555定时器的应用之文献综述

555定时器的应用摘要555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件，一般用双极性工艺制作的称为555,用CMOS工艺制作的称为7555。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。在工业控制、定时、仿生、电子乐器及防盗报警等方面应用很广。本文对555定时器的电路结构和功能基本的了解，简单介绍由555定时器构成的一些基本电路，并重点讲解由555定时器构成的施密特触发器、单稳态触发器以及多谐振荡器的工作原理和应用。关键字：555定时器，施密特触发器，单稳态触发器，多谐振荡器引言在数字电路或系统中，经常需要各种宽度、幅度且边沿陡峭的脉冲信号，如时钟信号、定时信号等。其中，时钟信号就是一种典型的矩形波信号，他在时序电路中协调各种功能部件的工作，因此必须考虑时钟脉冲信号的产生与变换问题。获得脉冲信号的方法通常有两种：一种方法是利用多谐振荡器直接产生所需的脉冲信号；另一种方法是利用已有的其他费脉冲信号，通过脉冲整形电路变换成所需的脉冲信号。通过查阅相关文献，了解到555定时器是一种应用非常广泛的中规模数字一模拟混合集成电路，利用它能很方便地构成施密特触发器，单稳态触发器和多谐振荡器等功能电路。由于其使用灵活，方便，因而被广泛应用于信号的产生与变换,控制与检测,家用电器以及电子玩具等领域。555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V~16V工作，7555可在3~18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555定时器的工作原理555定时器电路主要由电压比较器、分压器基本RS触发器、泄放三极管和反相器构成。其电路结构图如图1所示，引脚图如图2所示。555定时器含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关T，比较器的参考电压由三只5KQ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器C121同相比较端和低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为2Vcc和-Vcc。C133和C2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过22Vcc时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通;3当输入信号自2脚输入并低于^Vcc时，触发器置位，555的3脚输出高电平，3同时放电，开关管截止[1]。mmm⑤VccVoVhV®CB555GND图2!S55引脚图RdRd是复位端，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接Vcc。Rd是复位端，当其为2是控制电压端（5脚）,平时输出3Vcc作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01F的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路。555电路的应用2.1555电路构成施密特触发器施密特触发器是数字系统中常用的电路之一,它可以把变化缓慢的脉冲波形变换成为数字电路所需要的矩形脉冲。施密特电路的特点在于它也有两个稳定状态,但与一般触发器的区别在于这两个稳定状态的转换需要外加触发信号,而且稳定状态的维持也要依赖于外加触发信号,因此它的触发方式是电平触发。（1）组成及工作原理施密特触发器电路图和波形图如图3所示，其回差电压为1Vcc。若在电压3控制端⑤外接可调电压Vco（1.5〜5V）,可以改变回差电压AV，施密特触发器T可方便的地把三角波转换成方波。当输入信号Ui<-Vcc时，基本RS触发器置1,即Q=0；Q=1,输出U为3O12高电平：若Ui增加，使得—Vcc<Ui<-Vcc时，电路维持原态不变，输出U仍33O为高电平,如果输入信号增加到Ui>-Vcc时,RS触发器置0,即Q=0；Q=1,输出3-U为低电平；Ui再增加，只要满足Ui>-Vcc，电路维持该状态不变。若Ui下O31-1降，只要满足-Vcc<Ui<-Vcc，电路状态仍然维持不变；只有当Ui=-Vcc时，33触发器再次置1，电路又翻转回输出为高电平的状态［-］。图3施密特触发器电路图和波形图（-）施密特触发器的应用在脉冲与数字技术中，施密特触发器的应用非常广泛，下面举例说明a波形变换利用施密特触发器的回差特性，可以将输入的三角波、正弦波，锯齿波等缓慢变化的周期信号变换成矩形脉冲输出。b脉冲波的整形数字系统中，矩形脉冲在传输中经常发生波形畸变或受到干扰而变得不规则时，出现上升沿和下降沿不理想的情况，可用施密特触发器整形后，获得较理想的矩形脉冲。整形时，若适当增大回差电压，可提高电路的抗干扰能力。c脉冲鉴幅幅度不同、不规则的脉冲信号时加到施密特触发器的输入端时，能选择幅度大于欲设值的脉冲信号进行输出。d触发器常用芯片74LS18双四输入与非门（施密特触发）74LS19六反相器（施密特触发）74132、74LS132、74S132、74F132、74HC132四2输入与非施密特触发器触发器74221、74LS221、74HC221、74C221双单稳态多谐振荡器（有施密特触发器）2.2555电路构成多谐振荡器多谐振荡器是常用的矩形脉冲产生电路。它是一种自激振荡器，在接通电源后，不需要外加触发信号，就能自动地产生矩形脉冲或方波。由于矩形波中除基波外还包括了丰富的高次谐波，因此习惯称为多谐振荡器。多谐振荡器工作没有一个稳定状态，属于无稳态电路。电路的输出高电平和低电平的切换是自动进行的，常把这两个状态分别称为暂稳态I和暂稳态II[5]。1、电路组成和工作原理接通电源后，VCC经R1R2给电容C充电。由于电容上电压不能突变，电源刚接通时Vc」Vcc，所以555内部比较器A1输出高电平，A2输出低电平，3即RD=1,SD=O,基本RS触发器置1,输出端Q为高电平。此时Q=0,使内部放电管截止。当uC上升到大于^Vcc时，RD=1，SD=1，基本RS触发器状态不变，即输32出端Q仍为高电平，当VC上升到略大于〒Vcc时，Rn=0，SD=1，基本RS触发器置0,输出端Q为低电平。这时Q=1，使内部放电管饱合导通。于是电容C某大学毕业设计某大学毕业设计（文献综述）第#页某大学毕业设计某大学毕业设计(文献综述)第6页经R2和内部放电管放电，u按指数规律减小。当Vc下降略小于1Vcc时，内部比较器A1输出高电平，A2输出低电平，3基本RS触发器置1,输出高电平。这时，Q=0,内部放电管截止。于是C结束放电并重新开始充电。如此循环不止，输出端就得到一系列矩形脉冲，如图42、主要参数计算2、主要参数计算电路输出矩形脉冲的周期为：T=t1+t2=0.7(R1+R2)C+0.7R2C=0.7(R1+R2)C改变R、R和C的值，就可以改变振荡器的频率。如果利用外接电路改变Cq端12O(5号端)的电位，则可以改变多谐振荡器高触发端的电平，从而改变振荡周期T。在实际应用中，常常需要调节t和t。在此，引进占空比的概念。输出脉冲的占12空比为：2.3单稳态触发器空比为：2.3单稳态触发器tD=—p1——

ttpl+p2RR+2RBA单稳态触发器又称单稳态振荡器，是广泛应用于脉冲整形、延时和定时的常用电路。单稳态触发器具有稳态和暂稳态两个不同的工作状态下，是单稳态电路。当无输入信号触发时电路处于稳态；在外界触发脉冲作用下，电路状态转换进入暂稳态，在暂稳态持续一定时间后，又会自动地翻转到稳态。1、单稳态触发器的组成及工作原理单稳态触发器采用电阻、电容组成RC定时电路，用于调节输出信号的脉冲宽度TW。在电路中，V接555定时器的Tr端，其工作原理如下：a稳态（触发前）：V为高电平时，Vtr=1,输出V。为低电平，放电管T导通,定时电容器C上的电压（6、7脚电压）VC=VTH=0,555定时器工作在“保持”态。b触发：在Vi端输入低电平信号，555定时器的Tr端为低电平，电路被“低触发”Q端输出高电平信号，同时，放电管T截止，定时电容器C经（R+RW）充电,VC逐渐升高。电路进入暂稳态。在暂稳态中，如果V.恢复为高电平（Vtr=1）,CiTR2但VC充电尚未达到-V时（VTH=0）,555定时器工作在保持状态，V。为高电C3ccTHO平，T截止，电容器继续充电。--c恢复稳态：经过一定时间后，电容器充电至VC略大于-V,因VTH>-VC3ccTH3cc使555定时器“高触发”，V。跳转为低电平，放电管T导通，电容器经T放电，VC迅速降为0V,这时，Vtr=1,Vth=0,555定时器恢复“保持”态。d高电平脉冲的脉宽TW：当V。输出高电平时，放电管T截止，电容器开始-充电，在电容器上的电压小于-V这段时间，V。一直是高电平。因此，脉冲宽

3cc。度即是由电容器C开始充电至VC=2；VCC的这段暂稳态时间。脉冲宽度计算公式：Tal.l（R+W）C。wW-、工作过程该电路如图5所示，因为其暂态时间Tw=1.1RC,R=R1+R2,C=220uF,令R2=580千欧，则R1可调至200千欧。该电路的工作过程：该电路是由ne555构成的单稳态电路，单稳态电路只有一个稳定状态和一个暂稳定状态，在外界触发的作用下，电路从稳态翻转到暂稳态，然后在暂稳态停留一段时间Tw后又自动返回到稳态。根据555定时器工作原理可知U。为高电平。当信号产生时，电路导通，电路产生一个低电平，低触发端接收到该低电平触发信号，定时电容C开始充电。200k580k■o+5V22QL1F200k580k■o+5V22QL1F-°VDDRDISTHOUTTEV盟C—VTUo图5单稳态电路OluF结论555定时器是一种应用非常广泛的中规模数字一模拟混合集成电路。利用它能很方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等功能电路。由于其使用灵活方便，因而被广泛应用于信号的产生与变换，控制与检测，家用电器以及电子玩具等领域。经过对所找资料的学习和总结，让我了解了一些设计电路的步骤，555定时电路看起来简单，但是要做到没有错误也是要下一番功夫的，通过查找文献和在老师和同学的帮助下，我对本次的毕业设计有了很大的信心，在查找资料的过程中我学到了很多知识。因为还要答辩，不懂你就必须想办法把它弄懂，在这个学习过程中，我对课题的要求基本胸有成竹了。了解了关于555定时器的工作原理与设计思想，但是由于时间的紧迫，这个设计没有进行仿真，比较遗憾，不过在设计的过程中还是是学到不少东西的，由于有些芯片我们在数字电子技术基础里没有学过的，我们在查找这些资料的过程中就学到很多东西，有些芯片本来我们不懂的，但是经过查资料使我对有些不是懂的芯片有了一定的了解。如果有时间，最好能够做出一个实物图就比较了解，但是时间实在太紧，不过经过对资料的整理，为我毕业设计提供了资料和思路。参考文献刘宝琴.许海根.数字电路与系统[M].北京：清华大学出版社，1993：12-13.杨素行．模拟电子技术基础简明教程．北京：高等教育出版社，1998：100-105.杨颂华．冯毛官．孙万蓉．胡力山．数字电子技术基础．西安：西安电子科技大学出版社，2000：134-145.清源计算机工作室.Protel99se原理图与PCB及仿真.北京：机械工业出版社，2004：56-58.陈永甫.新编555集成电路应用800例[M].北京：电子工业出版社,2000：87-90.陈克安.集成电路速查大全[M].北京:西安电子科技大学出版社,1995：120-125