555定时器及其应用华农

1、.一、实验目的1. 熟悉 555 型集成时基电路的电路结构、工作原理及其特点。2. 掌握 555 型集成时基电路的基本应用。二、实验仪器与元器件1.555 定时器电路芯片x12. 函数信号发生器3. 示波器三、实验注意事项1. “lm555”和“ lmc555”分别是双极型和 cmos型；双极型的电压是 +5v+15v，最大负载电流可达200ma，cmos型的电源电压是 +3v +18v,最大负载电流在 4ma以下。四、实验项目及原理1. 555 集成时基电路称为集成定时器， 是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路， 其应用十分广泛。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、

2、多谐和施密特触发器，因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。它的内部电压标准使用了三个 5k 的电阻，故取名 555 电路。其电路类型有双极型和 cmos型两大类，两者的工作原理和结构相似。双极型的电压是 +5v+15v，最大负载电流可达 200ma， cmos型的电源电压是 +3v+18v,最大负载电流在 4ma以下。555 电路的工作原理：555 电路的内部电路方框图如下图所示。它含有两个电压比较器，一个基本rs触发器，一个放电开关 td，比较器的参考电压由三只 5k 的电阻器构成分压，它们分别使低电平比较器 vr1 反相输入3vcc。vr1 和 vr2 的输出端控制 rs触发器状态和放

3、电管开关状态。 当输入信号输入并超过 2/3vcc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；当输入信号自2 脚输入并低于1/3vcc时，触发器置位， 555 的 3 脚输出高电平，同时充电，开关管截止。是异步置零端 , 当其为 0 时,555 输出低电平。平时该端开路或接 vcc。vro 是控制电压端 (5 脚 ) ，平时输出 2/3vcc作为比较器 vr1 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 0.01uf 的电容器到滤波作用 , 以消除外来的干扰 ,

4、以确保参考电平的稳定。 td 为放电管 , 当 td 导通时 , 将给接于脚 7 的电容器提供低阻放电电路。555 定时器的各个引脚功能如下：1脚：外接电源负端 vss或接地，一般情况下接地。2脚：低触发端 tr。3脚：输出端 vo4 脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论tr、th 处于何电平，时基电路输出为“ 0”，该端不用时应接高电平。5 脚：vc为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只 0.01 f电容接地，以防引入干扰。6 脚：高触发端 th。7 脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。8

5、 脚：外接电源 vcc，双极型时基电路 vcc的范围是 4.5 16v，cmos型时基电路 vcc的范围为 3 18v。一般用 5v。在 1 脚接地， 5 脚未外接电压，两个比较器 a1、a2 基准电压分别为低电平的情况下， 555 时基电路的功能表如表所示。.555 定时器内部结构图1. 延时电路（单稳态电路）单稳态触发器的特点是电路有一个稳定状态和一个暂稳状态。在触发信号作用下，电路将由稳态翻转到暂稳态，暂稳态是一个不能长久保持的状态，由于电路中rc延时环节的作用，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态，并在输出端获得一个脉冲宽度为tw 的矩形波。在单稳态触发器中，输出的脉冲宽度tw ，就是

6、暂稳态的维持时间，其长短取决于电路的参数值。由 ne555构成的单稳态触发器电路及工作波形如图1 所示。图中 r，c 为外接定时元件，输人的触发信号 ui 接 在低电平触发端（ 2 脚）。稳态时，输出 uo 为低电平，即无触发器信号（ui 为高电平）时，电路处于稳定状态输出低电平。在 ui负脉冲作用下，低电平触发端得到低于（1/3 ）vcc，触发信号，输出uo 为高电平，放电管 vt截止，电路进入暂稳态，定时开始。在暂稳态期间， 电源 vccrc地， 对电容充电， 充电时间常数 trc，uc 按指数规律上升。当电 容 两端电压 uc 上升到（ 2/3 ） vcc 后， 6 端为高电平，输出 u

7、o 变为低电平，放电管 vt 导通，定时电容 c充电结束 ，即暂稳态结束。电路恢复到稳态 uo 为低电平的状态。当第二个触发脉冲到来时，又重复上述过程。工作 波形图如图（ b）所示。输人一个负脉冲，就可以得到一个宽度一定的正脉冲输出，其脉冲宽度tw 取决于电容器由0 充电到 （2/3 ） vcc，所需要的时间。可得：tw=1.1rc.2. 多谐振荡器电路由 555 定时器和外接元件 r1、r2、c 构成多谐振荡器，脚 2 与脚 6 直接相连。电路有稳态 , 仅存在两个暂稳态 , 电路亦不需要外接触发信号 , 利用电源通过 r1、r2向 c充电 , 以及 c通过 r2向放电端dc放电 , 使电路

8、产生振荡。电容 c 在 2/3vcc和 1/3vcc之间充电和放电 , 从而在输出端得到一系列的矩形波。2.1 电路图及输出波形：2.2 多谐振荡器电路图输出信号的时间参数为：t1=0.693（ra+rb）c,t2=0.693rb*c.震荡周期 t=t1+t2=0.693(ra+2rb)c.其中 , tw1 为 vc由 1/3vcc上升到 2/3vcc所需的时间 ,tw2 为电容 c放电所需的时间。 555 电路要求r1与 r2 均应不小于 1k, 但两者之和应不大于 3.3m。外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性,555 定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出

9、能力。因此, 这种形式的多谐振荡器应用很广。3. 施密特触发器电路在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变， 或者边沿产生振荡等。通过施密特触发器整形，可以获得比较理想的矩形脉冲波形。 只要将脚 2 和 6 连在一起作为信号输入端 , 即得到施密特触发器。设被整形变换的电压为正弦波 vs,其正半波通过二极管 d 同时加到 555 定时器的 2 脚和六脚，得到的 vi 为半波整流波形。当 vi 上升到 2/3vcc时,vo 从高电平转换为低电平 ; 当 vi 下降到 1/3vcc时,vo.又从低电平转换为高电平。3.1 施密特触发器电路图及输出波形：此部分可以结合仿真电路，按照实验项目 逐

10、一完成：理论计算、分析、仿真、测量方法。不需要抄实验指导书。五、实验仿真及理论计算、分析1. 单稳态触发器1.1 计算（1）当 r=5k， c=1f 的时：t1( 理论值 )=1.1rc=1.1*5k *1*10-6=5.5ms; t2( 仿真值 )=5.464ms（2）当 r=2k， c=1f 的时：t1( 理论值 )=1.1rc=1.1*2 k*1*10 -6=2.2ms; t2( 仿真值 )=2.192ms（3）当 r=1k， c=1f 的时：t1( 理论值 )=1.1rc=1.1*1 k*1*10 -6=1.1ms; t2( 仿真值 )=1.079ms1.2 测量：用双踪示波器观察 3

11、 端输出。从 2 端输入负脉冲，未加触发信号时， led不亮； 3 端输出为低电平，负脉冲触发后， 3 端输出高电平， led亮，经输出脉冲宽度t 后自动恢复到低电位。 led闪烁。1.3分析 :在触发信号作用下，该电路将由稳态翻转到暂稳态，暂稳态是一个不能长久保持的状态，由于电路中 rc 延时环节的作用，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态，并在输出端获得一个脉冲宽度为tw的矩形波。在单稳态触发器中，输出的脉冲宽度tw ，就是暂稳态的维持时。 而输出的脉冲宽度tw1.1rc.次序电容c电阻r延迟时间1 1f5k5.464ms2 2f2k2.192ms.2. 多谐振荡器2.1 计算（ 1）当

12、ra=2k； rb=15k， c=22 f 时：t1( 理论 )=0.693(r a+rb)*c =259.182ms,； t2( 理论 )=0.693 （rb） *c = 228.69s;.t1( 测量 )= 256.324ms； t2 （测量） =232.715ms.vc1/vo= 3.325/5=0.665， vc2/uo=1.674/5=0.3342（ 2）当 ra=2k； rb=30k， c=22 f 时：t1( 理论 )=0.693(r a+rb)*c = 487.872ms；t2 ( 理论 ) =0.693 （rb） *c = 457.38ms;t1( 测量 )=489.039ms；t2 （测量） =455.312msvc1/vo= 3.319/5=0.6317 ，vc2/uo=1.674/5=0.3342 2.2 测量及分析：电路第一暂态，输出为1，此时 led点亮。电容充电，电路切换到第二状态输出为0，此时 led熄灭。电路第二暂态，电容放电，电路转换到第一暂态。项目脉宽 ms周期 ms rarbcvo256.324489.039215 22fvc489.039944