《电子技术及应用》课件项目七

项目七555定时器的功能及应用模块1

555定时器构成的基本电路

模块2

555定时器的应用

模块1

555定时器构成的基本电路

学习内容：

(1)施密特触发器。

(2)单稳态触发器。

(3)多谐振荡器。

(4)555定时器及其应用。

学习问题：

(1)施密特触发器的主要特点是什么？

(2)施密特触发器有什么用途？

(3)多谐振荡器有什么特点？

(4)石英晶体振荡器的特点是什么？其振荡频率与电路中的R、C有无关系？

(5)单稳态触发器有什么特点？它主要有哪些用途？

(6)555定时器主要由哪几部分组成？各部分的作用是什么？

(7)如何用555定时器构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器？

学习要求：

(1)掌握555定时器的功能。

(2)掌握用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。

(3)会计算单稳态触发器的脉冲宽度和多谐振荡器的振荡周期。

(4)了解石英晶体振荡器的特点。

任务1用555定时器构成施密特触发器

(一)任务要求

在面包板上用555定时器和附加元器件构成施密特触发器，测试其功能。

(二)任务内容

(1)识别555管脚：555管脚如图7-1-1所示。

图7-1-1

555管脚排列图

(2)按图7-1-2所示在面包板上连接电路，在输入端加上1kHz、5V的正弦信号。

(3)用示波器观察输入输出波形，并观察两个门限电压，将结果记入表7-1-1中。

(4)计算回差电压ΔU。

(三)任务结论

根据测试与讨论的结果，写出实践研究报告(目的、原理及方法、数据测试、分析及总结)。图7-1-2

555定时器构成的施密特触发器表7-1-1

555定时器构成的施密特触发器波形任务2用555定时器构成单稳态触发器

(一)任务要求

在面包板上用555定时器和附加元器件构成单稳态触发器，测试其功能。

(二)任务内容

(1)按图7-1-3所示在面包板上连接电路。

(2)接通电源，按下S再松开，观察发光二极管LED的状态改变，用示波器观察47μF的电容和LED波形，记入表7-1-2中。图7-1-3

555定时器构成的单稳态触发器

(3)计算脉冲宽度，记入表7-1-2中。

(4)将R改为10kΩ，计算脉冲宽度，再次按下S然后松开，观察发光二极管的状态改变和步骤(2)中有何不同，并用示波器观察47μF的电容和LED波形，记入表7-1-2中。

(三)任务结论

根据测试与讨论的结果，写出实践研究报告(目的、原理及方法、数据测试、分析及总结)。表7-1-2

555定时器构成的单稳态触发器波形任务3用555定时器构成多谐振荡器

(一)任务要求

在面包板上用555定时器和附加元器件构成多谐振荡器，测试其功能。

(二)任务内容

(1)按图7-1-4所示在面包板上连接电路。

(2)接通电源，用示波器观察输出波形并测出其振荡周期，记入表7-1-3中。

(3)计算振荡频率。

(4)将5.1kΩ电阻改为10kΩ，再次观察输出波形并测出振荡频率，也记入表7-1-3中，比较和步骤(3)中有何不同。图7-1-4

555定时器构成的多谐振荡器

(三)任务结论

根据测试与讨论的结果，写出实践研究报告(目的、原理及方法、数据测试、分析及总结)。表7-1-3

555构成的多谐振荡器波形【模块理论指导】

1.模块基本要求

掌握555定时器的电路结构、工作原理；555定时器构成的施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的结构及有关参数的计算。

理解集成施密特触发器、单稳态触发器和石英晶体多谐振荡器。

了解门电路构成的施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的工作原理。

2.模块重点和难点

重点555定时器构成的施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的结构及有关参数的计算。

难点555定时器构成的电路中电容的充放电过程。

3.模块知识点

1)门电路构成的施密特触发器

施密特触发器常用于脉冲波形变换，也是常用的整形和脉冲鉴幅电路。

施密特触发器有两个稳态，两种稳态在输入信号的作用下可进行相互转换，而且输出从低电平翻转为高电平和从高电平翻转为低电平对应的输入uI不同。当输入uI上升时输出发生翻转对应的输入电压，称为正向阈值电压，用UT+表示；当输入uI下降时输出发生翻转对应的输入电压，称为负向阈值电压，用UT－表示。正向阈值电压UT+和负向阈值电压UT－是不同的，它们之差称为回差，用△UT表示，其值为

ΔU=UT+－UT－电路内部构成了正反馈回路，提高了门电路的工作速度，从而使输出电压的边沿很陡峭；另外，由于存在回差电压，也提高了电路的抗干扰能力。

2)单稳态触发器

单稳态触发器有一个稳态和一个暂稳态，常用于脉冲整形、延时和定时等。单稳态触发器无触发信号时，处于稳态，而要从稳态转换到暂稳态则需外部触发脉冲驱动，经一段时间后，电路自动返回稳定状态。单稳态触发器在暂稳态维持时间的长短取决于定时元件R、C的大小，与触发脉冲没有关系。由TTL与非门组成的单稳态触发器，要求RC定时电路中的电阻必须小于关门电阻ROFF，输入微分电路中的电阻必须大于开门电阻RON。

集成单稳态触发器分不可重复触发单稳态触发器和可重复触发单稳态触发器两类。

3)多谐振荡器

多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定状态，只有两个暂稳态，是一种常用的能产生周期性矩形脉冲信号的自激振荡电路，依靠电路内部的反馈作用和R、C定时元件充、放电过程使两个暂稳态相互自动交换而产生振荡。由门电路构成的多谐振荡器主要有对称多谐振荡器、不对称多谐振荡器和环形多谐振荡器。

4)555定时器

(1)555定时器的结构及工作原理。555定时器是一种应用十分广泛的多功能电路，只需外接少量的阻容元件便可组成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等电路，其原理图如图7-1-5所示。

555定时器由三个5kΩ电阻构成的电阻分压器、两个电压比较器、一个与非门构成的基本RS触发器、输出缓冲级和放电三极管五部分组成。

4脚RD为直接置0端(复位端)，当RD为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出均为低电平；电路正常工作时，应将其接高电平。图7-1-5

555定时器原理图

5脚CO为电压控制端，当其悬空时，比较器C1和C2的参考电压分别为UC1＋＝ ；若CO端外接固定电压，则可改变电压比较器的参考电压。

2脚TR为触发输入端，6脚TH为阈值输入端，两端的电位高低控制电压比较器C1和C2的输出，从而控制基本RS触发器的状态，并通过输出缓冲级控制输出端的状态。

555定时器的功能表如表7-1-4所示。表7-1-4

555定时器的功能表

(2)555定时器的应用。

①构成施密特触发器。用555定时器构成的施密特触发器如图7-1-6所示，其电压传输特性具有滞回特性。图7-1-6施密特触发器及应用上门限为：

下门限为：

回差电压为：

若在5端外接固定电压，则可改变其上、下门限及回差。

例

5端外接电压V'CC，则

上门限为：

下门限为：

回差电压为：

施密特触发器常用于波形变换，如图7-1-6所示，输入为三角波，经施密特触发器后，输出为矩形波。②构成单稳态触发器。用555定时器构成的单稳态触发器如图7-1-7所示，输出由稳态的低电平翻转为暂稳态的高电平依靠外加信号来触发，当输入为有效的低电平时(实际上是下降沿到来的时刻)，输出由0翻为1，输出在高电平维持的时间(即脉冲宽度)取决于定时电路RC中C的充电时间，与外加的触发信号无关，如图7-1-7所示。

脉冲宽度tW=1.1RC。图7-1-7单稳态触发器及应用③构成多谐振荡器。用555定时器构成的多谐振荡器如图7-1-8所示，R1、R2、C、555的放电三极管V构成电容的充放电回路，从而使输出在高电平和低电平之间自动翻转，形成振荡。图7-1-8多谐振荡器

C充电时，uo为高电平，V截止，uC从 充电到

，其充电回路为

VCC→R1→R2→C→⊥

所用时间(脉冲宽度)为

TW1=0.7(R1+R2)C

C放电时，uO为低电平，V导通，uC从 放电到 ，其放电回路为

C→R2→V→⊥

所用时间(脉冲宽度)为

TW2=0.7R2C

则多谐振荡器产生的矩形波的振荡周期为

TW1=0.7(R1+2R2)C

振荡频率为

占空比为

模块2

555定时器的应用

学习内容：

了解555的实际用途。

学习问题：

模块1中由555构成的多谐振荡器输出的矩形波有什么不足之处，如何改进？

学习要求：

能够灵活地利用555定时器设计一些实用电路。

任务1设计门铃电路

(一)任务要求

要求扬声器在开关S按一下后，以1kHz的频率持续响5s左右，然后自动停响。

(二)元器件

555定时器两片，0.01μF滤波电容两个，0.22μF电容两个，20MΩ电阻一个，2.7kΩ电阻一个，1.1kΩ电阻一个，20kΩ电阻一个，按钮开关一个，扬声器一个。

(三)任务内容

(1)画出电路图。

(2)在面包板上插装此电路，验证其是否符合设计要求。

(3)焊接印制电路板。

(4)验证电路。

(四)任务结论

根据测试与讨论的结果，写出实践研究报告(目的、原理及方法、数据测试、分析及总结)。

任务2设计花样彩灯电路

(一)任务要求

10个发光二极管LED摆成星形或花环形，用环型计数器CD4017驱动，计数器的CP由555构成的多谐振荡器产生，通电后，10个LED轮流发光(即任意时刻只有一个亮)。

(二)元器件

555定时器一片，0.01μF滤波电容一个，10μF电容一个，100kΩ电阻一个，5.1kΩ电阻一个，620Ω电阻一个，发光二极管10个，开关一个。

(三)CD40