项目四集成定时器

数电字技子术广西机电职业技术学院电气系项目四集成定时器数电字技子术广西机电职业技术学院电气系这一种中规模单片集成电路，使用灵活方便，性能优良，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器等。目前生产的定时器有双极型和CMOS两种类型。双极型产品：国产的有F555、5Ｇ555、5Ｇ1555等，国外的有NE555等555定时器工作的电源电压很宽，并可承受较大的负载电流。双极型定时器电源电压范围为5～16V，最大负载电流可达200mA；CMOS定时器电源电压范围为3～18V，最大负载电流在4mA以下。CMOS产品：国产的有CC7555，国外的有ICM7555、ICM7556等。556是双定时器，片内封装有含两个独立的555电路。定时器（timer）又称时基电路。集成555定时器是一种兼容模拟和数字于同一硅片的中规模集成电路。因其内部有三个5kΩ的分压电阻而得名。（1）555定时器简介一、555定时器的工作原理和逻辑功能常见555定时器外形12345678数电字技子术广西机电职业技术学院电气系（2）555定时器的电路结构与符号C1C2G3QQG1G2RSVR5k5k5kUR1UR2GNDVCCRDOUTCO555THTRDIS电路符号627153843OUT输出端8VCC电源端4RD直接置0端DIS7放电端TH6阈值输入端TR2触发输入端CO5控制电压输入端GND1接地端集电极开路输出端UR1UR2构成电阻分压器，为比较器C1、C2提供两个参考电压，UR1=2/3VCC，UR2=1/3VCC。输出缓冲器OUT=Q构成基本RS触发器，决定电路输出。放电管，其输入为Q，输出为开路集电极。Q构成电压比较器，比较TH与UR1和TR与UR2的大小。数电字技子术广西机电职业技术学院电气系（3）555定时器的工作原理与逻辑功能101导通定时器5G555的功能表不变不变1截止11导通01导通00V状态OUT=QRDTRTH输出输入××CC32VCC32VCC31VCC31VCC31VCC32V直接置0端RD低电平有效，优先级最高。不用时应使其为1。数电字技子术广西机电职业技术学院电气系不变不变1截止11导通01导通00V状态OUT=QRDTRTH输出输入××CC32VCC32VCC31VCC31VCC31VCC32V定时器5G555的功能表01导通0110（2）555定时器的工作原理与逻辑功能数电字技子术广西机电职业技术学院电气系（2）555定时器的工作原理与逻辑功能不变不变1截止11导通01导通00V状态OUT=QRDTRTH输出输入××CC32VCC32VCC31VCC31VCC31VCC32V定时器5G555的功能表10截止1001数电字技子术广西机电职业技术学院电气系（2）555定时器的工作原理与逻辑功能不变不变1截止11导通01导通00V状态OUT=QRDTRTH输出输入××CC32VCC32VCC31VCC31VCC31VCC32V定时器5G555的功能表11数电字技子术广西机电职业技术学院电气系简化功能表不变不变1截止11导通01导通00V状态OUTRD输出输入TRTH××CC32VCC32VCC31VCC31VCC31VCC32V使用要点(1)RD低电平有效,优先级最高，不用时应接高电平。通常不用CO端，为了提高电路工作稳定性，将其通过0.01F电容接地。(3)TR低电平有效，TH高电平有效，因此，TH加低电平、TR加高电平时为非有效电平，电路状态不变。(4)输出0时，Q=1，因此V导通；输出1时，Q=0，故V截止。(5)注意：①TH电平高低是与2/3VCC相比较，TR电平高低是与1/3VCC相比较。②若控制输入端CO加输入电压uCO，则UR1=uCOUR2=uCO/2，故TH和TR电平高低的比较值将变成uCO和uCO/2。(2)TH和TR均为高电平时输出0，均为低电平时输出1。数电字技子术广西机电职业技术学院电气系GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01FR1CuOuC-+R2二、用555(一)电路结构DISVCCR1THTRGNDVCCRDCO0.01FOUTuOCuC-+R2数电字技子术广西机电职业技术学院电气系(二)工作原理、工作波形与周期估算uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLCC32VCC31VⅠⅠⅡ充电UOHTH=TR=uC很小Ⅰ接通VCC后，开始时TH=TR=uC0，uO为高电平，放电管截止，VCC经R1、R2向C充电，uC上升，这时电路处于暂稳态Ⅰ。工作原理数电字技子术广西机电职业技术学院电气系(二)工作原理、工作波形与周期估算uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLCC32VCC31VⅠⅠⅡUOLTH=TR≥2/3VCC当uC上升到TH=TR=uC≥2/3VCC时，uO跃变为低电平，同时放电管V导通，C经R2和V放电，uC下降，电路进入暂稳态Ⅱ。工作原理Ⅱ接通VCC后，开始时TH=TR=uC0，uO为高电平，放电管截止，VCC经R1、R2向C充电，uC上升，这时电路处于暂稳态Ⅰ。放电数电字技子术广西机电职业技术学院电气系当uC下降到TH=TR=uC≤1/3VCC时，uO重新跃变为高电平，同时放电管V截止，C又被充电，uC上升，电路又返回到暂稳态Ⅰ。(二)工作原理、工作波形与周期估算uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLCC32VCC31VⅠⅠⅡTH=TR≤1/3VCCⅠ工作原理当uC上升到TH=TR=uC≥2/3VCC时，uO跃变为低电平，同时放电管V导通，C经R2和V放电，uC下降，电路进入暂稳态Ⅱ。接通VCC后，开始时TH=TR=uC0，uO为高电平，放电管截止，VCC经R1、R2向C充电，uC上升，这时电路处于暂稳态Ⅰ。数电字技子术广西机电职业技术学院电气系(二)工作原理、工作波形与周期估算电容C如此循环充电和放电，使电路产生振荡，输出矩形脉冲。uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLCC32VCC31VⅠⅠⅡ周期与占空比估算tWH0.7(R1+R2)CtWL0.7R2CT=tWH+tWL0.7(R1+2R2)C2121WH2RRRRTtq数电字技子术广西机电职业技术学院电气系这种振荡器输出波形的占空比为：%100(%)BAAPLPHPHRRRTTTq充电时D1导通D2截止放电时D2导通D1截止(三)占空比可调的多谐振荡器数电字技子术广西机电职业技术学院电气系GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01FR1C+R2RP1RP2[例]指出右图中控制扬声器鸣响与否和调节音调高低的分别是哪个电位器？若原来无声，如何调节才能鸣响？欲提高音调，又该如何调节？解：R1、R2、RP1和C共同构成定时元件，因此调节RP1可调节音调高低。欲提高音调，则应减小RP1，因此触头应下移。RP2调节RP2可控制RD为0或1，从而控制振荡器工作与否，因此能控制扬声器鸣响与否。调节RP2使触头左移至适当位置，可使RD=1，使扬声器鸣响。RP1数电字技子术广西机电职业技术学院电气系C1R1uo184736555Ⅰ2510.01μFuo1VCCR2(a)电路(b)工作波形C2R3uo284736555Ⅱ2510.01μFuo2R4C例模拟声响电路将振荡器Ⅰ的输出电压uo1接到振荡器Ⅱ中555定时器的复位端（4脚），当uo1为高电平时振荡器Ⅱ振荡，为低电平时555定时器复位，振荡器Ⅱ停止震荡。思考：该电路的模拟声响频率是多少？数电字技子术广西机电职业技术学院电气系GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01FRCuIuOuC-+三、用555定时器组成单稳态触发器(一)电路结构DISTHVCCRR、C为定时元件TRuIOUTuOGNDVCCRDCO0.01FCuC-+数电字技子术广西机电职业技术学院电气系(二)工作原理、工作波形与参数估算1.稳定状态接通电源后VCC经R向C充电，使uC上升。uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC该电路触发信号为负脉冲，不加触发信号时，uI=UIH(应1/3VCC)。当uC≥2/3VCC时，满足TR=uI1/3VCC，TH=uI≥2/3VCC,因此uO为低电平，V导通，电容C经放电管V迅速放电完毕，uC0V。这时TR=UIH1/3VCC，TH=uC02/3VCC，uO保持低电平不变。因此，稳态时uC0V，uO为低电平。充电工作原理导通放电VuCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC0VUOLUIH数电字技子术广西机电职业技术学院电气系2.触发进入暂稳态(二)工作原理、工作波形与参数估算uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC当输入uI由高电平跃变为低电平(应1/3VCC)时，使TR=UIL1/3VCC而TH=uC0V2/3VCC，因此uO跃变为高电平，进入暂稳态，这时放电管V截止，VCC又经R向C充电，uC上升。UILUOH充电数电字技子术广西机电职业技术学院电气系3.自动返回稳定状态(二)工作原理、工作波形与参数估算uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC2.触发进入暂稳态UIHUOLTH≥2/3VCC放电V当输入uI由高电平跃变为低电平(应1/3VCC)时，使TR=UIL1/3VCC而TH=uC0V2/3VCC，因此uO跃变为高电平，进入暂稳态，这时放电管V截止，VCC又经R向C充电，uC上升。这时uI必须已恢复为高电平当uC上升到uC≥2/3VCC时，TH=uC≥2/3VCC，而TR=uI=UIH(1/3VCC)，因此uO重新跃变为低电平。同时，放电管导通，C经V迅速放电uC0V，放电完毕后，电路返回稳态。数电字技子术广西机电职业技术学院电气系[例]用上述单稳态电路输出定时时间为1s的正脉冲，R=27k，试确定定时元件C的取值。(二)工作原理、工作波形与参数估算uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC输出脉冲宽度tW即为暂稳态维持时间，主要取决于充放电元件R、C。该单稳态触发器为不可重复触发器，且要求输入脉宽tWI小于输出脉宽tWO。解：因为tWO1.1RC故可取标称值33F。F33.7k271.1S11.1WORtC估算公式tWO1.1RC数电字技子术广西机电职业技术学院电气系uiuotp经过长距离传输后，脉冲信号的边沿会变差或波形上叠加某些干扰，利用整形可使其变成符合要求的波形。（四）555芯片构成的单稳态触发器应用举例2.脉冲定时1.脉冲整形因此，利用单稳态触发器可以控制门开通与否以及开通多长时间。uAuBuCuOG单稳态触发器组成的定时电路和工作波形uAuCuBuOuC门的定时时间即为单稳态触发器的暂稳态持续时间。tWuC为与门G开通与否的控制信号。uC=0，门G开通，信号uB通过门G输出；uC=1，门G关闭，uB不能输出。单稳态触发器数电字技子术广西机电职业技术学院电气系tW将窄脉冲展宽成宽度为tW的脉冲uIuOtt3.脉冲展宽数电字技子术广西机电职业技术学院电气系四、用555定时器组成施密特触发器0uOuIUOL1/3VCC2/3VCCUOH当TH=TR=uI2/3VCC时电压传输特性为反相输出的滞回特性uIuO当TH=TR=uI1/3VCC时1/3VCC0当1/3VCCTH=TR=uI2/3VCC时当uI1/3VCC时当uI由高电平逐渐下降，且1/3VCCuI1/3VCC时不变不变1截止11导通01导通00V状态OUTRD输出输入TRTH××CC32VCC32VCC31VCC31VCC31VCC32V0uOuIUOL1/3VCC2/3VCCUOHUT+=2/3VCCUT-=1/3VCCUT=UT+-UT-=1