课题六 定时器.doc

课题六 定时器【学习目标】 1熟悉555集成定时器的电路结构、工作原理及其特点。2掌握555集成定时器的基本应。【相关知识】 555定时器是一种数字电路与模拟电路相结合的中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳态触发器和多谐振荡器等，因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。 一、555定时器电路分析 555定时器产品有TTL型和CMOS型两类。TTL型产品型号的最后三位都是555，CMOS型产品的最后四位都是7555，它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。 555定时器的电路如图4.6.1所示。它由三个阻值为5k的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电晶体管T、与非门和反相器组成。 图4.6.1 555定时器原理图分压器为两个电压比较器、提供参考电压。如5端悬空，则比较器的参考电压为，加在同相端；的参考电压为，加在反相端。 是复位输入端。当时，基本RS触发器被置0，晶体管T导通，输出端为低电平。正常工作时，。 和分别为6端和2端的输入电压。当， 时，输出为低电平，输出为高电平，即，基本RS触发器被置0，晶体管T导通，输出端为低电平。 当， 时，输出为高电平，输出为低电平，基本RS触发器被置1，晶体管T截止，输出端为高电平。 当， 时，基本RS触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。 综上所述，可得555定时器功能如表4.6.1所示。表4.6.1 555定时器功能表输 入输 出复位u11u12输出u0晶体管T00导通10导通11截止1保持保持 555定时器能在较宽的电源电压范围内正常工作，双极型555定时器电源电压的范围为516V，输出高电平均为电源的90%。CMOS型555定时器电源电压的范围为318V，输出高电平不低于电压的95%。二、555定时器的应用 1单稳态电路 前面介绍的双稳态触发器具有两个稳态的输出状态和，且两个状态始终相反。而单稳态触发器只有一个稳态状态。在未加触发信号之前，触发器处于稳定状态，经触发后，触发器由稳定状态翻转为暂稳状态，暂稳状态保持一段时间后，又会自动翻转回原来的稳定状态。单稳态触发器一般用于延时和脉冲整形电路。 单稳态触发器电路的构成形式很多。图4.6.2(a)所示为用555定时器构成的单稳态触发器，R、C为外接元件，触发脉冲u1由2端输入。5端不用时一般通过0.01uF电容接地，以防干扰。下面对照图4.6.2(b)进行分析。(1) 稳态 接通电源后，经R给电容C充电，当上升到大于时，基本RS触发器复位，输出。同时，晶体管T导通，使电容C放电。此后，若不加触发信号，即，则保持0状态。电路将一直处于这一稳定状态。(2) 暂稳态 在瞬间，2端输入一个负脉冲，即，基本RS触发器置1，输出为高电平，并使晶体管T截止，电路进入暂稳态。此后，电源又经R向C充电，充电时间常数=RC，电容的电压 按指数规律上升。 在时刻，触发负脉冲消失()，若，则=1，=1，基本RS触发器保持原状态，u0仍为高电平。 在时刻，当uc上升略高于时，基本RS触发器复位，输出，回到初始稳态。同时，晶体管T导通，电容C通过T迅速放电直至为0。这时，电路为下次翻转做好了准备。输出脉冲宽度为暂稳态的持续时间，即电容C的电压从0充至所需的时间。由此得: (4-6-4) 由上式可知： 改变R、C的值，可改变输出脉冲宽度，从而可以用于定时控制。 在R、C的值一定时，输出脉冲的幅度和宽度是一定的，利用这一特性可对边沿不陡、幅度不齐的波形进行整形。 (a) 电路图 (b) 波形图 图4.6.2 单稳态触发器 2多谐振荡器 多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。多谐振荡器可用作方波发生器。图4.6.3所示是由555定时器构成的多谐振荡器。、和C是外接元件。 刚接通电源时，。当升至后，比较器输出低电平()，基本RS触发器置0，定时器输出由1变为0。同时，三极管T导通，电容通过放电，下降。在 期间，保持低电平状态。在下降至以后，比较器C2输出低电平( )，使触发器置1，输出由0变为1。同时三极管T截止，于是电容C再次被充电。如此不断重复上述过程，多谐振荡器的输出端就可得到一串矩形波。工作波形如图4.6.3(b)所示。 (a) 电路图 (b) 波形图 图4.6.3 多谐振荡器振荡周期等于两个暂稳态的持续时间。第一个暂稳态时间为电容C的电压从充电至所需时间: (6-5)第二个暂稳态时间为电容C的电压从放电至所需时间 (6-6) 振荡周期 (6-7) 振荡频率 占空比为 (6-8) 【例4.6.7】 图4.6.4所示为用555定时器组成的液位电路，当液面低于正常值时，扬声器发声报警。 说明报警的原理。 计算扬声器发声的频率。 解： 图4.6.4所示电路是由555定时器组成的多谐振荡器，其振荡频率由R1、R2和C的值决定。电容两端引出两个探测电极插入液体内。液位正常时，探测电极被液体短路，振荡器不振荡，扬声器不发声。当液面下降到探测电极以下时，探测电极开路，电源通过R1、R2给C充电，当uc升至时，振荡器开始振荡，振荡器发声报警。 图4.6.4 液位*电路 扬声器的发声频率，即为多谐振荡器的频率【技能训练】一、实训目的1熟悉555集成定时器的电路结构、工作原理及其特点。2掌握555集成定时器的基本应用。二、实训设备与器件1+5V直流电源 2双踪示波器3连续脉冲源4单次脉冲源5音频信号源6数字频率计7逻辑电平显示器855522CK132电位器、电阻、电容若干三、实训内容1.用555定时器构成多谐振荡器1）连接如图4.6.3（a）示多谐振荡器电路。2）用示波器观察、记录输出电压和电容上电压的波形，测出、（峰点值）、（谷点值）及周期T的数值，且算出T的理论值，与实测值相比较。2用555定时器构成一个占空比可调（周期不变）的方波发生器1）连接好图4.6.5示占空比可调的方波发生器电路。图 4. 6.5占空比可调的方波发生器电路2）调节，观察占空比的变化，用示波器观察、的波形。3）在活动头分别移至两端的情况下，测出输出的T、计算出占空比。3.用555定时器构成单稳态触发电路1)按图4.6.6连接好电路。当触发器脉冲宽度大于单稳态触发电路输出脉冲宽度时，应如图中所示接入、微分 ，使555定时器2脚输入负脉冲为窄脉冲。 图4.6.6单稳态触发器电路2)接连续脉冲f = 512HZ，用示波器观察、记录、及的波形（以为触发信号），测出的脉冲宽度，且与理论值相比较。4施密特触发器按4.6.7接线，输入信号由音频信号源提供，预先调好vs的频率为1kHz，接通电源，逐渐加大vs的幅度，观测输出波形，测绘电压传输特性，算出回差。图4.6.75模拟声响电路图4.6.8 模拟声响电路按图4.6.8接线，组成两个多谐振荡器，调节定时元件，使输出较低频率，输出较高频率，连好线，接通电源，试听音响效果。调换外接阻容元件，再试听音响效果。五、实训报告1、搞清555定时器的功能和应用2、理论计算出实验内容1多谐振荡器的输出方波的周期T3、理论计算实验内容3 中2）输出脉冲宽度。4、搞清图4.6.6中、微分电路的作用。为连续脉冲，对应地分析、画出的波形。思考与练习1、图4.6.9是用555定时器组成的开机延时电路。若给定，,试计算常闭开关S断开以后经过多长的延迟时间才调变为高电平。图4.