二极管Ｄ不亮。当用手触摸金属片Ｍ时，相当于②端输入一负脉冲，555的内部比较器Ａ２翻转，使输出Vｏ变为高电平“１”，发光二极管亮，直至电容Ｃ上的电压充到VＣ＝2VＣＣ/３为止。发光二极管亮的时间TW＝1.1ＲＣ＝1.1s。用于触摸报警、触摸报时、触摸控制等。电路输出信号的高低电平与数字逻辑电平兼容。图中，Ｃ１为高频滤波电容，以保持２ＶＣＣ／３的基准电压稳定，一般取０．０１μＦ。Ｃ２用来滤除电源电流跳变引入的高频干扰，一般取０．０１μＦ～０．１μＦ20设输入信号ｖｉ为一列脉冲串，第一个负脉冲触发２端后，输出ｖｏ变为高电平，电容Ｃ开始充电，如果，由于ｖＣ未达到２ＶＣＣ／３，ｖｏ将一直保持为高电平，Ｔ截止。这段时间内，输入负脉冲不起作用。当ｖＣ达到２ＶＣＣ／３时，输出ｖｏ很快变为低电平，下一个负脉冲来到，输出又上跳为高电平，电容Ｃ又开始充电，如此周而复始。输出脉冲的延迟时间为：输出脉冲的周期为分频系数Ｎ主要由延迟时间ｔｐ决定，由于ＲＣ时间常数可以取得很大，故可获得很大的分频系数。2122下页返回上页二、用555定时器接成的多谐振荡器vOOtvCOtCCU32CCU31tp2tp1充电回路：VCC→R1→R2→C→地。放电回路：C→R2→T→地。vC0.01μFCR15627vO5kΩ5kΩ5kΩTDG2Q'Q8431+-C1+-C2G1G3G4VCCvC2vC1R223下页返回上页vOOtvCOttp1CCU32CCU31tp22ln)(211CRRtpCRR)(7.0212ln22CRtpCR27.0CRRttT)2(7.021p2p1振荡周期和振荡频率振荡周期CRRTf)2(43.1121振荡频率占空比用CB555定时器组成的振荡器，最高工作频率可达500kHz。212112RRRRTtDp24下页返回上页占空比可调的多谐振荡器R'1R'2充电回路：VCC→R‘1→D1→C→地。放电回路：C→D2→R‘2→T→地。占空比211RRRD84721563555R2R1RPD2D1C0.01μFvOVCC252627下页返回上页三、用555定时器接成的施密特触发器1.电路结构将555定时器的两个输入端连在一起作为信号输入端，即可得到施密特触发器。滤波电容，为提高VR1和VR2的稳定性信号输入端5627vI1vI2VR2VR10.01μFvIvO5kΩ5kΩ5kΩTDG2Q'Q8431+-C1+-C2G1G3G4VCCvC2vC1VR128下页返回上页2.工作原理vOOtCCV31CCV32vIOtvo由高电平变为低电平和由低电平变为高电平所对应的vI值不同，就形成了施密特触发特性。5627vI1vI2VR2VR10.01μFvIvO5kΩ5kΩ5kΩTDG2Q'Q8431+-C1+-C2G1G3G4VCCvC2vC129下页返回上页vIOtvOOtCCV31CCV32UT+UT-ΔUTCC31VCC31VIvOovCC32V如果参考电压由外接电压VCO供给，UT+=VCOUT-=1/2VCOΔUT=1/2VCO。电压传输特性回差电压303132五、555定时器应用举例331．救护车铃声横拟电路图中，IC1555组成频率为1Hz的振荡电路，IC2555组成高频振荡器，其振荡频率被频率为1Hz的振荡器调制，即当IC1的③脚输出高电平时，IC2振荡器的振荡频率低；当IC1的③脚输出低电平时，IC2振荡器的振荡频率高，这样就导致扬声器中发出“滴-嘟、滴-嘟”的声响。342．高压产生电路图中，IC555时基电路与电阻R1、R2和电容C1、C2组成无稳态振荡电路，当电源接通后，电路产生高频振荡，直接推动功率放大管BG，经放大后的振荡电流由升压变压器B的升压，再经高压硅堆整流，即可得到3～5kV的直流高压，可用于负离子发生器及静电吸尘等方面。BG的β＞25，BVCEO＞50V。B可选用22．9～30．5cm（9～12英寸）电视机行输出变压器，高压包不动，低压包用φ0．5mm左右的高强度添包线，绕25～30圈，也可直接使用摩托车上的点火线圈。D为15kV的高压硅堆。353、玩具电子琴电路IC555组成自激多谐振荡器，在⑦脚与电源之间加入一组音调电阻R1～R15，即是一架玩具电子琴。未按琴键K1～K5时，时基电路555不振荡，扬声器不发声；按下某一琴键时，扬声器依555的振荡频率，发出相应的声响。电阻R1～R15的选择调整方法，是用一只60～100kΩ的电位器，先接入电路，从高音（或低音）开始，转动电位器，使扬声器发出一个起始的标准音阶，测出电位器的阻值，并换上相同阻值的固定电阻，这样即可确定各音阶所需的电阻阻值。364、大功率循环彩灯控制电路当时基电路IC1的③脚输出高电平时，双向可控硅SCR1被触发导通，由它控制的一路灯泡点亮；与此同时，IC1③脚输出的高电平经二极管D1、电阻R3对电容C3充电，当C3上的充电电压达到2／3电源电压时，IC2的②、⑥脚因处高电位而复位，则IC2的③脚转为低电平，双向可控硅SCR2因失去触发电压而关断，它所控制的一路灯泡熄灭；与此同时，因IC2的③脚输出低电平，则IC3置位，③脚输出高电平，使可控硅SCR3触发导通，它所控制的一路灯泡点亮，而IC3又控制IC1复位，使SCR1控制的灯泡熄灭，从而进行周而复始地循环，实现了彩灯变换。375、单电源变双电源电路时基电路555接成无稳态电路，3脚输出频率为20KHz、占空比为1：1的方波。3脚为高电平时，C4被充电；低电平时，C3被充电。由于VD1、VD2的存在，C3、C4在电路中只充电不放电，充电最大值为EC，将B端接地，在A、C两端就得到+/-EC的双电源。本电路输出电流超过50mA。386、直流电机控速电路这是一个占空比可调的脉冲振荡器。电机M是用它的输出脉冲驱动的，脉冲占空比越