第14章 555集成定时器及应用.ppt

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1、第第14章章 555集成定时器及应用集成定时器及应用14.1 555集成定时器的电路组成和工作集成定时器的电路组成和工作原理原理14.2 555集成定时器的典型应用集成定时器的典型应用14.1 555集成定时器的电路组成和集成定时器的电路组成和工作原理工作原理555集成定时器是一种应用十分广泛的模拟一数字混合式集集成定时器是一种应用十分广泛的模拟一数字混合式集成电路。它最初是为用集成电路取代延迟继电器等机械延迟成电路。它最初是为用集成电路取代延迟继电器等机械延迟器而研制的器而研制的.它具有定时精度高、温度漂移小、速度快、可直它具有定时精度高、温度漂移小、速度快、可直接与数字电路相连、结构简单、

2、功能多、驱动电流较大、有接与数字电路相连、结构简单、功能多、驱动电流较大、有一定的负载能力等优点。一定的负载能力等优点。目前市场上目前市场上555集成定时器分为双极型和集成定时器分为双极型和CMOS型。双极型型。双极型的的555集成定时器主要是集成定时器主要是NE555,UA555,LM555,SL555等等CMOS型型555集成定集成定时器简称为时器简称为7555。下一页返回14.1 555集成定时器的电路组成和集成定时器的电路组成和工作原理工作原理本节主要介绍双极型本节主要介绍双极型555集成定时器的结构、工作原理及应集成定时器的结构、工作原理及应用。用。555集成定时器集成电路内部有两个

3、电压比较器、一个集成定时器集成电路内部有两个电压比较器、一个R-S触发器、一个放电晶体三极管和一个由触发器、一个放电晶体三极管和一个由3个全等电阻组成的分个全等电阻组成的分压器。如压器。如图图14-1所示是所示是555集成定时器的功能图。集成定时器的功能图。A1,A2是是两个高增益的电压比较器两个高增益的电压比较器.它们的输出端分别接到触发器的它们的输出端分别接到触发器的R(置置0”端端)和和S(置置1端端);V是放电三极管是放电三极管;三个阻值均为三个阻值均为5k的电阻组成分压器的电阻组成分压器,555的名称因此而得。的名称因此而得。上一页 下一页返回14.1 555集成定时器的电路组成和集

4、成定时器的电路组成和工作原理工作原理由原理图可知，当加上电源由原理图可知，当加上电源VCC后，比较器后，比较器A1的同相输入端的同相输入端（即控制端（即控制端CO）参考电压为）参考电压为 ，比较器，比较器A2反相输入端反相输入端参考电压为参考电压为 。当复位控制端当复位控制端TH即即A1的反相输入端电压高于的反相输入端电压高于 时，时，A1的输出为的输出为0，触发器复位，输出，触发器复位，输出u0=Q=0，且，且 =1使放使放电管电管V导通。导通。当置位控制端当置位控制端 即即A2的同相输入端电压低于的同相输入端电压低于 时，时，A2的输出为的输出为0，触发器置位，输出，触发器置位，输出u0=

5、Q=1，且，且 =0使放使放电管电管V截止。截止。上一页 下一页返回14.1 555集成定时器的电路组成和集成定时器的电路组成和工作原理工作原理当当TH和和 端的电压为端的电压为 之间时，之间时，A1、A2的输出均为的输出均为1，这是，这是u0的状态取决于触发器原状态或复位端的状态取决于触发器原状态或复位端 信号。信号。当复位端当复位端 为低电平时（小于为低电平时（小于0.7V），可使触发器直接），可使触发器直接复位，输出复位，输出u0为为0.当不需要当不需要 时，可将此端接至高电平或悬时，可将此端接至高电平或悬空。空。当在控制端当在控制端CO外加控制电压时外加控制电压时.可改变比较器可改变比

6、较器A1,A2的参的参考电压当不需要控制时考电压当不需要控制时控制端控制端CO经经0.01F电容接地电容接地,提提高抗干扰能力，保障控制端电压稳定在高抗干扰能力，保障控制端电压稳定在 以上。以上。表表14-1给出给出555定时器的逻辑功能表。定时器的逻辑功能表。上一页返回14.2 555集成定时器的典型应用集成定时器的典型应用14.2.1施密特触发器施密特触发器施密特触发器是数字系统中常用的电路，它可以将不规则的施密特触发器是数字系统中常用的电路，它可以将不规则的脉冲转变为矩形脉冲。同时它对于变化方向不同的输人信号，脉冲转变为矩形脉冲。同时它对于变化方向不同的输人信号，具有不同的触发闽值电压，

7、因而具有较强的抗干扰能力。具有不同的触发闽值电压，因而具有较强的抗干扰能力。如如图图14-2所示的施密特触发器由两个与非门、一个反相器及所示的施密特触发器由两个与非门、一个反相器及一个二极管组成。一个二极管组成。设输人信号设输人信号uI为三角波。当为三角波。当uI=0时时.G3输出高电平输出高电平.二极管二极管VD导通导通.Q2为高电平为高电平.Q1为低电平。此时电路处于第一稳定状为低电平。此时电路处于第一稳定状态。态。下一页返回14.2 555集成定时器的典型应用集成定时器的典型应用当当uI逐渐上升至逐渐上升至uI=UT+=1.4V时（时（1.4V为为G3的开门电压，的开门电压，UT+称为正

8、向阀值电压），称为正向阀值电压），G3输出低电平，输出低电平，Q1翻转为高电平，翻转为高电平，Q2翻转为低电平。电路由第一稳定状态翻转第二稳定状态。翻转为低电平。电路由第一稳定状态翻转第二稳定状态。只要只要uIUT+，电路状态维持不变。，电路状态维持不变。此后，当此后，当uI逐渐下降至逐渐下降至uI=UT-=0.7V时（时（UT-称为反向阀值称为反向阀值电压），电压），G2输出高电平，输出高电平，Q2翻转为高电平，翻转为高电平，Q1翻转为低电翻转为低电平。电路又从第二稳定状态翻转第一稳定状态。平。电路又从第二稳定状态翻转第一稳定状态。因此，输入的三角波经过施密特触发器的变化称为方波。因此，输入

9、的三角波经过施密特触发器的变化称为方波。上一页 下一页返回14.2 555集成定时器的典型应用集成定时器的典型应用由上述分析可以看出，在由上述分析可以看出，在uI上升过程中，只要上升过程中，只要uIUT+，触，触发器由第一稳定状态翻转第二稳定状态并维持状态不变。在发器由第一稳定状态翻转第二稳定状态并维持状态不变。在uI下降过程中，只要下降过程中，只要uIUT-，触发器由第二稳定状态翻转第，触发器由第二稳定状态翻转第一稳定状态并维持状态不变。显然一稳定状态并维持状态不变。显然UT+和和UT-不等，称这一现不等，称这一现象为回差现象，或施密特触发器的滞后特性。象为回差现象，或施密特触发器的滞后特性

10、。UT+与与UT-之间之间的电压差为回差电压，用的电压差为回差电压，用UH表示，即用表示，即用UH=UT+-UT-，对应，对应图图14-2所示的电路，所示的电路，UH=UT+-UT-=0.7V。14.2.2 555集成定时器构成施密特触发集成定时器构成施密特触发器器由由555集成定时器构成的施密特触发器的逻辑电路如集成定时器构成的施密特触发器的逻辑电路如图图14-3所示。由电路可知所示。由电路可知.TH和和 相连相连.接输人电压接输人电压uI.复位端复位端 接高电平接高电平.CO端通过端通过0.01F电容接地。电容接地。上一页 下一页返回14.2 555集成定时器的典型应用集成定时器的典型应用

11、下面参照下面参照图图14-4(a)所示的波形分析施密特触发器的工作原所示的波形分析施密特触发器的工作原理。理。当当 时，置位基本公式控制端时，置位基本公式控制端 使触发器置位，使触发器置位，这时输出这时输出u0为高电平。为高电平。随着随着uI值的增大，当值的增大，当 时，触发器保持原时，触发器保持原状态不变。状态不变。当当uI的增大至的增大至 时，输出时，输出u0由高电平变为低电平。由高电平变为低电平。当输入当输入uI由高电平逐渐下降且由高电平逐渐下降且 时，触发时，触发器保持原状态不变。器保持原状态不变。上一页 下一页返回14.2 555集成定时器的典型应用集成定时器的典型应用当当uI值的下

12、降至值的下降至 时时.输出输出uo由低电平变为高电平。由低电平变为高电平。可见可见.随着随着uI的下降的下降.电路输出又发生一次变化。电路输出又发生一次变化。由以上分析可知施密特触发器的回差电压由以上分析可知施密特触发器的回差电压U为为如如图图14-4(b)所示为施密特触发器电路的电压传输特性。所示为施密特触发器电路的电压传输特性。14.2.3 555集成定时器构成单稳态触集成定时器构成单稳态触发器发器单稳态触发器的特点是它有一个稳态和一个暂稳态。在外来单稳态触发器的特点是它有一个稳态和一个暂稳态。在外来触发信号作用下触发信号作用下.电路由稳态跳变为暂稳态电路由稳态跳变为暂稳态.电路在暂稳态经

13、电路在暂稳态经过一段时间后会自动返回到稳态。电路的暂稳态时间取决于过一段时间后会自动返回到稳态。电路的暂稳态时间取决于电路本身的定时元件的参数。电路本身的定时元件的参数。上一页 下一页返回14.2 555集成定时器的典型应用集成定时器的典型应用单稳态触发器在数字系统中主要用于脉冲信号的展宽、延时单稳态触发器在数字系统中主要用于脉冲信号的展宽、延时和整形等。和整形等。通常根据组成单稳态触发器的通常根据组成单稳态触发器的RC电路连接形式的不同电路连接形式的不同.可以可以分为微分型和积分型两种。分为微分型和积分型两种。本节结合本节结合555集成定时器介绍积分型单稳态触发器。集成定时器介绍积分型单稳态

14、触发器。由由555集成定时器构成的单稳态触发器电路如集成定时器构成的单稳态触发器电路如图图14-5所示。所示。图中图中R,C为单稳态触发器的定时元件。触发输人信号为单稳态触发器的定时元件。触发输人信号uI加在加在脚脚 端端.输出信号从输出信号从脚输出。当无触发信号时脚输出。当无触发信号时.脚脚为高电平，大于为高电平，大于 电路的工作波形图如电路的工作波形图如图图14-6所示。所示。上一页 下一页返回14.2 555集成定时器的典型应用集成定时器的典型应用当没有触发输入信号时，当没有触发输入信号时，uI为高电平，此时输出为高电平，此时输出uo为低电平。为低电平。接通电源后，电源电压接通电源后，电

15、源电压VCC经经R向向C充电。当充电电压充电。当充电电压 时，同时放电管时，同时放电管V导通。导通。C经经V迅速放电，使迅速放电，使uC=0，此后，此后，uC=0保持不变。因此，在电路接通电源之后，会自动停在保持不变。因此，在电路接通电源之后，会自动停在低电平状态。低电平状态。当触发脉冲当触发脉冲uI的下降沿达到小于的下降沿达到小于 ，即，即 时，则时，则低触发端低触发端 使输出使输出uo为高电平，电路进入暂稳态。与此同为高电平，电路进入暂稳态。与此同时，放电管时，放电管V截止，截止，VCC经经R向向C充电。当充电到充电。当充电到 时，时，高触发端高触发端TH将使输出将使输出uo自动返回到低电

16、平，即返回稳态。自动返回到低电平，即返回稳态。上一页 下一页返回14.2 555集成定时器的典型应用集成定时器的典型应用图图14-6给出了在触发信号给出了在触发信号uI作用下作用下.uC和和uo的相应波形。的相应波形。由以上分析可知由以上分析可知.该电路在没有触发信号时输出保持为稳态该电路在没有触发信号时输出保持为稳态;当触发信号到来后当触发信号到来后.输出变为暂稳态。此后在定时元件的作用输出变为暂稳态。此后在定时元件的作用下电路经过一段时间自动返回稳态。我们称具有这种特点的下电路经过一段时间自动返回稳态。我们称具有这种特点的电路为单稳态电路。电路为单稳态电路。考虑到输出脉冲的宽度考虑到输出脉

17、冲的宽度tw等于暂稳态的持续时间等于暂稳态的持续时间.由图由图14-6可知可知.tw等于电容电压等于电容电压uC在充电过程中从在充电过程中从0上升到上升到 所所需的时间。需的时间。上一页 下一页返回14.2 555集成定时器的典型应用集成定时器的典型应用借助三要索公式计算输出脉冲的宽度借助三要索公式计算输出脉冲的宽度tw其边界条件为其边界条件为电路充电时间常数电路充电时间常数=RC，代人上式解得，代人上式解得上一页 下一页返回14.2 555集成定时器的典型应用集成定时器的典型应用14.2.4 555集成定时器构成多谐振荡器集成定时器构成多谐振荡器555集成定时器构成的多谐振荡器的逻辑电路如集

18、成定时器构成的多谐振荡器的逻辑电路如图图14-7所示。所示。复位端复位端 接高电平高触发端接高电平高触发端TH和低触发端和低触发端 相连并和充相连并和充电、放电回路的电容电、放电回路的电容C相接相接.电阻电阻R1、R2和电容和电容C串接在一条串接在一条支路上构成电路的充电回路。电阻支路上构成电路的充电回路。电阻R1、R2的接点和放电端的接点和放电端DIS相连相连.在在DIS端导通时端导通时.电容电容C上的电压经电阻上的电压经电阻R2和和DIS端对地放电。端对地放电。C-V端接端接0.01F到地。到地。下面参照下面参照图图14-8所示的波形图讨论多谐振荡器的工作原理。所示的波形图讨论多谐振荡器的

19、工作原理。上一页 下一页返回14.2 555集成定时器的典型应用集成定时器的典型应用接通电源之后，接通电源之后，VCC经经R1和和R2对电容对电容C充电，其电压充电，其电压uC由由0按指数规律上升，当按指数规律上升，当uC 时，高触发端时，高触发端TH使输出电使输出电压压uo为低电平为低电平UOL。同时，放电管。同时，放电管V导通，电容导通，电容C经电阻经电阻R2和和放电管放电管V放电。电路进入第一个暂稳态。放电。电路进入第一个暂稳态。随着电容随着电容C放电，放电，uC随之下降到随之下降到uC 时，低触发端时，低触发端 使输出电压使输出电压uo从低电平从低电平UOL跃变为高电平跃变为高电平UO

20、H。同时，放电。同时，放电管管V截止，电源截止，电源VCC又经电阻又经电阻R1和和R2对电容对电容C充电。电路进入充电。电路进入第二个暂稳态。如此循环往复，电容第二个暂稳态。如此循环往复，电容C上的电压上的电压uc将在将在 和和 之间来回充电和放电，从而使电路产生振荡，并输之间来回充电和放电，从而使电路产生振荡，并输出矩形脉冲信号。由于矩形波具有非常丰富的高次谐波分量，出矩形脉冲信号。由于矩形波具有非常丰富的高次谐波分量，产生矩形波的振荡器被称为多谐振荡器。产生矩形波的振荡器被称为多谐振荡器。上一页 下一页返回14.2 555集成定时器的典型应用集成定时器的典型应用多谐振荡器的振荡周期多谐振荡

21、器的振荡周期T为为其中其中tw1为电容为电容C上的电压由上的电压由 充电到充电到 所需的时间，所需的时间，充电回路为充电回路为R1、R2和和C，充电时间常数，充电时间常数1=（R1+R2）C。tw2为电容为电容C上的电压为上的电压为 放电到放电到 所需的时间，所需的时间，放电回路为放电回路为R2、C和和V，放电时间常数，放电时间常数2=R2C。上一页 下一页返回14.2 555集成定时器的典型应用集成定时器的典型应用多谐振荡器的振荡周期多谐振荡器的振荡周期T为为矩形波的占空比为矩形波的占空比为上一页返回图图14-1555集成定时器内部电路功集成定时器内部电路功能图能图返回表表14-1 555定时器逻辑功能表定时器逻辑功能表返回图图14-2 施密特触发器施密特触发器返回图图14-3 555集成定时器构成施密特集成定时器构成施密特触发器的逻辑电路触发器的逻辑电路返回图图14-4 555集成定时器构成施密特集成定时器构成施密特触发器的工作波形和电压传输特性触发器的工作波形和电压传输特性返回图图14-5 555集成定时器构成的单稳集成定时器构成的单稳态触发器电路态触发器电路返回图图14-6 定时器电路的工作波形图定时器电路的工作波形图返回图图14-7 555集成定时器构成的多谐集成定时器构成的多谐振荡器振荡器返回图图14-8 多谐振荡器的波形图多谐振荡器的波形图返回