1、掌握用掌握用 555 定時器構成施密特觸發器、單穩態定時器構成施密特觸發器、單穩態觸發器和多諧振蕩器的方法。觸發器和多諧振蕩器的方法。主要要求：主要要求： 了解了解 555 定時器的電路結構，定時器的電路結構，掌握其符號和功能。掌握其符號和功能。7.2 555 定時器及其應用定時器及其應用 常用的有施密特觸發器和單穩態觸發器。常用的有施密特觸發器和單穩態觸發器。 脈沖信號產生與整形的方法脈沖信號產生與整形的方法 獲取脈沖信獲取脈沖信號的方法號的方法 脈沖信號產生與脈沖信號產生與整形電路整形電路的實現的實現是一種多用途集成電路，只要外接少量阻容是一種多用途集成電路，只要外接少量阻容元件就可構成施

2、密特觸發器、單穩態觸發器和多元件就可構成施密特觸發器、單穩態觸發器和多諧振蕩器等，使用方便、靈活，應用廣泛。諧振蕩器等，使用方便、靈活，應用廣泛。 用多諧振蕩器直接產生。用多諧振蕩器直接產生。 用用整形電路整形電路對已有波形進行整形、變換。對已有波形進行整形、變換。 施密特觸發器施密特觸發器主要用以主要用以將緩慢變化將緩慢變化或快速變化的或快速變化的非矩形脈沖變換非矩形脈沖變換成陡峭的矩形脈沖。成陡峭的矩形脈沖。單穩態觸發器單穩態觸發器 主要用以將寬度不符合要求的脈主要用以將寬度不符合要求的脈沖變換成符合要求的矩形脈沖。沖變換成符合要求的矩形脈沖。用門電路構成。用門電路構成。 用專用的集成電路

3、。用專用的集成電路。 用用 555 定時器定時器構成。構成。 555 定時器簡介定時器簡介 555 定時器是一種結構簡單、使用方便靈活、用途定時器是一種結構簡單、使用方便靈活、用途廣泛的多功能電路。它電源電壓范圍寬廣泛的多功能電路。它電源電壓范圍寬( (雙極型雙極型 555 定定時器為時器為 5 16 V，CMOS 555 定時器為定時器為 3 18 V) )，可提可提供與供與 TTL 及及 CMOS 數字電路兼容的接口電平，還數字電路兼容的接口電平，還可輸可輸出一定功率出一定功率，驅動微電機、指示燈、揚聲器等。，驅動微電機、指示燈、揚聲器等。TTL 單定時器型號單定時器型號的最后的最后 3

4、位數字位數字為為 555，雙定時，雙定時器的為器的為 556；CMOS 單定時器單定時器的最后的最后 4 位數位數為為 7555，雙定時器的為雙定時器的為 7556。 一、一、555 定時器的工作原理和邏輯功能定時器的工作原理和邏輯功能555 定時器的電路結構與符號定時器的電路結構與符號 C1C2G3QQG1G2RSVR5 k 5 k 5 k UR1UR2GNDVCCRDOUTCO555THTRDIS電路符號電路符號627153843OUT輸出端輸出端 8VCC電源端電源端 4RD直接置直接置0 0端端 DIS 7放電端放電端 TH 6閾值輸入端閾值輸入端 TR 2觸發輸入端觸發輸入端 CO

5、5控制電壓輸入端控制電壓輸入端 GND1接地端接地端 集電極開路輸出端集電極開路輸出端UR1UR2構成構成電阻分電阻分壓器壓器，為比較器，為比較器 C1、C2 提供兩提供兩個參考電壓，個參考電壓，UR1 = 2/3VCC，UR2 = 1/3VCC。 輸出緩沖器輸出緩沖器OUT = Q構成構成基本基本 RS 觸發觸發器器，決定電路輸出。，決定電路輸出。 放電管放電管，其輸入為，其輸入為Q，輸出為開路集電極。，輸出為開路集電極。Q構成構成電壓比電壓比較器較器，比較，比較 TH 與與 UR1 和和TR 與與 UR2 的大小。的大小。555 定時器的電路結構與符號定時器的電路結構與符號 C1C2G3Q

6、QG1G2RSVR5 k 5 k 5 k UR1UR23OUT輸出端輸出端 8VCC電源端電源端 4RD直接置直接置0 0端端 DIS 7放電端放電端 TH 6閾值輸入端閾值輸入端 TR 2觸發輸入端觸發輸入端 CO 5控制電壓輸入端控制電壓輸入端 GND1接地端接地端 UR1UR2Q555 定時器的定時器的工作原理與邏輯功能工作原理與邏輯功能 101導通導通定時器定時器 5G555 的的功能表功能表 不變不變不變不變1截止截止11導通導通01導通導通00V 狀態狀態OUT = QRDTRTH輸輸 出出 輸輸 入入CC32V CC32V CC31V CC31V CC31V CC32V 直接置直

7、接置 0 端端 RD 低電低電平有效，平有效，優先級最高。優先級最高。不用時應使其為不用時應使其為 1。不變不變不變不變1截止截止11導通導通01導通導通00V 狀態狀態OUT = QRDTRTH輸輸 出出 輸輸 入入CC32V CC32V CC31V CC31V CC31V CC32V 定時器定時器 5G555 的的功能表功能表 01導通導通0110555 定時器的定時器的工作原理與邏輯功能工作原理與邏輯功能555 定時器的定時器的工作原理與邏輯功能工作原理與邏輯功能 不變不變不變不變1截止截止11導通導通01導通導通00V 狀態狀態OUT = QRDTRTH輸輸 出出 輸輸 入入CC32V

8、 CC32V CC31V CC31V CC31V CC32V 定時器定時器 5G555 的的功能表功能表 10截止截止1001555 定時器的定時器的工作原理與邏輯功能工作原理與邏輯功能 不變不變不變不變1截止截止11導通導通01導通導通00V 狀態狀態OUT = QRDTRTH輸輸 出出 輸輸 入入CC32V CC32V CC31V CC31V CC31V CC32V 定時器定時器 5G555 的的功能表功能表 11簡化簡化功能表功能表 不變不變不變不變1截止截止11導通導通01導通導通00V 狀態狀態OUTRD輸輸 出出 輸輸 入入TRTHCC32V CC32V CC31V CC31V C

9、C31V CC32V 使用要點使用要點 ( (1) ) RD 低電平有效低電平有效,優先級最高，優先級最高， 不用時應接高電平。不用時應接高電平。通常不用通常不用 CO 端，為了提高電路工作穩定性，端，為了提高電路工作穩定性，將其通過將其通過 0.01 F 電容接地。電容接地。( (3) ) TR 低電平有效，低電平有效，TH 高電平高電平 有效，因此，有效，因此，TH 加低電平、加低電平、 TR 加高電平時為非有效電加高電平時為非有效電 平，電路狀態不變。平，電路狀態不變。( (4) )輸出輸出 0 時，時，Q = 1，因此，因此 V 導通；輸出導通；輸出 1 時，時， Q = 0，故，故

10、V 截止。截止。( (5) )注意：注意： TH 電平高低是與電平高低是與 2/3VCC 相比較，相比較，TR 電平高低是與電平高低是與 1/3VCC 相比較。相比較。 若控制輸入端若控制輸入端 CO 加輸入電壓加輸入電壓 uCO ，則，則 UR1 = uCO UR2 = uCO/2，故，故 TH 和和 TR 電平高低的比較值將變成電平高低的比較值將變成 uCO 和和 uCO/2。( (2) )TH 和和 TR 均為高電平時輸出均為高電平時輸出 0，均為低電平時輸出，均為低電平時輸出 1。二、二、用用 555 定時器組成施密特觸發器定時器組成施密特觸發器 0uOuIUOL1/3VCC2/3VC

11、CUOH當當TH=TR=uI2/3VCC時時電壓傳輸特性為反相輸出的滯回特性電壓傳輸特性為反相輸出的滯回特性uIuO當當TH=TR=uI1/3VCC時時1/3VCC0當當1/3VCC TH=TR=uI2/3VCC時時當當uI1/3VCC時時當當uI由高電平逐漸下降，由高電平逐漸下降，且且1/3VCC uI 1/3 VCC) )。 當當 uC 2/3 VCC 時，滿足時，滿足TR = uI 1/3 VCC，TH = uI 2/3 VCC,因因此此 uO 為低電平，為低電平，V 導通，電容導通，電容 C 經放經放電管電管 V 迅速放電完畢，迅速放電完畢，uC 0 V。這時這時TR = UIH 1/

12、3 VCC，TH = uC 0 2/3 VCC，uO 保持保持低電平不變。因此，低電平不變。因此，穩態時穩態時 uC 0 V，uO 為低電平。為低電平。充電充電工作原理工作原理 導通導通放電放電VuCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC0VUOLUIH 2. 觸發進入暫穩態觸發進入暫穩態 ( (二二) )工作原理、工作波形與參數估算工作原理、工作波形與參數估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC當輸入當輸入 uI 由高電平躍變為低電平由高電平躍變為低電平( (應應 1/3 VCC ) )時，使時，使 TR =

13、 UIL1/3 VCC而而TH = uC 0 V 2/3 VCC，因此，因此 uO 躍變為躍變為高電平，進入暫穩態高電平，進入暫穩態，這時放電管，這時放電管 V截止，截止，VCC 又經又經 R 向向 C 充電，充電，uC 上升上升。UILUOH充電充電 3. 自動返回穩定狀態自動返回穩定狀態 ( (二二) )工作原理、工作波形與參數估算工作原理、工作波形與參數估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC 2. 觸發進入暫穩態觸發進入暫穩態 UIHUOL TH2/3 VCC放電放電V當輸入當輸入 uI 由高電平躍變為低電平由高電平躍變為低電平( (應應

14、1/3 VCC) )時，使時，使 TR = UIL1/3 VCC 而而TH = uC 0 V 1/3 VCC ) )，因此，因此 uO 重新躍變重新躍變為低電平。為低電平。同時，放電管導通，同時，放電管導通，C 經經 V 迅速放電迅速放電 uC 0 V，放電完畢放電完畢后，電路返回穩態。后，電路返回穩態。 例例 用上述單穩態電路輸出定時用上述單穩態電路輸出定時時間為時間為1 s 的的正脈沖，正脈沖，R = 27 k ，試確定定時元件試確定定時元件 C 的取值。的取值。 ( (二二) )工作原理、工作波形與參數估算工作原理、工作波形與參數估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUI

15、HCC31VuItWIVCC輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度 tW 即為暫穩態維持時即為暫穩態維持時間，主要取決于充放電元件間，主要取決于充放電元件 R、C。 該單穩態觸發器為不可重復觸發器，該單穩態觸發器為不可重復觸發器，且要求輸入脈寬且要求輸入脈寬 tWI 小于輸出脈寬小于輸出脈寬 tWO 。解：解：因為因為 tWO 1.1 RC故故可取標稱值可取標稱值 33 F。F33.7k271 . 1S11 . 1WO RtC估算公式估算公式 tWO 1.1 RC經過長距離傳輸后，脈沖信號的邊經過長距離傳輸后，脈沖信號的邊沿會變差或波形上疊加某些干擾，沿會變差或波形上疊加某些干擾，利用整形可使其變成符合要求

16、的波形。利用整形可使其變成符合要求的波形。 ( (三三) )單穩態觸發器應用舉例單穩態觸發器應用舉例 2. 脈沖定時脈沖定時 1. 脈沖整形脈沖整形 因此，利用單穩態觸發器可以控制門因此，利用單穩態觸發器可以控制門開通與否以及開通多長時間。開通與否以及開通多長時間。 uAuBuCuOG單穩態觸發器組成的定時電路和工作波形單穩態觸發器組成的定時電路和工作波形uAuCuBuOuC 門的定時時間即為單穩態觸發器的暫穩態持續時間。門的定時時間即為單穩態觸發器的暫穩態持續時間。tW uC 為與門為與門 G 開通與否的控制信號。開通與否的控制信號。 uC = 1，門，門 G 開通，信號開通，信號 uB 通

17、過門通過門 G 輸出；輸出； uC = 0，門，門 G 關閉，關閉，uB 不能輸出。不能輸出。 若已知若已知 Rext = 10 k ，Cext = 1 F則可得則可得 tW 0.7 RextCext = 7 msRI CX RX/CXQ+VCCuIRextCextQOuItOuOt脈脈沖沖展展寬寬電電路路和和工工作作波波形形3. 脈沖展寬脈沖展寬 tW接成正脈沖接成正脈沖觸發方式觸發方式將窄脈沖展寬成將窄脈沖展寬成寬度為寬度為 tW 的脈沖的脈沖GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01 FR1CuOuC- -+R2四、用四、用 555 定時器組成多諧振蕩器定時器組成多諧振

18、蕩器 ( (一一) )電路結構電路結構 DISVCCR1THTRGNDVCCRDCO0.01 FOUTuOCuC- -+R2( (二二) )工作原理、工作波形與周期估算工作原理、工作波形與周期估算 uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V 充電充電UOHTH = TR = uC 很小很小接通接通 VCC 后后，開始時，開始時 TH = TR = uC 0 0，uO 為高電平，為高電平，放電管截止，放電管截止，VCC 經經 R1、R2 向向 C 充電，充電，uC 上升上升，這時，這時電電路路處于暫穩態處于暫穩態。 工作原理工作原理 ( (二二) )工作原理、工作波形與周期估算

19、工作原理、工作波形與周期估算 uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V UOLTH = TR 2/3 VCC當當 uC 上升到上升到 TH = TR = uC 2/3 VCC 時，時，uO 躍變為低電平，躍變為低電平，同時放電管同時放電管 V 導通，導通，C 經經 R2 和和 V 放電，放電，uC 下降下降，電路進入電路進入暫穩態暫穩態 。工作原理工作原理 接通接通 VCC 后后，開始時，開始時 TH = TR = uC 0，uO 為高電平，為高電平，放電管截止，放電管截止，VCC經經 R1、R2 向向 C 充電，充電，uC 上升上升，這時，這時電電路路處于暫穩態處于暫穩態

20、。 放電放電當當 uC 下降到下降到 TH = TR = uC 1/3 VCC 時，時， uO 重新躍變為高電平重新躍變為高電平，同時，同時放電管放電管 V 截止，截止，C 又被又被充電，充電，uC 上升上升，電路又電路又返回到暫穩態返回到暫穩態。( (二二) )工作原理、工作波形與周期估算工作原理、工作波形與周期估算uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V TH=TR1/3VCC工作原理工作原理 當當 uC 上升到上升到 TH = TR = uC 2/3 VCC時，時，uO 躍變為低電平，躍變為低電平，同時放電管同時放電管 V 導通，導通，C 經經 R2 和和 V 放電，

21、放電，uC 下降下降，電路進入電路進入暫穩態暫穩態 。接通接通 VCC 后后，開始時，開始時 TH = TR = uC 0 0，uO 為高電平，為高電平，放電管截止，放電管截止，VCC 經經 R1、R2 向向 C 充電，充電，uC 上升上升，這時，這時電電路路處于暫穩態處于暫穩態。 ( (二二) )工作原理、工作波形與周期估算工作原理、工作波形與周期估算 電容電容 C 如此循環充電和放電，如此循環充電和放電，使電路產生振蕩，輸出矩形脈沖。使電路產生振蕩，輸出矩形脈沖。uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V 周期與占空比估算周期與占空比估算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 指出右圖中指出右圖中控制揚聲器鳴響與否和控制揚聲器鳴響與否和調節音調高低的分別是調節音調高低的分別是哪個電位器？若原來無哪個電位器？若原來無聲，如何調節才能鳴響？聲，如何調節才能鳴響？欲提高音調，又該如何欲提高音調，又該如何調節？調節？解：解：R1、R2、RP1 和和 C 共同構成定時元件，因此調節共同構成定時元件，因此調節 RP1 可調節音調高低。可調節音調高低。欲提高音調，則應減小

23、欲提高音調，則應減小 RP1 ，因此觸頭應下移。，因此觸頭應下移。RP2調節調節 RP2 可控制可控制 RD 為為 0 或或 1，從而控制振蕩器工作與，從而控制振蕩器工作與否，因此能控制揚聲器鳴響與否。否，因此能控制揚聲器鳴響與否。調節調節 RP2 使觸頭左移至適當位置，可使使觸頭左移至適當位置，可使 RD = 1，使，使揚聲器鳴響。揚聲器鳴響。RP1外接元件和連線少，觸發方式靈活，既可用輸外接元件和連線少，觸發方式靈活，既可用輸入脈沖的正躍變觸發，又可用負躍變觸發，使用十入脈沖的正躍變觸發，又可用負躍變觸發，使用十分方便，而且工作穩定性好。因此應用很廣泛。分方便，而且工作穩定性好。因此應用很

24、廣泛。 ( (二二) )集成單穩態觸發器集成單穩態觸發器 TTL 不可重復觸發型單穩態觸發器不可重復觸發型單穩態觸發器 CT74121 的邏輯符號的邏輯符號 有有 3 個個觸發信號輸觸發信號輸入端，入端，TR- -A和和 TR- -B 用負用負脈沖觸發，脈沖觸發， TR+ 用正脈用正脈沖觸發。沖觸發。 有有 2 個互補輸出端個互補輸出端TR+TR- -BTR- -AQQRI CX RX/CXRintCextRext/CextRI CX RX/CX不可重復觸發型不可重復觸發型單穩的限定符號單穩的限定符號 外接定時元件端外接定時元件端 “”號表示非邏號表示非邏輯連接，即沒有任何邏輯連接，即沒有任何

25、邏輯信息的連接，例如外輯信息的連接，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懸空不接懸空不接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。當輸出脈寬很小時，當輸出脈寬很小時，可用內部電阻可用內部電阻 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 的觸的觸發信號應如何加呢？發信號應如何加呢？通過對通過對 CT74121 功能功能表的分析就可知道觸表的分析就可知道觸發端的用法。發端的用法。 欲負脈沖觸發，則將欲負脈沖觸發，則將觸發脈沖從觸發脈沖從 TR- -A 或或 TR- -B 加入，而加入，而 TR+ 接接 1。 欲正脈沖觸發，則將觸欲正脈沖觸發，則將觸發脈沖從發脈沖從 TR+ 加入，而加入，而 TR- -A 和和 TR- -B 至少有一接至少有一接 0。 可見，可見，CT74121 可可正脈正脈沖沖觸發，也可觸發，也可負脈沖負脈沖觸發。觸發。0011111101110010101010QQTR+TR

27、- -BTR- -A輸輸 出出輸輸 入入CT74121 的功能表的功能表 負脈沖觸發應用舉例負脈沖觸發應用舉例RI CX RX/CXTR+TR- -BTR- -AQQ+VCC+VCCQTR- -B正脈沖觸發應用舉例正脈沖觸發應用舉例RI CX RX/CXuO+VCCuIuIuO2. CT74121 邏輯功能的分析與應用邏輯功能的分析與應用 CT74121 的功能表的功能表 0011111101110010101010QQTR+TR- -BTR- -A輸輸 出出輸輸 入入本章小結本章小結施密特觸發器和單穩態觸發器是兩種常用的整施密特觸發器和單穩態觸發器是兩種常用的整形電路，形電路，可將輸入的周期

28、信號整形成符合要求可將輸入的周期信號整形成符合要求的同周期矩形脈沖。的同周期矩形脈沖。施密特觸發器具有回差特性，它有兩個穩態狀態，施密特觸發器具有回差特性，它有兩個穩態狀態，有兩個不同的觸發電平。有兩個不同的觸發電平。施密特觸發器施密特觸發器可將任意波形變換可將任意波形變換成矩形脈成矩形脈沖，輸出脈沖寬度取決于輸入信號的波形和沖，輸出脈沖寬度取決于輸入信號的波形和回差電壓的大小。回差電壓的大小。施密特觸發器還可用來進施密特觸發器還可用來進行幅度鑒別、構成單穩態觸發器和多諧振蕩行幅度鑒別、構成單穩態觸發器和多諧振蕩器等。實用中，常選用集成施密特觸發器器等。實用中，常選用集成施密特觸發器或或 采用

29、采用555 定時器構成施密特觸發器。定時器構成施密特觸發器。單穩態觸發器有一個穩定狀態和一個暫穩態。單穩態觸發器有一個穩定狀態和一個暫穩態。其輸出脈沖的寬度只取決于電路本身其輸出脈沖的寬度只取決于電路本身 R、C 定定時元件的數值，與輸入信號沒有關系。時元件的數值，與輸入信號沒有關系。輸入信輸入信號只起到觸發電路進入暫穩態的作用。改變號只起到觸發電路進入暫穩態的作用。改變 R、C 定時元件的數值可調節輸出脈沖的寬度。定時元件的數值可調節輸出脈沖的寬度。 單穩態觸發器單穩態觸發器可將輸入的觸發脈沖變換可將輸入的觸發脈沖變換為為寬度和幅度都符合要求的矩形脈沖，寬度和幅度都符合要求的矩形脈沖，因此，常