试验08555定时器及其应用

1、实验八555定时器及其应用一、实验目的1 .熟悉并掌握 555时基电路的工作原理；2. 熟悉并掌握 555构成的单稳态触发器、多谐振荡器、占空比可调的多谐振荡器三种典型电路结构及工作原理；3. 学会应用 555时基集成电路。二、实验任务(建议学时：4学时)(一) 根本实验任务1. NE555构成的单稳态触发器逻辑功能测试；2. NE555构成的多谐振荡器及参数测试；3. NE555构成的占空比可调的多谐振荡器及参数测试；(二) 扩展实验任务()1. 555 构成的脉冲宽度调制(PW 册 Pulse Width Modulation)器。2. 利用 555 时基电路设计一个驱动电路，能够实现对L

2、ED 灯的亮度调节。3. 利用 555 时基电路设计一个线性斜坡电压( Linear Ramp)发生器。三、实验原理1.555 定时器又称为时基电路，由于它的内部使用了三个5K的电阻，故取名 555。图 8-1 NE555引脚排列及内部框图NE555 引脚功能说明：GND :电源地；TRIG :触发端；OUT :输出端；RESET :清零端，低电平有效;7u7VccTRIG27DISCHOUT36THRESRESET45CONT(a)引脚排列(b)内部框图U1U11DNCONT :控制端；THRES :阈值电压输入端； DISCH :放电端；Vcc :电源正极;555 定时器集成芯片型号很多，

3、 例如 LM555、NE555、SA555、CB555、ICM7555、LMC555 等等，尽管型号繁多，但它们的引脚功能是完全兼容的，在使用中可以彼此替换， 大多数双极型芯片最后 3 位数码都是 555,大多数 CMOS 型芯片最后 4 位数码都是 7555 还有局部 定时器芯片的命名采用 C555来表示 CMOS 型 555 定时器，例如 LMC555 。另夕卜，还有双 定时器型芯片双极型的 556和 CMOS 型的 7556、四定时器 NE558。555的引脚排列和内部框图见图8-1, 556的引脚排列见图 8-2。1 DISCH 1u14Jvcc1THRES 2132DISCH1CON

4、T 3122THRESr1RESETL4112CONT10Ul5102RESETITRIG692OUTGND782TRIG图 8-2 NE556双定时器引脚排列2.双极型与 CMOS 型 555 定时器芯片的区别1双极型 555 定时器工作电压范围 515V，其驱动能力强，最大负载电流达土 200mA,其构成的多谐振荡器工作频率较低，极限大约为300kHz 不同厂商生产的 555 定时器其最高振荡频率不一定相同，具体值需要通过查阅厂商提供的芯片参数手册；2CMOS 型 555 定时器工作电压范围 316V，其驱动能力弱，最大负载电流仅有土 4mA,其构成的多谐振荡器工作频率较高，可达500kH

5、z 不同厂商生产的 555 定时器其最高振荡频率不一定相同，具体值需要通过查阅厂商提供的芯片参数手册；由于 CMOS 型的 555定时器驱动能力很弱，因此，使用 CMOS 型的 555定时器时，当 负载工作电流最大值超过土 4mA 时，需要在 CMOS 型 555 定时器的 Out 端和负载之间加一 级缓冲电路以提高CMOS 型 555 定时器的驱动能力。注意，这里的负载电流正负表示的含义为：负载电流为正时，表示电流由Out端流出，负载电流为负时，表示电流流入Out 端。一根本实验任务图 8-3单稳态触发电路555构成的单稳态触发电路如图8-3电路所示，当 555 的触发端 TRI 施加一触发

6、信号，TRI 端的电压 v1Vcc, 555被触发，进入暂态,其 Out 端输出一个高电平，同时 DIS 放电3端截止，5V电源通过 R 对 C进行充电，当 C两端电压由 0V充电至 A Vcc 时，Out 端输3出高电平翻转为低电平，同时电容C 通过导通的 DIS放电端放电至 0V,电路进入稳态，为下一次触发脉冲的到来做好准备。图 8-3单稳态触发电路的暂态持续时间 tw- 1.1RC R单 位 K Q , C单位 uF,那么 t 的单位为 ms，假设 Ui 端输入一个时钟脉冲信号 CP,贝 U图 8-3单稳 态触发器电路可作为分频器使用， tw应满足 NT-0.5T tw Vcc 时，3O

7、ut 端高电平翻转为低电平，同时电容C 通过 R2 经导通的 DIS端到地放电，直至 Vc 再次 v1Vcc, DIS3端截止，5V又重新通过 R1 和 R2 对 C充电，Out 端uL-THRuiTRILh4555ChdCON输 入输出ResetThresTrigOutDisch0 xx0导通12 Vcc3【Vcc30导通1Vcc3保持保持13 Vcc3 Vcc3 20mA 时，LED 亮度的增强肉眼已无法分辨，因此,LED 灯属于电流型器件，一般普通LED 灯的正向工作电流IF极限值约为50mA,其光衰电流不能大于IF/3约15 18mA。当 LED灯的 IF v 17mA 时,其发光强度

8、与它的性关系实际上 LED2.利用 555 时基电路设计一个驱动电路，能够实现对LED 灯的亮度进行调节。LED的工作电流一般选择在 15mA左右，此时 LED 的电光转换效率较高， 且光衰电流合理。综上所述，要实现对 LED 的亮度调节最简单的方法就是调节其正向电流IF的大小，但直接调节IF大小会导致 LED 发光色谱产生偏移具体原因可自行上网查阅相关资料。目前广泛使用的 LED 调光技术都是基于 PWM方式来调节 LED 亮度的，其原理如图 8-7所示。设计要求：利用 NE555 设计一个占空比 q 在 0.250.75 可调，一个周期 T 内对应 LED 的平均IF在 515mA 之间，

9、 NE555工作电源电压为 5V, LED 的IF最大值 Imax 取 20mA, PWM的周期 T 应足够小，以保证人眼不会觉察到 LED 有明显的闪烁感。3.利用 555时基电路设计一个线性斜坡Linear Ramp 信号发生器锯齿波发生器。利用 NE555设计一个线性锯齿波发生器，提示：如图 8-8所示电路，用 NE555构成多谐振荡器，并用恒流源对电容C 进行恒流充电，电容两端电压Uc就会线性增大。四、实验预习1. 熟悉 555 芯片引脚排列及引脚功能。2. 复习 555 内部电路结构及工作原理。3. 当图 8-3电路作为分频器使用时，试分析 Ui 为 10kHz方波信号时，电路为几分

10、频器？4.估算图 8-4多谐振荡器的方波信号周期T及占空比 q。5.估算图 8-5 电路的占空比调节范围，及方波信号周期To6.利用 Multisim仿真软件对扩展任务 1 进行电路仿真，观察并了解Uo、Uc、Ui 波形之间 的关系。7.在扩展任务 2、3项中任选一个，并利用 Multisim仿真软件进行电路设计、仿真和调试 直至电路功能符合设计要求为止，画出仿真电路图电路图使用模块化画法， 列出电路所 需元件清单，设计出实验测试用数据表格。图 8-8锯齿波发生器五、实验器材1. 数字电路实验箱2. 数字万用表3. 集成电路芯片1NE555 2 只；2三极管 S8550 1只；31N4148

11、2 只；410kQ电位器 1 只；5阻容元件假设干；6面包实验板 1块；7导线假设干。六、实验内容与步骤一根本实验任务1. NE555构成的单稳态触发器功能测试。1 按图 8-3在面包板上接好线路，给 NE555的 TRI 端输入一个 10kHz的连续脉冲信号， 观 察并记录 Uo和 Ui 波形；2将电路中的 R 由 10k更换为 5k1 , Ui 保持不变，观察并记录 Uo 和 Ui 波形；3将电路中的 R更换为 1M , C更换为 10uf，去掉 TRI 端的 Ui 信号，并将实验箱中的单脉冲下降沿插孔用导线接至NE555的 TRI 端2 脚，NE555的 Out 端经过一 470 欧姆的

12、电阻与 LED 灯正极相连，LED 负极接地。电路通电后，给 TRI 一个低电平触发脉冲的同时 用秒表功能对电路暂态twLED 灯点亮进行计时，并记录数据，共进行10次计时，取其平均值最为 tw的最终测试结果。2. NE555构成的多谐振荡器及参数测试。按图 8-4电路在面包板上接线，并用示波器观察并记录Uo、Uc 的波形。3. NE555构成的占空比可调的多谐振荡器及参数测试。按图 8-5电路在面包板上接线，检查接线无误后，用示波器观察并记录Rp 最大和最小时对应的 Uo、Uc 的波形。二扩展实验任务1.555 构成的脉冲宽度调制 PWMPulse Width Modulation器。1 按

13、照图 8-6所示电路在面包板上接线，CON端输入一如图 8-6 b 图所示正弦波 Ui,其 Vpp=2V ,f=1kHz。Ui 可利用函数信号发生器获得，现将其 Vpp调至 2V ,然后利用 信号发生器的 DC Offset功能将其幅值向大于 0V方向偏移 3V。2用示波器观察并记录 Uo、Uc、Ui 的波形。2. 扩展任务选做项。根据事先设计好的电路在实验箱或面包板上连线，按自拟实验步骤对电路进行测试，并将测试结果记入自拟的测试表格中。七、考前须知1 .实验电路连线事先用万用表土极管挡进行检测，保证连接电路的连线完好，正式连接实验线路前，必须对所用芯片进行逻辑功能的验证，保证接入电路的芯片功能完好。2. 将芯片插入插座，或者从插座上拔出芯片时，用力要均匀，防止用力不均导致芯片 引脚弯曲变形甚至折断。3.注意集成芯片在集成芯片插座上的安装方向不要弄反，器件和连线要插牢，仔细核对芯片各引脚功能，先将芯片的电源引脚和地引脚分别接至5V正、负极上，其余引脚也不能接错。4.芯片输出端不允许并联使用非OC门，更不允许