定时器及应用

1、掌握(zhngw)用 555 定时器构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的方法。主要(zhyo)要求： 了解 555 定时器的电路结构，掌握其符号和功能。7.2 555 定时器及其应用 共三十三页 常用(chn yn)的有施密特触发器和单稳态触发器。 脉冲信号产生与整形(zhng xng)的方法 获取脉冲信号的方法 脉冲信号产生与整形电路的实现是一种多用途集成电路，只要外接少量阻容元件就可构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等，使用方便、灵活，应用广泛。 用多谐振荡器直接产生。 用整形电路对已有波形进行整形、变换。 施密特触发器主要用以将缓慢变化或快速变化的非矩形脉冲变换成陡峭的矩

2、形脉冲。单稳态触发器 主要用以将宽度不符合要求的脉冲变换成符合要求的矩形脉冲。用门电路构成。 用专用的集成电路。 用 555 定时器构成。 共三十三页555 定时器简介(jin ji) 555 定时器是一种结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路。它电源电压(diny)范围宽(双极型 555 定时器为 5 16 V，CMOS 555 定时器为 3 18 V)，可提供与 TTL 及 CMOS 数字电路兼容的接口电平，还可输出一定功率，驱动微电机、指示灯、扬声器等。TTL 单定时器型号的最后 3 位数字为 555，双定时器的为 556；CMOS 单定时器的最后 4 位数为 7555，双定时器的

3、为 7556。 一、555 定时器的工作原理和逻辑功能共三十三页555 定时器的电路结构(jigu)与符号 C1C2G3QQG1G2RSVR5 k5 k5 kUR1UR2GNDVCCRDOUTCO555THTRDIS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(kil)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，

4、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。555 定时器的电路结构与符号 C1C2G3QQG1G2RSVR5 k5 k5 kUR1UR23OUT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 UR1UR2Q共三十三页555 定时器的工作原理与逻辑(lu j)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 入直接置 0 端 RD 低电平有效，优先级最高。不用时应使其为 1。共三十

5、三页不变不变1截止11导通01导通00V 状态OUT = QRDTRTH输 出 输 入定时器 5G555 的功能表 01导通0110555 定时器的工作原理与逻辑(lu j)功能共三十三页555 定时器的工作(gngzu)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 入定时器 5G555 的功能表 10截止1001共三十三页555 定时器的工作原理与逻辑(lu j)功能 不变不变1截止11导通01导通00V 状态OUT = QRDTRTH输 出 输 入定时器 5G555 的功能表 11共三十三页简化(jinhu)功能表 不变不变1截止11导通0

6、1导通00V 状态OUTRD输 出 输 入TRTH使用(shyng)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： TH 电平高低是与 2/3VCC 相比较，TR 电平高低是与 1/3VCC 相比较。若控制输入端 CO 加输入电压 uCO ，则 UR1 = uCO UR2 = uCO/

7、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。共三十三页二、用 555 定时器组成(z chn)施密特触发器 0uOuIUOL1/3VCC2/3VCCUOH当TH=TR=uI2/3VCC时电压传输特性(txng)为反相输出的滞回特性(txng)uIuO当TH=TR=uI1/3VCC时1/3VCC0当1/3VCC TH=TR=uI2/3VCC时当uI1/3VCC时当uI由高电平逐渐下降，且1/3VCC uI 1/3 VCC)。 当 uC 2/3 VCC 时，满足TR = uI 1/3 VCC，TH = u

8、I 2/3 VCC,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 0 V。这时TR = UIH 1/3 VCC，TH = uC 0 2/3 VCC，uO 保持低电平不变。因此，稳态时 uC 0 V，uO 为低电平。充电工作原理 导通放电VuCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC0VUOLUIH共三十三页 2. 触发(chf)进入暂稳态 (二)工作原理、工作波形(b xn)与参数估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC当输入 uI 由高电平跃变为低电平(应 1/3 VCC )时，使 TR = UIL1/3 VCC而TH

9、= uC 0 V 2/3 VCC，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充电共三十三页 3. 自动返回(fnhu)稳定状态 (二)工作(gngzu)原理、工作(gngzu)波形与参数估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC 2. 触发进入暂稳态 UIHUOL TH2/3 VCC放电V当输入 uI 由高电平跃变为低电平(应 1/3 VCC)时，使 TR = UIL1/3 VCC 而TH = uC 0 V 1/3 VCC )，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 u

10、C 0 V，放电完毕后，电路返回稳态。共三十三页例 用上述单稳态电路输出(shch)定时时间为1 s 的正脉冲，R = 27 k，试确定定时元件 C 的取值。 (二)工作原理(yunl)、工作波形与参数估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC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 1.1 RC故可取标称值 33 F。估算公式 tWO 1.1 RC共三十三页经过长距离传输后，脉冲信号(xnho)的边沿会变差或波形上叠加某些干扰，利用整形可使其

11、变成符合要求的波形。 (三)单稳态触发器应用(yngyng)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。tW uC 为与门 G 开通与否的控制信号。 uC = 1，门 G 开通，信号 uB 通过门 G 输出； uC = 0，门 G 关闭，uB 不能输出。 共三十三页若已知 Rext = 10 k，Cext = 1 F则可得 tW 0.7 RextCext = 7 msRI CX RX/CXQ+VCCuIRextCextQ

12、OuItOuOt脉冲展宽电路和工作波形3. 脉冲(michng)展宽 tW接成正脉冲触发方式将窄脉冲展宽成宽度为 tW 的脉冲共三十三页GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01 FR1CuOuC-+R2四、用 555 定时器组成(z chn)多谐振荡器 (一)电路(dinl)结构 DISVCCR1THTRGNDVCCRDCO0.01 FOUTuOCuC-+R2共三十三页(二)工作原理、工作波形(b xn)与周期估算 uCOtOuOtUOLUOHtWHtWL充电UOHTH = TR = uC 很小接通 VCC 后，开始时 TH = TR = uC 0，uO 为高电平，放电管截

13、止，VCC 经 R1、R2 向 C 充电，uC 上升，这时电路处于暂稳态。 工作(gngzu)原理 共三十三页(二)工作(gngzu)原理、工作(gngzu)波形与周期估算 uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLUOLTH = TR 2/3 VCC当 uC 上升到 TH = TR = uC 2/3 VCC 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 。工作(gngzu)原理 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。 放电共三

14、十三页当 uC 下降到 TH = TR = uC 1/3 VCC 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。(二)工作原理、工作波形与周期(zhuq)估算uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLTH=TR1/3VCC工作(gngzu)原理 当 uC 上升到 TH = TR = uC 2/3 VCC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 。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

15、处于暂稳态。 共三十三页(二)工作(gngzu)原理、工作(gngzu)波形与周期估算 电容(dinrng) C 如此循环充电和放电，使电路产生振荡，输出矩形脉冲。uCOtOuOtUOLUOHtWHtWL周期与占空比估算tWH 0.7 (R1 + R2)C tWL 0.7 R2CT = tWH + tWL 0.7 (R1 + 2R2)C共三十三页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(rh)调节才能鸣响？欲提高音调，又该如何(rh)调节？解：R1、R2、RP1 和

16、 C 共同构成定时元件，因此(ync)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共三十三页外接元件和连线少，触发(chf)方式灵活，既可用输入脉冲的正跃变触发(chf)，又可用负跃变触发(chf)，使用十分方便，而且工作稳定性好。因此应用很广泛。 (二)集成(j chn)单稳态触发器 TTL 不可重复触发型单稳态触发器 CT74121 的逻辑符号 有 3 个触发信号输入端，TR-A和

17、TR-B 用负脉冲触发， TR+ 用正脉冲触发。 有 2 个互补输出端TR+TR-BTR-AQQRI CX RX/CXRintCextRext/CextRI CX RX/CX不可重复触发型单稳的限定符号 外接定时元件端 “”号表示非逻辑连接，即没有任何逻辑信息的连接，例如外接 R、C 和 VCC 等。 共三十三页如何(rh)使用 Rint、Cext 和 Rext / Cext 端？RI CX RX/CXTR+TR-BTR-AQQ悬空不接CextRextVCC一般接法tW 0.7 RextCext通常取：Rext = 2 40 k，Cext = 10 pF 10 F。当输出脉宽很小时，可用内部电

18、阻 Rint = 2 k取代 Rext ，接法如下：RI CX RX/CXTR+TR-BTR-AQQCext+VCCtW 0.7 RintCext共三十三页那么 CT74121 的触发(chf)信号应如何加呢？通过对 CT74121 功能表的分析就可知道触发端的(dund)用法。 欲负脉冲触发，则将触发脉冲从 TR-A 或 TR-B 加入，而 TR+ 接 1。 欲正脉冲触发，则将触发脉冲从 TR+ 加入，而 TR-A 和 TR-B 至少有一接 0。 可见，CT74121 可正脉冲触发，也可负脉冲触发。0011111101110010101010QQTR+TR-BTR-A输 出输 入CT7412

19、1 的功能表 负脉冲触发应用举例RI CX RX/CXTR+TR-BTR-AQQ+VCC+VCCQTR-B正脉冲触发应用举例RI CX RX/CXuO+VCCuIuIuO2. CT74121 逻辑功能的分析与应用 CT74121 的功能表 0011111101110010101010QQTR+TR-BTR-A输 出输 入共三十三页本章(bn zhn)小结施密特触发器和单稳态触发器是两种常用的整形电路，可将输入的周期信号(xnho)整形成符合要求的同周期矩形脉冲。施密特触发器具有回差特性，它有两个稳态状态，有两个不同的触发电平。施密特触发器可将任意波形变换成矩形脉冲，输出脉冲宽度取决于输入信号的

20、波形和回差电压的大小。施密特触发器还可用来进行幅度鉴别、构成单稳态触发器和多谐振荡器等。实用中，常选用集成施密特触发器或 采用555 定时器构成施密特触发器。共三十三页单稳态触发器有一个稳定状态和一个暂稳态。其输出脉冲(michng)的宽度只取决于电路本身 R、C 定时元件的数值，与输入信号没有关系。输入信号只起到触发电路进入暂稳态的作用。改变 R、C 定时元件的数值可调节输出脉冲的宽度。 单稳态触发器可将输入(shr)的触发脉冲变换为宽度和幅度都符合要求的矩形脉冲，因此，常用于脉冲的定时、整形和展宽等。实用中，常选用集成单稳态触发器或 采用 555 定时器构成单稳态触发器。 共三十三页在振荡(zhndng)频率稳定度要求很高的情况下，可采用石英晶体振荡器。 多谐振荡器没有稳定状态，只有两个(lin )暂稳态。暂稳态间的相互转换完全靠电路本身电容的充电和放电自动完成。因此，多谐振荡器接通电源后就能输出周期性的矩形脉冲。改变 R、C定时元件数值的大小，可调节振荡频率。 共三十三页555 定时器是一