数字电子技术项目教程（第2版）教案 项目5　电子门铃电路的制作

教师备课纸第页课题5.1555 定时器的结构及其功能5.2555 定时器的应用课型理实一体授课班级集成电路23C1授课时数2教学目标1.了解脉冲的产生与变换的基本概念。2.掌握 555 定时器的基本工作原理和功‍能。3.掌握 555 定时器构成施密特触发器的方法及工作原‍理。4.掌握施密特触发器的应‍用。教学重点555定时器的施密特触发器的工作原理教学难点555定时器的结构框图和工作原理学情分析学生未接触过555定时器教学效果一般教后记分模块进行分析555定时器的工作原理学生易接受。一、555定时器电路的结构及其功能555 定时器内部有 3 个 5kΩ的电阻分压器，故称 555。555 定时器的产品型号繁多，但所有 TTL 集成单定时器的最后 3 位数码为 555，双定时器的为 556，电源电压工作范围为 4.5～16V；所有 CMOS 型集成单定时器的最后 3 位数码为 7555，双定时器的为 7556，电源电压工作范围为 3～18V。1．555定时器的电路结构555定时器内部电路如图所示。一般由分压器、比较器、触发器、开关及输出等四部分组成。UUCCDTHCORTR12345678GNDOUT555（a）内部电路（b）引脚排列图（1）电阻分压器电阻分压器由三个5kΩ电阻串联而成（故称555），将电源电压分为三等份，作用是为比较器C1、C2提供参考电压。若控制端悬空或通过电容接地时，则若控制端外加控制电压时，则（2）电压比较器电压比较器是由两个结构相同的集成运放C1、C2构成。C1用来比较参考电压和高电平触发端电压:当＞时，集成运放C1输出0；当＜时，集成运放C1输出1。C2用来比较参考电压和低电平触发端电压:当＞时，集成运放C2输出为1；当＜时，集成运放C2输出为0。（3）基本RS触发器由与非门G1、G2构成基本RS触发器，比较器C1的输出作为基本RS触发器的置0输入端，若C1输出为0，则=0；比较器C2的输出作为基本RS触发器的置1输入端，若C2输出为0，则=1。端是定时器的复位输入端，若=0，则定时器输出端=0。正常工作时应该使端处于高电平。（4）放电管 T晶体管T称为放电管，工作于开关状态，其基极受基本RS触发器输出端的控制。当=1时，三极管饱和导通，放电端D通过导通的三极管为外电路提供放电的通路；当=0，三极管截止，放电通路被截断。2．555定时器的功能在1脚接地，5脚未外接电压的情况下，555定时器的功能如下表所示。输入输出功能放电管0××0导通复位10导通置01不变不变保持11截止置1（1）复位功能当复位输入端=0时，不管其它输入状态如何，输出=0，=1，放电管T导通。因此正常使用时，应使复位端置1。（2）置0功能当复位端置1，且,图5.2（a）中，基本触发器的输入端，，，此时输出端，具有置0功能。三极管T导通，放电端D通过三极管接地。（3）保持功能当复位端置1，且,,和均保持不变，此时输出端、三极管T、放电端D均维持原来的状态，具有保持功能。（4）置1功能当复位端置1，且，,,,此时输出端,具有置1功能。三极管T截止，放电端D与地断路。555定时器的用途很广，只要改变555集成电路的外部附加电路，就可以构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器三种典型应用电路。二、555 定时器的应用（一）555定时器构成施密特触发器及应用施密特触发器有“0”、“1”两个稳定状态，可以将波形变换为矩形波，它的显著特点是具有回差特性，并具有波形变换、脉冲整形、脉冲鉴幅等典型应‍用。1. 电路组成将高电平触发端和低电平触发端连在一起，加入输入信号就可以构成一个反相输出的施密特触发器。用 555 定时器构成的施密特触发器电路和工作波形如下图 所‍示。图555 定时器构成的施密特触发器2．工作原理设输入信号为最常见的正弦波，正弦波幅度大于555定时器的参考电压电路输入输出波形如图(b)所示。当处于0＜≤上升区间时，根据555定时器功能表可知，。分析宜细讲，有助于功能的理解课题5.2.2555 定时器构成单稳态触发器及应用5.2.3555 定时器构成多谐振荡器及应用课型理实一体授课班级集成电路23C1授课时数2教学目标1.掌握 555 定时器构成单稳态触发器、多谐振荡器的方法及工作原‍理。2.掌握单稳态触发器、多谐振荡器的应‍用。教学重点555定时器构成的单稳态触发器、多谐振荡器的工作原理教学难点555定时器构成的单稳态触发器、多谐振荡器的工作原理学情分析学生已学过555定时器构成的施密特触发器教学效果一般教后记学生比较难理解555定时器构成的单稳态触发器、多谐振荡器的工作原理。一、555 定时器构成单稳态触发器及应用单稳态触发器有两个状态，一个为稳态“0”，另一个为暂稳态“1”，具有脉冲延时、脉冲定时等典型应‍用。1．电路组成由555定时器构成的单稳态触发器如图（a）所示，低电平触发端作为输入信号端，将高电平触发端TH和放电端D相连，并与定时元件R、C相接。外部复位端接直流电源，控制端通过滤波电容接地。输入输出电压波形见图（b）所示。（a）电路图（b）输入输出波形图（a）电路图（b）输入输出波形图2．工作原理（1）稳态接通电源且未加触发负脉冲时，输入，电源通过 R 对 C 充电，上升，当时，则，根据 555 定时器功能可知，此时电路输出稳定状态“0”，同时放电管导通，电容 C 快速放电，使它两端电压为 0，电路保持稳态“0”不‍变。（2）暂稳态 当负脉冲下降沿到来时，，根据 555 定时器功能可知，此时电路输出状态由“0”变为“1”，同时放电管截止，电源通过 R 对 C 充电，上升，电路进入暂稳态。之后虽然负脉冲消失，，但仍未上升到，故暂稳态暂时维持一段时‍间。（3）暂稳态自动返回稳态当时（此时，），根据 555 定时器功能可知，电路输出状态自动恢复到稳态“0”，电路自动恢复到稳‍态。暂稳态持续时间，即输出脉冲的宽度，主要取决于充放电元件 R、C。。3. 单稳态触发器工作特点①

两个状态：一个是稳态，另一个是暂稳‍态。②

当无触发脉冲作用时，单稳态触发器处于稳定状态。当有触发脉冲作用时，能从稳态翻转到暂稳态，暂稳态维持一定时间后，自动返回稳‍态。③

暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无‍关。4.典型应用（1）脉冲延时如果需要延迟脉冲的触发时间，可利用如下图（a）所示的单稳态电路来实现。从波形下图（b）可以看出，经过单稳态电路的延迟，由于的下降沿比输入信号的下降沿延迟了的时间，因而可以用输出脉冲的下降沿去触发其他电路，从而达到脉冲延时的目‍的。图单稳态电路的脉冲延时电路如下图为延时电路原理图。开关闭合，555 定时器开始工作，一开始因电容两端电压不能突变，电容上电压为零，所以电阻上的电压接近电源电压，555 定时器输出“0”，继电器保持断开状态。同时电源向电容充电，电容两端电压不断上升，而电阻上的电压不断下降，当电容上电压上升至电源电压的 2/3，即电阻上电压下降至电源电压的 1/3 时，555 定时器输出“1”，继电器 KS 吸‍合。从开关按下到继电器吸合的这阶段即延迟时间。延迟时间长短由 R、C 决‍定。图延时电路原理图（2）脉冲定时单稳态触发器能够产生一定宽度的矩形脉冲，利用这个脉冲去控制某个电路，则可使其仅在时间内工作。例如，利用宽度为的正矩形脉冲作为与门的一个输入信号，使得矩形脉冲为高电平期间，与门的另一个输入信号才能通过。脉冲定时的原理框图及工作波形如下图所‍示。图6.10单稳态电路的脉冲定时电路下图是 555 触摸定时开关的电路原理图，集成电路 IC1 是一片 555 定时电路，在这里接成单稳态电路。平时由于触摸片 P 端无感应电压，电容 C1 通过 555 第 7 脚放电完毕，第 3 脚输出为低电平，继电器 KS 释放，电灯不‍亮。IC1IC1图555 触摸定时开关当需要开灯时，用手触碰一下金属片 P，人体感应的杂波信号电压由 C2 加至 555 的触发端，使 555 的输出由低电平变成高电平，继电器 KS 吸合，电灯点亮。同时，555 第 7 脚内部截止，电源便通过 R1 给 C1 充电，定时开‍始。当电容 C1 上电压上升至电源电压的 2/3 时，555 第 7 脚导通使 C1 放电，使第 3 脚输出由高电平变回到低电平，继电器释放，电灯熄灭，定时结‍束。定时长短由 R1、C1 决定：。按图中所标数值，定时时间约为 4min。D1 可选用 1N4148 或 1N4001。延时电路和定时电路的主要区别是电阻和电容的连接位置不‍同。二、555 定时器构成多谐振荡器及应用多谐振荡器是一种自激振荡器，功能是产生一定频率和一定幅度的矩形波信号。由于矩形波中含有丰富的高次谐波分量，所以习惯上将矩形波振荡器叫做多谐振荡器。多谐振荡器一旦振荡起来后，电路没有稳态，只有两个暂稳态“0”和“1。这两种暂稳态交替变化输出矩形脉冲信号，因此又被称作无稳态电路。多谐振荡器常用来作为脉冲信号源。1．电路组成555定时器构成的多谐振荡器如图(a)所示，高电平触发端和低电平触发端相连，无外加输入信号，放电端接在两个电阻之间。电容电压波形和输出电压波形如图（b）所示。（a）电路图（b）电压波形图（a）电路图（b）电压波形图76843555512R1R2uoUCC0.01uFCTHTR2．工作原理假设接通电源前，电容器上电压。接通电源后，因为电容两端电压不能突变，所以有，电路输出高电平 OUT

=

1。放电管截止，电源向电容器充电。充电回路是地，电容器上电压按指数规律上升。当电容器上电压上升到电源电压的 2/3 时，，电路输出转为低电平 OUT

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0。完成从暂稳态“1”向暂稳态“0”的转‍变。电压按指数规律下降。当电容器上电压下降到电源电压的 1/3 时，，电路输出高电平 OUT

=

1，完成从暂稳态“0”向暂稳态“1”的转变。同时放电管截止，电容器再次充电，如此周而复始，产生振荡，输出相应矩形‍波。电路输出高电平的时间（充电时间）：电路输出低电平的时间（放电时间）：振荡周期：振荡频率：占空比：q=脉宽/周期，其中脉宽指的是一个周期内高电平所占的时间，因此有。图 6.12（a）电路输出的矩形波的占空比为。3.典型应用如下图所示为模拟救护车变音警笛声的电路原理图。图中 IC1、IC2 都接成自激多谐振荡的工作方式。其中，IC1 输出的方波信号通过 R5 去控制 IC2 的 5 脚电平。当 IC1 输出高电平时，由 IC2 组成的多谐振荡器电路输出频率较低的一种音频；当 IC1 输出低电平时，由 IC2 组成的多谐振荡器电路输出频率较高的另一种音频。因此 IC2 的振荡频率被 IC1 的输出电压调制为两种音频频率，使喇叭发出“嘀、嘟、嘀、嘟、…”的与救护车鸣笛声相似的变音警笛声，其波形见下图 （b）。改变 R2、C1 的参数，