模块10单元2-555定时器

中等职业学校·电子与信息大类《电工电子技术基础与技能》模块10时序逻辑电路｜单元2555定时器适用：理实一体课堂·职教高考复习02脉冲信号·内部结构·多谐振荡器·单稳态·施密特素养园地素养园地用最简单的结构，解决最实在的问题电工电子技术基础与技能《电工电子技术基础与技能》（电子与信息大类）素养目标·培养解决问题的能力｜培养意志力与抗挫能力555定时器1971年问世，用三个5kΩ电阻、两个比较器和一个RS触发器这样极其朴素的结构，把「定时」这件事做到了成本低、性能稳、五十余年不被淘汰——这正是工程上「用简单办法解决真问题」的典范。接成多谐振荡器后，输出频率与占空比全靠R1、R2、C1三个元件的取值。数值算得对不对，只有把电路搭起来、把示波器接上去才知道；波形不对就要一点点排查充放电回路。这种反复试错、直到波形合格的过程，磨的正是意志力与抗挫能力。从「读懂脉冲参数」到「调出想要的波形」，中间隔着的不是聪明，而是耐心与规范——请在本单元里养成先算、再接、后测、必记录的习惯。学习目标三维学习目标电工电子技术基础与技能《电工电子技术基础与技能》（电子与信息大类）知识目标1）了解脉冲信号的基本概念及参数2）了解555定时器的组成及应用电路3）理解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器的区别技能目标1）能识别脉冲波形图2）能在波形图上标出幅度、宽度、上升/下降时间与周期3）能识别典型的555定时器应用电路素养目标1）培养解决问题的能力2）培养意志力与抗挫能力新知精讲新知精讲·一脉冲信号的基本概念电工电子技术基础与技能《电工电子技术基础与技能》（电子与信息大类）图10-3瞬间突变、作用时间短的电压或电流信号，就是脉冲信号▶基本概念在电子技术中，一般把瞬间突变、作用时间短的电压、电流信号称为脉冲信号；它常以矩形波（方波）、尖脉冲等形式出现，如图10-3所示；脉冲信号通过电压的高低或脉冲的有无来表示1和0，是数字电路赖以工作的信号形式。▶产生的两条基本途径直接产生：由多谐振荡器、晶体振荡器、555定时器等电路直接产生，不必外加触发信号，接通电源后即可自动生成一定频率和幅度的脉冲信号；整形变换：把已有信号（正弦波、不规则脉冲）经施密特触发器、单稳态触发器、微分/积分电路处理，变换为符合需求的脉冲波形。图10-3脉冲信号（矩形波/尖脉冲）新知精讲新知精讲·二脉冲信号的参数定义电工电子技术基础与技能《电工电子技术基础与技能》（电子与信息大类）图10-4五个基本参数+一个派生指标（占空比），全部以Um为基准来定义▶幅度与宽度脉冲幅度Um：脉冲电压最低点与最高点之间的距离；脉冲宽度tw：脉冲电压为0.5Um处的宽度。▶边沿、周期与占空比上升时间tr：脉冲电压从0.1Um上升到0.9Um所需的时间；下降时间tf：脉冲电压从0.9Um下降到0.1Um所需的时间；脉冲周期T：脉冲重复出现的时间间隔；占空比：脉冲宽度与脉冲周期之比，即tw/T。图10-4脉冲信号的常见参数及其定义新知精讲新知精讲·三555定时器的外形与引脚电工电子技术基础与技能《电工电子技术基础与技能》（电子与信息大类）图10-51971年发布的经典集成电路：8个引脚，撑起定时、振荡、整形三大用途▶器件概况555定时器是1971年发布的集成电路芯片，主要用于定时器、脉冲产生器和振荡电路；它设计简洁、成本低廉、性能可靠，典型应用包括定时开关、报警器、振荡器等。▶封装与引脚常见双列直插（DIP-8）与贴片两种封装，如图10-5所示；引脚1接地、2触发（低电平触发）、3输出、4复位（清零）；引脚5控制电压、6阈值（高电平触发）、7放电、8电源Vcc。图10-5555定时器的外形（贴片）与引脚新知精讲新知精讲·四555定时器的内部结构电工电子技术基础与技能《电工电子技术基础与技能》（电子与信息大类）图10-6分压器+两个比较器+带清零端的RS触发器+放电晶体管+非门▶五个功能块555定时器内部包含三个等值电阻组成的分压器、两个电压比较器、一个带清零端的基本RS触发器、一个放电晶体管和一个非门；因为三个等值电阻均为5kΩ，故得名「555」。▶两个基准电平分压器把Vcc分成2/3Vcc与1/3Vcc两个基准，分别送入两个电压比较器；引脚6（阈值端）电位升到2/3Vcc以上时，RS触发器复位，引脚3输出低电平，放电晶体管导通；引脚2（触发端）电位降到1/3Vcc以下时，RS触发器置位，引脚3输出高电平，放电晶体管截止。图10-6555定时器的内部结构新知精讲新知精讲·五典型应用一多谐振荡器电工电子技术基础与技能《电工电子技术基础与技能》（电子与信息大类）图10-7Vcc经R1、R2给C1充电，再经引脚7和R2放电——自激输出连续矩形波▶充电阶段电源Vcc通过R1、R2给并联在引脚2、引脚6的C1充电；当电压升高到2/3Vcc时，引脚3输出电压uo由高电平变为低电平，同时内部晶体管导通。▶放电阶段与循环晶体管导通后，C1通过引脚7、电阻R2放电；当C1电压降到1/3Vcc时，引脚3输出电压uo由低电平变为高电平，晶体管截止，C1由放电又变成充电，进入下一次循环；如此不断循环，引脚3便输出连续的矩形脉冲——多谐振荡器无稳态，接通电源即自激起振。图10-7555定时器组成多谐振荡器（电路与波形）新知精讲新知精讲·六典型应用二、三单稳态与施密特电工电子技术基础与技能《电工电子技术基础与技能》（电子与信息大类）图10-8/图10-9一个用暂稳态做定时，一个用滞回特性做整形▶单稳态触发器（图10-8）引脚2没有触发信号输入时，电路输出低电平，处于稳定状态；当有人触摸引脚2时便有触发信号输入，C1开始充电，电路翻转输出高电平，点亮负载LED；高电平只是暂稳态，C1充电结束后电路自动返回稳态——这就是触摸延时灯的原理。▶施密特触发器（图10-9）施密特触发器是具有滞回特性的反相器；输入电平上升过程触发翻转的电平（上触发电平）高于下降过程触发翻转的电平（下触发电平）；上、下触发电平之差称为回差电压，可把边沿迟缓、带毛刺的信号整形为陡峭的矩形波。图10-8单稳态触发器｜图10-9施密特触发器小结单元小结电工电子技术基础与技能《电工电子技术基础与技能》（电子与信息大类）1脉冲信号是瞬间突变、作用时间短的电压或电流信号，常以矩形波（方波）、尖脉冲形式出现，用电压的高低或脉冲的有无表示1和0。2脉冲信号的基本参数：幅度Um、宽度tw（0.5Um处的宽度）、上升时间（0.1Um→0.9Um）、下降时间（0.9Um→0.1Um）、周期T；占空比=tw/T。3脉冲信号的产生有两条途径：由多谐振荡器、晶体振荡器、555定时器等直接产生；或把已有信号经施密特触发器、单稳态触发器、微分/积分电路整形变换。4555定时器内部由三个等值电阻组成的分压器、两个电压比较器、一个带清零端的基本RS触发器、一个放电晶体管和一个非门构成，基准电平为2/3Vcc与1/3Vcc。5三种典型应用：多谐振荡器（无稳态，自激输出连续脉冲）、单稳态触发器（一稳态一暂稳态，触发后定时）、施密特触发器（滞回整形，上触发电平高于下触发电平）。应用应用与辨析·555定时器在身边电工电子技术基础与技能《电工电子技术基础与技能》（电子与信息大类）▶定时开关与触摸延时灯接成单稳态触发器，触摸或按键触发后输出一段固定宽度的高电平，楼道触摸延时灯、卫生间延时排风都靠它「到点自动关」，延时长短由R、C决定。▶报警器与闪光振荡器接成多谐振荡器后无需外加信号即可自激输出连续矩形波：配蜂鸣器成为报警器，配LED成为闪光灯；改R1、R2、C1即可调频率与占空比。▶波形整形与抗干扰接成施密特触发器，用回差电压把边沿迟缓、带毛刺的信号整形为陡峭矩形波，是传感器信号进入数字系统前的常用「清洗」环节。⚠辨析与提醒正弦波不属于脉冲信号：脉冲信号的特征是瞬间突变、作用时间短，正弦波连续缓变，只有经整形电路处理后才能变成脉冲。施密特触发器的上触发电平高于下触发电平：两者若相等便没有回差，也就失去了抗干扰能力，切勿记反。多谐振荡器没有稳态，单稳态触发器只有一个稳态：前者接通电源靠C1充放电自激循环，后者必须由引脚2的触发信号才能离开稳态。引脚4（复位/清零）不可悬空：应接高电平Vcc，否则易受干扰误清零，输出被强制拉为低电平。职教高考职教高考专项练习·555定时器电工电子技术基础与技能《电工电子技术基础与技能》（电子与信息大类）✎练习·一、填空1.一般把瞬间突变、作用时间短的电压、电流信号称为______。2.脉冲信号通过______来表示1和0。3.脉冲占空比是指______。4.555定时器可以用来设计______。5.555定时器内部包含三个等值电阻组成的______、两个______、一个带清零端的______、一个放电______和一个______。✔练习·二、判断1.正弦波不属于脉冲信号。（）2.555定时器组成的多谐振荡器靠引脚2外加触发信号才能起振。（）3.555定时器组成的单稳态触发器有稳态和暂稳态两种状态。（）4.555定时器组成的施密特触发器具有滞回特性，其上触发电平低于下触发电平。（）参考答案·填空1.脉冲信号。【解析】瞬间突变、作用时间短是脉冲信号的定义性特征。2.电压的高低（或脉冲的有无）。【解析】高电平/低电平即数字电路的1与0。3.脉冲宽度与脉冲周期之比（tw/T）。【解析】注意分子是宽度tw，不是幅度。4.定时器、脉冲产生器和振荡电路（如定时开关、报警器、振荡器）。5.分压器；电压比较器；基本RS触发器；晶体管；非门。