定时器及应用

1、掌握用掌握用 555 定时器构成施密特触发器、单稳态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。触发器和多谐振荡器的方法。主要要求：主要要求： 了解了解 555 定时器的电路结构，定时器的电路结构，掌握其符号和功能。掌握其符号和功能。7.2 555 定时器及其应用定时器及其应用 常用的有施密特触发器和单稳态触发器。常用的有施密特触发器和单稳态触发器。 脉冲信号产生与整形的方法脉冲信号产生与整形的方法 获取脉冲信获取脉冲信号的方法号的方法 脉冲信号产生与脉冲信号产生与整形电路整形电路的实现的实现是一种多用途集成电路，只要外接少量阻容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

2、密特触发器、单稳态触发器和多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。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。用多谐振荡器直接产生。 用用整形电路整形电路对已有波形进行整形、变换。对已有波形进行整形、变换。 施密特触发器施密特触发器主要用以主要用以将缓慢变化将缓慢变化或快速变化的或快速变化的非矩形脉冲变换非矩形脉冲变换成陡峭的矩形脉冲。成陡峭的矩形脉冲。单稳态触发器单稳态触发器 主要用以将宽度不符合要求的脉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。冲变换成符合要求的矩形脉冲。用门电路构成。用门电路构成。 用专用的集成电路

3、。用专用的集成电路。 用用 555 定时器定时器构成。构成。 555 定时器简介定时器简介 555 定时器是一种结构简单、使用方便灵活、用途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。它电源电压范围宽广泛的多功能电路。它电源电压范围宽( (双极型双极型 555 定定时器为时器为 5 16 V，CMOS 555 定时器为定时器为 3 18 V) )，可提可提供与供与 TTL 及及 CMOS 数字电路兼容的接口电平，还数字电路兼容的接口电平，还可输可输出一定功率出一定功率，驱动微电机、指示灯、扬声器等。，驱动微电机、指示灯、扬声器等。TTL 单定时器型号单定时器型号的最后的最后 3

4、位数字位数字为为 555，双定时，双定时器的为器的为 556；CMOS 单定时器单定时器的最后的最后 4 位数位数为为 7555，双定时器的为双定时器的为 7556。 一、一、555 定时器的工作原理和逻辑功能定时器的工作原理和逻辑功能555 定时器的电路结构与符号定时器的电路结构与符号 C1C2G3QQG1G2RSVR5 k 5 k 5 k UR1UR2GNDVCCRDOUTCO555THTRDIS电路符号电路符号627153843OUT输出端输出端 8VCC电源端电源端 4RD直接置直接置0 0端端 DIS 7放电端放电端 TH 6阈值输入端阈值输入端 TR 2触发输入端触发输入端 CO

5、5控制电压输入端控制电压输入端 GND1接地端接地端 集电极开路输出端集电极开路输出端UR1UR2构成构成电阻分电阻分压器压器，为比较器，为比较器 C1、C2 提供两提供两个参考电压，个参考电压，UR1 = 2/3VCC，UR2 = 1/3VCC。 输出缓冲器输出缓冲器OUT = Q构成构成基本基本 RS 触发触发器器，决定电路输出。，决定电路输出。 放电管放电管，其输入为，其输入为Q，输出为开路集电极。，输出为开路集电极。Q构成构成电压比电压比较器较器，比较，比较 TH 与与 UR1 和和TR 与与 UR2 的大小。的大小。555 定时器的电路结构与符号定时器的电路结构与符号 C1C2G3Q

6、QG1G2RSVR5 k 5 k 5 k UR1UR23OUT输出端输出端 8VCC电源端电源端 4RD直接置直接置0 0端端 DIS 7放电端放电端 TH 6阈值输入端阈值输入端 TR 2触发输入端触发输入端 CO 5控制电压输入端控制电压输入端 GND1接地端接地端 UR1UR2Q555 定时器的定时器的工作原理与逻辑功能工作原理与逻辑功能 101导通导通定时器定时器 5G555 的的功能表功能表 不变不变不变不变1截止截止11导通导通01导通导通00V 状态状态OUT = QRDTRTH输输 出出 输输 入入CC32V CC32V CC31V CC31V CC31V CC32V 直接置直

7、接置 0 端端 RD 低电低电平有效，平有效，优先级最高。优先级最高。不用时应使其为不用时应使其为 1。不变不变不变不变1截止截止11导通导通01导通导通00V 状态状态OUT = QRDTRTH输输 出出 输输 入入CC32V CC32V CC31V CC31V CC31V CC32V 定时器定时器 5G555 的的功能表功能表 01导通导通0110555 定时器的定时器的工作原理与逻辑功能工作原理与逻辑功能555 定时器的定时器的工作原理与逻辑功能工作原理与逻辑功能 不变不变不变不变1截止截止11导通导通01导通导通00V 状态状态OUT = QRDTRTH输输 出出 输输 入入CC32V

8、 CC32V CC31V CC31V CC31V CC32V 定时器定时器 5G555 的的功能表功能表 10截止截止1001555 定时器的定时器的工作原理与逻辑功能工作原理与逻辑功能 不变不变不变不变1截止截止11导通导通01导通导通00V 状态状态OUT = QRDTRTH输输 出出 输输 入入CC32V CC32V CC31V CC31V CC31V CC32V 定时器定时器 5G555 的的功能表功能表 11简化简化功能表功能表 不变不变不变不变1截止截止11导通导通01导通导通00V 状态状态OUTRD输输 出出 输输 入入TRTHCC32V CC32V CC31V CC31V C

9、C31V CC32V 使用要点使用要点 ( (1) ) RD 低电平有效低电平有效,优先级最高，优先级最高， 不用时应接高电平。不用时应接高电平。通常不用通常不用 CO 端，为了提高电路工作稳定性，端，为了提高电路工作稳定性，将其通过将其通过 0.01 F 电容接地。电容接地。( (3) ) TR 低电平有效，低电平有效，TH 高电平高电平 有效，因此，有效，因此，TH 加低电平、加低电平、 TR 加高电平时为非有效电加高电平时为非有效电 平，电路状态不变。平，电路状态不变。( (4) )输出输出 0 时，时，Q = 1，因此，因此 V 导通；输出导通；输出 1 时，时， Q = 0，故，故

10、V 截止。截止。( (5) )注意：注意： TH 电平高低是与电平高低是与 2/3VCC 相比较，相比较，TR 电平高低是与电平高低是与 1/3VCC 相比较。相比较。 若控制输入端若控制输入端 CO 加输入电压加输入电压 uCO ，则，则 UR1 = uCO UR2 = uCO/2，故，故 TH 和和 TR 电平高低的比较值将变成电平高低的比较值将变成 uCO 和和 uCO/2。( (2) )TH 和和 TR 均为高电平时输出均为高电平时输出 0，均为低电平时输出，均为低电平时输出 1。二、二、用用 555 定时器组成施密特触发器定时器组成施密特触发器 0uOuIUOL1/3VCC2/3VC

11、CUOH当当TH=TR=uI2/3VCC时时电压传输特性为反相输出的滞回特性电压传输特性为反相输出的滞回特性uIuO当当TH=TR=uI1/3VCC时时1/3VCC0当当1/3VCC TH=TR=uI2/3VCC时时当当uI1/3VCC时时当当uI由高电平逐渐下降，由高电平逐渐下降，且且1/3VCC uI 1/3 VCC) )。 当当 uC 2/3 VCC 时，满足时，满足TR = uI 1/3 VCC，TH = uI 2/3 VCC,因因此此 uO 为低电平，为低电平，V 导通，电容导通，电容 C 经放经放电管电管 V 迅速放电完毕，迅速放电完毕，uC 0 V。这时这时TR = UIH 1/

12、3 VCC，TH = uC 0 2/3 VCC，uO 保持保持低电平不变。因此，低电平不变。因此，稳态时稳态时 uC 0 V，uO 为低电平。为低电平。充电充电工作原理工作原理 导通导通放电放电VuCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC0VUOLUIH 2. 触发进入暂稳态触发进入暂稳态 ( (二二) )工作原理、工作波形与参数估算工作原理、工作波形与参数估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC当输入当输入 uI 由高电平跃变为低电平由高电平跃变为低电平( (应应 1/3 VCC ) )时，使时，使 TR =

13、 UIL1/3 VCC而而TH = uC 0 V 2/3 VCC，因此，因此 uO 跃变为跃变为高电平，进入暂稳态高电平，进入暂稳态，这时放电管，这时放电管 V截止，截止，VCC 又经又经 R 向向 C 充电，充电，uC 上升上升。UILUOH充电充电 3. 自动返回稳定状态自动返回稳定状态 ( (二二) )工作原理、工作波形与参数估算工作原理、工作波形与参数估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC 2. 触发进入暂稳态触发进入暂稳态 UIHUOL TH2/3 VCC放电放电V当输入当输入 uI 由高电平跃变为低电平由高电平跃变为低电平( (应应

14、1/3 VCC) )时，使时，使 TR = UIL1/3 VCC 而而TH = uC 0 V 1/3 VCC ) )，因此，因此 uO 重新跃变重新跃变为低电平。为低电平。同时，放电管导通，同时，放电管导通，C 经经 V 迅速放电迅速放电 uC 0 V，放电完毕放电完毕后，电路返回稳态。后，电路返回稳态。 例例 用上述单稳态电路输出定时用上述单稳态电路输出定时时间为时间为1 s 的的正脉冲，正脉冲，R = 27 k ，试确定定时元件试确定定时元件 C 的取值。的取值。 ( (二二) )工作原理、工作波形与参数估算工作原理、工作波形与参数估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUI

15、HCC31VuItWIVCC输出脉冲宽度输出脉冲宽度 tW 即为暂稳态维持时即为暂稳态维持时间，主要取决于充放电元件间，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，该单稳态触发器为不可重复触发器，且要求输入脉宽且要求输入脉宽 tWI 小于输出脉宽小于输出脉宽 tWO 。解：解：因为因为 tWO 1.1 RC故故可取标称值可取标称值 33 F。F33.7k271 . 1S11 . 1WO RtC估算公式估算公式 tWO 1.1 RC经过长距离传输后，脉冲信号的边经过长距离传输后，脉冲信号的边沿会变差或波形上叠加某些干扰，沿会变差或波形上叠加某些干扰，利用整形可使其变成符合要求

16、的波形。利用整形可使其变成符合要求的波形。 ( (三三) )单稳态触发器应用举例单稳态触发器应用举例 2. 脉冲定时脉冲定时 1. 脉冲整形脉冲整形 因此，利用单稳态触发器可以控制门因此，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。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。门的定时时间即为单稳态触发器的暂稳态持续时间。tW uC 为与门为与门 G 开通与否的控制信号。开通与否的控制信号。 uC = 1，门，门 G 开通，信号开通，信号 uB 通

17、过门通过门 G 输出；输出； uC = 0，门，门 G 关闭，关闭，uB 不能输出。不能输出。 若已知若已知 Rext = 10 k ，Cext = 1 F则可得则可得 tW 0.7 RextCext = 7 msRI CX RX/CXQ+VCCuIRextCextQOuItOuOt脉脉冲冲展展宽宽电电路路和和工工作作波波形形3. 脉冲展宽脉冲展宽 tW接成正脉冲接成正脉冲触发方式触发方式将窄脉冲展宽成将窄脉冲展宽成宽度为宽度为 tW 的脉冲的脉冲GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01 FR1CuOuC- -+R2四、用四、用 555 定时器组成多谐振荡器定时器组成多谐振

18、荡器 ( (一一) )电路结构电路结构 DISVCCR1THTRGNDVCCRDCO0.01 FOUTuOCuC- -+R2( (二二) )工作原理、工作波形与周期估算工作原理、工作波形与周期估算 uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V 充电充电UOHTH = TR = uC 很小很小接通接通 VCC 后后，开始时，开始时 TH = TR = uC 0 0，uO 为高电平，为高电平，放电管截止，放电管截止，VCC 经经 R1、R2 向向 C 充电，充电，uC 上升上升，这时，这时电电路路处于暂稳态处于暂稳态。 工作原理工作原理 ( (二二) )工作原理、工作波形与周期估算

19、工作原理、工作波形与周期估算 uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V UOLTH = TR 2/3 VCC当当 uC 上升到上升到 TH = TR = uC 2/3 VCC 时，时，uO 跃变为低电平，跃变为低电平，同时放电管同时放电管 V 导通，导通，C 经经 R2 和和 V 放电，放电，uC 下降下降，电路进入电路进入暂稳态暂稳态 。工作原理工作原理 接通接通 VCC 后后，开始时，开始时 TH = TR = uC 0，uO 为高电平，为高电平，放电管截止，放电管截止，VCC经经 R1、R2 向向 C 充电，充电，uC 上升上升，这时，这时电电路路处于暂稳态处于暂稳态

20、。 放电放电当当 uC 下降到下降到 TH = TR = uC 1/3 VCC 时，时， uO 重新跃变为高电平重新跃变为高电平，同时，同时放电管放电管 V 截止，截止，C 又被又被充电，充电，uC 上升上升，电路又电路又返回到暂稳态返回到暂稳态。( (二二) )工作原理、工作波形与周期估算工作原理、工作波形与周期估算uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V TH=TR1/3VCC工作原理工作原理 当当 uC 上升到上升到 TH = TR = uC 2/3 VCC时，时，uO 跃变为低电平，跃变为低电平，同时放电管同时放电管 V 导通，导通，C 经经 R2 和和 V 放电，

21、放电，uC 下降下降，电路进入电路进入暂稳态暂稳态 。接通接通 VCC 后后，开始时，开始时 TH = TR = uC 0 0，uO 为高电平，为高电平，放电管截止，放电管截止，VCC 经经 R1、R2 向向 C 充电，充电，uC 上升上升，这时，这时电电路路处于暂稳态处于暂稳态。 ( (二二) )工作原理、工作波形与周期估算工作原理、工作波形与周期估算 电容电容 C 如此循环充电和放电，如此循环充电和放电，使电路产生振荡，输出矩形脉冲。使电路产生振荡，输出矩形脉冲。uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V 周期与占空比估算周期与占空比估算tWH 0.7 (R1 + R2)

22、C tWL 0.7 R2CT = tWH + tWL 0.7 (R1 + 2R2)C2121 WH2RRRRTtq GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01 FR1C+R2RP1RP2 例例 指出右图中指出右图中控制扬声器鸣响与否和控制扬声器鸣响与否和调节音调高低的分别是调节音调高低的分别是哪个电位器？若原来无哪个电位器？若原来无声，如何调节才能鸣响？声，如何调节才能鸣响？欲提高音调，又该如何欲提高音调，又该如何调节？调节？解：解：R1、R2、RP1 和和 C 共同构成定时元件，因此调节共同构成定时元件，因此调节 RP1 可调节音调高低。可调节音调高低。欲提高音调，则应减小

23、欲提高音调，则应减小 RP1 ，因此触头应下移。，因此触头应下移。RP2调节调节 RP2 可控制可控制 RD 为为 0 或或 1，从而控制振荡器工作与，从而控制振荡器工作与否，因此能控制扬声器鸣响与否。否，因此能控制扬声器鸣响与否。调节调节 RP2 使触头左移至适当位置，可使使触头左移至适当位置，可使 RD = 1，使，使扬声器鸣响。扬声器鸣响。RP1外接元件和连线少，触发方式灵活，既可用输外接元件和连线少，触发方式灵活，既可用输入脉冲的正跃变触发，又可用负跃变触发，使用十入脉冲的正跃变触发，又可用负跃变触发，使用十分方便，而且工作稳定性好。因此应用很广泛。分方便，而且工作稳定性好。因此应用很

24、广泛。 ( (二二) )集成单稳态触发器集成单稳态触发器 TTL 不可重复触发型单稳态触发器不可重复触发型单稳态触发器 CT74121 的逻辑符号的逻辑符号 有有 3 个个触发信号输触发信号输入端，入端，TR- -A和和 TR- -B 用负用负脉冲触发，脉冲触发， TR+ 用正脉用正脉冲触发。冲触发。 有有 2 个互补输出端个互补输出端TR+TR- -BTR- -AQQRI CX RX/CXRintCextRext/CextRI CX RX/CX不可重复触发型不可重复触发型单稳的限定符号单稳的限定符号 外接定时元件端外接定时元件端 “”号表示非逻号表示非逻辑连接，即没有任何逻辑连接，即没有任何

25、逻辑信息的连接，例如外辑信息的连接，例如外接接 R、C 和和 VCC 等。等。 如何使用如何使用 Rint、Cext 和和 Rext / Cext 端？端？RI CX RX/CXTR+TR- -BTR- -AQQ悬空不接悬空不接CextRextVCC一般接法一般接法tW 0.7 RextCext通常取：通常取：Rext = 2 40 k ，Cext = 10 pF 10 F。当输出脉宽很小时，当输出脉宽很小时，可用内部电阻可用内部电阻 Rint = 2 k 取代取代 Rext ，接法如下：，接法如下：RI CX RX/CXTR+TR- -BTR- -AQQCext+VCCtW 0.7 Rint

26、Cext那么那么 CT74121 的触的触发信号应如何加呢？发信号应如何加呢？通过对通过对 CT74121 功能功能表的分析就可知道触表的分析就可知道触发端的用法。发端的用法。 欲负脉冲触发，则将欲负脉冲触发，则将触发脉冲从触发脉冲从 TR- -A 或或 TR- -B 加入，而加入，而 TR+ 接接 1。 欲正脉冲触发，则将触欲正脉冲触发，则将触发脉冲从发脉冲从 TR+ 加入，而加入，而 TR- -A 和和 TR- -B 至少有一接至少有一接 0。 可见，可见，CT74121 可可正脉正脉冲冲触发，也可触发，也可负脉冲负脉冲触发。触发。0011111101110010101010QQTR+TR

27、- -BTR- -A输输 出出输输 入入CT74121 的功能表的功能表 负脉冲触发应用举例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逻辑功能的分析与应用 CT74121 的功能表的功能表 0011111101110010101010QQTR+TR- -BTR- -A输输 出出输输 入入本章小结本章小结施密特触发器和单稳态触发器是两种常用的整施密特触发器和单稳态触发器是两种常用的整形电路，形电路，可将输入的周期

28、信号整形成符合要求可将输入的周期信号整形成符合要求的同周期矩形脉冲。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，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。有两个不同的触发电平。施密特触发器施密特触发器可将任意波形变换可将任意波形变换成矩形脉成矩形脉冲，输出脉冲宽度取决于输入信号的波形和冲，输出脉冲宽度取决于输入信号的波形和回差电压的大小。回差电压的大小。施密特触发器还可用来进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器等。实用中，常选用集成施密特触发器或或 采用

29、采用555 定时器构成施密特触发器。定时器构成施密特触发器。单稳态触发器有一个稳定状态和一个暂稳态。单稳态触发器有一个稳定状态和一个暂稳态。其输出脉冲的宽度只取决于电路本身其输出脉冲的宽度只取决于电路本身 R、C 定定时元件的数值，与输入信号没有关系。时元件的数值，与输入信号没有关系。输入信输入信号只起到触发电路进入暂稳态的作用。改变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。定时元件的数值可调节输出脉冲的宽度。 单稳态触发器单稳态触发器可将输入的触发脉冲变换可将输入的触发脉冲变换为为宽度和幅度都符合要求的矩形脉冲，宽度和幅度都符合要求的矩形脉冲，因此，常