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1、任务目标与要求任务目标与要求1 1知道知道555555定时器的符号、逻辑功能、引脚排列。定时器的符号、逻辑功能、引脚排列。2 2用仪器仪表测试用仪器仪表测试555555定时器的逻辑功能。定时器的逻辑功能。3 3用仪器仪表测试用仪器仪表测试555555定时器的应用电路。定时器的应用电路。4 4分析和仿真分析和仿真555555定时器及其应用电路。定时器及其应用电路。5 5编写文档记录基本逻辑门电路的学习过程和测试结果。编写文档记录基本逻辑门电路的学习过程和测试结果。（一组交一份）（一组交一份）6 6相互交流和学习。相互交流和学习。uiCuA11uo2RG1G2uo1VDDC1R1电路的改进电路的改
2、进当ui的宽度很宽时，可在单稳态触发器的输入端加一个RC微分电路，否则，在电路由暂稳态返回到稳态时，由于门G1被ui封住了，会使uo2的下降沿变缓。 uAuo2uiC11(a) 电路(b) 波形RG1G2uo1VDDuiuo1uAuo2ttttVDDVT0000tP稳态时，ui1，G1、G2均导通。uo10，uA0，uo20。ui负跳变到0时，G1截止，uo1随之跳变到1。由于电容电压不能跃变，uA仍为0，故门G2截止，uo2跳变到1。在G1、G2截止时，C通过R和G1的导通管放电，使uA逐渐上升。 当uA上升到管子的开启电压UT时，如果ui仍为低电平，G2导通，uo2变为0。当ui回到高电平
3、后，G1导通，C又通过R和G1的导通管充电，电路恢复到稳定状态。二、积分型单稳态触发器二、积分型单稳态触发器三、集成单稳态触发器三、集成单稳态触发器74121A1和和A2是两个下降沿有效的触发信号输入端，是两个下降沿有效的触发信号输入端，B是上升沿是上升沿有效的触发信号输入端。有效的触发信号输入端。AABvovoextCRintCextextRVCCGND10111491634512774121集成单稳态触发器集成单稳态触发器7412174121的外部元件连接方法的外部元件连接方法: :（a a）使用外部电阻）使用外部电阻Rext且电路为下降沿触发的连接方式且电路为下降沿触发的连接方式. .（
4、b b）使用内部电阻）使用内部电阻Rint且电路为上升沿触发的连接方式。且电路为上升沿触发的连接方式。AABovovextCintRextextCRCCVGND10111491634512774121CCVextR1vICextAABovovextCintRextextCRCCVGND10111491634512774121vICextCCV(a)(b)7412174121的主要参数的主要参数 (1) (1) 输出脉冲宽度输出脉冲宽度t tW W 使用外接电阻：使用外接电阻： t tW W 0.70.7R RextextC C 使用内部电阻：使用内部电阻： t tW W 0.70.7R Rin
5、tintC C（2 2）输入触发脉冲最小周期）输入触发脉冲最小周期T Tminmin T Tminmin= = t tW Wt tre re t trere是恢复时间。是恢复时间。（3 3）周期性输入触发脉冲占空比）周期性输入触发脉冲占空比q q 定义：定义： q q = = t tW W/ /T T 最大占空比：最大占空比： q qmaxmax= = t tW W/ / T Tminmin 7412174121内部电阻内部电阻=2k=2k，外接电阻，外接电阻R Rextext可在可在1.41.440k40k之间选择，之间选择， 外接电容外接电容C C可在可在10pF10pF10F10F之间选
6、择，之间选择， 所以，当所以，当R R=2k=2k时，时， 最大占空比最大占空比q qmaxmax为为67%67%； 当当R R=40k=40k时，最大占空比时，最大占空比q qmaxmax可达可达90%90%。CRui8 47 3 6 5552 5 10.01FuoVCCuiuotttP00(a) 电路(b) 工作波形uct02VCC/3输出脉冲宽度 tp。 tp1.1RC四、由四、由555定时器构成的单稳态触发器定时器构成的单稳态触发器CRui8 47 3 6 5552 5 10.01FuoVCCuiuotttP00uct02VCC/3接通接通VCC后瞬间，后瞬间，VCC通过通过R对对C充
7、电，当充电，当uc上升到上升到2VCC/3时，比较器时，比较器C1输出为输出为0，将触发器置，将触发器置0，uo0。这时。这时Q=1，放电管，放电管T导通，导通，C通过通过T放电，放电，电路进入稳态。电路进入稳态。ui到来时，因为到来时，因为uiVCC/3，使，使C20，触发器置，触发器置1，uo又由又由0变为变为1，电路，电路进入暂稳态。由于此时进入暂稳态。由于此时Q=0，放电管，放电管T截止，截止，VCC经经R对对C充电。虽然此时触充电。虽然此时触发脉冲已消失，比较器发脉冲已消失，比较器C2的输出变为的输出变为1，但充电继续进行，直到，但充电继续进行，直到uc上升到上升到2VCC/3时，比
8、较器时，比较器C1输出为输出为0，将触发器置，将触发器置0，电路输出，电路输出uo0，T导通，导通，C放放电，电路恢复到稳定状态。电，电路恢复到稳定状态。观看观看555555动画讲解动画讲解五、单稳态触发器的应用五、单稳态触发器的应用 单稳态触发器能够把不规则的输入信号vI，整形成为幅度和宽度都相同的标准矩形脉冲vO。vO的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度tW决定于暂稳态时间。IvtWOv2. 延时与定时延时与定时（1 1）延时）延时图中，图中，v/O的下降沿比的下降沿比vI的下的下降沿滞后了时间降沿滞后了时间tW。（2）定时）定时当当v v/ /O O=1=1时，与门打开，时，与门
9、打开，v vO O= = v vF F。当。当v v/ /O O=0=0时，时，与门关闭，与门关闭，v vO O为低电平。为低电平。显然与门打开的时间是显然与门打开的时间是恒定不变的，就是单稳恒定不变的，就是单稳输出脉冲输出脉冲v v/ /O O的宽度的宽度t tW W。1&vIOvvO单稳与门vFtWvIvOvFOv3. 触摸定时控制开关触摸定时控制开关 555定时器构成单稳态触发器。只要用手触摸一下金属片P，由于人体感应电压相当于在触发输入端（管脚2）加入一个负脉冲，555输出端输出高电平，灯泡（RL）发光，当暂稳态时间（tW）结束时，555输出端恢复低电平，灯泡熄灭。该触摸开关可用于夜间
10、定时照明，定时时间可由RC参数调节。84762153555+VCCRLR100kC100C10.01(+6V)P 555 555和和T T1 1、R R3 3、R R2 2、C C4 4组成单稳定时电路，定时（即灯亮）时间组成单稳定时电路，定时（即灯亮）时间约为约为1 1分钟。当击掌声传至压电陶瓷片时，分钟。当击掌声传至压电陶瓷片时，HTDHTD将声音信号转换成电信将声音信号转换成电信号，经号，经T2T2、T1T1放大，触发放大，触发555555，使，使555555输出高电平，触发导通晶闸管输出高电平，触发导通晶闸管SCRSCR，电灯亮；同样，若触摸金属片电灯亮；同样，若触摸金属片A A时，人
11、体感应电信号经时，人体感应电信号经R4R4、R5R5加至加至T1T1基基极，也能使极，也能使T1T1导通，触发导通，触发555555，达到上述效果。，达到上述效果。84762153C447C0.01555NEA220VR3R1M220kSCRMCR1004.7M4.7MR4R5R6R71M10k5C0.022TT1290149013HTDC3220D1N4004C10.56/400V1R3300.01C2VDD（+6V）DW2CW134. 触摸、声控双功能延时灯触摸、声控双功能延时灯本节小结单稳态触发器具有一个稳态。由门电路构成的单稳态触单稳态触发器具有一个稳态。由门电路构成的单稳态触发器和基
12、本发器和基本RSRS触发器在结构上也极为相似，只有用于反馈的触发器在结构上也极为相似，只有用于反馈的耦合网络不同。耦合网络不同。单稳态触发器可以由门电路构成，也可以由单稳态触发器可以由门电路构成，也可以由555555定时定时器构成。在单稳态触发器中，由一个暂稳态过渡到稳态，器构成。在单稳态触发器中，由一个暂稳态过渡到稳态，其其“触发触发”信号也是由电路内部电容充（放）电提供的，信号也是由电路内部电容充（放）电提供的，暂稳态的持续时间即脉冲宽度也由电路的阻容元件决定。暂稳态的持续时间即脉冲宽度也由电路的阻容元件决定。单稳态触发器不能自动地产生矩形脉冲，但却可以把其单稳态触发器不能自动地产生矩形脉
13、冲，但却可以把其它形状的信号变换成为矩形波，用途很广。它形状的信号变换成为矩形波，用途很广。任务基础知识二任务基础知识二多谐振荡器多谐振荡器CR1uc8 47 3 6 5552 5 10.01FuoVCCR2ucuotttP1tP20VCC/32VCC/30(a) 电路(b) 工作波形一、由一、由555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器 接通接通VCC后，后，VCC经经R1和和R2对对C充电。当充电。当uc上升到上升到2VCC/3时，时，uo=0，T导通，导通，C通过通过R2和和T放电，放电，uc下降。当下降。当uc下降到下降到VCC/3时，时，uo又由又由0变为变为1，T截止，截止
14、，VCC又经又经R1和和R2对对C充电。如此重复上述过程，在充电。如此重复上述过程，在输出端输出端uo产生了连续的矩形脉冲。产生了连续的矩形脉冲。CR1uc8 47 3 6 5552 5 10.01FuoVCCR2ucuotttP1tP20VCC/32VCC/30(a) 电路(b) 工作波形第一个暂稳态的脉冲宽度tp1，即uc从VCC/3充电上升到2VCC/3所需的时间：tp10.7(R1+R2)C第二个暂稳态的脉冲宽度tp2，即uc从2VCC/3放电下降到VCC/3所需的时间：tp20.7R2C振荡周期：Ttp1tp20.7(R12R2)C占空比可调的振荡器占空比可调的振荡器 RB0.01u
15、F4873CC75556521VDDRAUOCVD1VD2R1R2RW在多谐振荡电路中加入二极管VD1、VD2和一个可调电阻RW，可将电容C的充、放电回路分开，构成占空比可调的振荡器。 二、二、RC环形多谐振荡器环形多谐振荡器0(a) 电路图&ui1 ui2 uo2 ui3 uo R RSC uo(ui1)uo2ui3tttt(b) 波形图000G1G2&G3 ui2(uo1)UTt1t2t30(a) 电路图&ui1 ui2 uo2 ui3 uo R RSC uo(ui1)uo2ui3tttt(b) 波形图000G1G2&G3 ui2(uo1)UTt1t2t3在t1时刻，ui1（uo）由0变为
16、1，于是uo1（ui2）由1变为0，uo2由0变为1。由于电容电压不能跃变，故ui3必定跟随ui2发生负跳变。这个低电平保持uo为1，以维持已进入的这个暂稳态。在这个暂稳态期间，uo2（高电平）通过电阻R对电容C充电，使ui3逐渐上升。在t2时刻，ui3上升到门电路的阈值电压UT，使uo（ui1）由1变为0，uo1（ui2）由0变为1，uo2由1变为0。同样由于电容电压不能跃变，故ui3跟随ui2发生正跳变。这个高电平保持uo为0。至此，第一个暂稳态结束，电路进入第二个暂稳态。第一暂稳态及其自动翻转的工作过程0(a) 电路图&ui1 ui2 uo2 ui3 uo R RSC uo(ui1)uo
17、2ui3tttt(b) 波形图000G1G2&G3 ui2(uo1)UTt1t2t3第二暂稳态及其自动翻转的工作过程在t2时刻，uo2变为低电平，电容C开始通过电阻R放电。随着放电的进行，ui3逐渐下降。在t3时刻，ui3下降到UT，使uo（ui1）又由0变为1，第二个暂稳态结束，电路返回到第一个暂稳态，又开始重复前面的过程。造成振荡器自动翻转的原因是电容C的充放电。振 荡 周 期 为 ： T 2.2RCui1 uo1 ui2 uo0(a) 电路图& RCuoui1ttt(b) 波形图00G1G2 ui2(uo1)UTt1t2t3三、三、CMOS多谐振荡器多谐振荡器在t1时刻， uo由0变为1
18、，由于电容电压不能跃变，故ui1必定跟随uo发生正跳变，于是ui2（uo1）由1变为0。这个低电平保持uo为1，以维持已进入的这个暂稳态。在这个暂稳态期间，电容C通过电阻R放电，使ui1逐渐下降。在t2时刻，ui1上升到门电路的开启电压UT，使uo1（ui2）由0变为1，uo由1变为0。同样由于电容电压不能跃变，故ui1跟随uo发生负跳变，于是ui2（uo1）由0变为1。这个高电平保持uo为0。至此，第一个暂稳态结束，电路进入第二个暂稳态。第一暂稳态及其自动翻转的工作过程ui1 uo1 ui2 uo0(a) 电路图& RCuoui1ttt(b) 波形图00G1G2 ui2(uo1)UTt1t2
19、t3第二暂稳态及其自动翻转的工作过程在t2时刻，uo1变为高电平，这个高电平通过电阻R对电容C充电。随着放电的进行，ui1逐渐上升。在t3时刻，ui1上升到UT，使uo（ui1）又由0变为1，第二个暂稳态结束，电路返回到第一个暂稳态，又开始重复前面的过程。若 UT0.5VDD，振荡周期为：T1.4RC四、四、 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器有两个谐振频率。当有两个谐振频率。当f f= =f fs s时，为串联谐振，石英晶体的电抗时，为串联谐振，石英晶体的电抗X X=0=0； 当当f f= =f fp p时，为并联谐振，石英晶体的电抗无穷大。时，为并联谐振，石英晶体的电抗无穷大。 由晶体本
20、身的特性决定：由晶体本身的特性决定： f fs s f fp p f f0 0（晶体的标称频率）（晶体的标称频率） 石英晶体的选频特性极好，石英晶体的选频特性极好，f f0 0十分稳定，其稳定度可达十分稳定，其稳定度可达1010-10-101010-11-11。0ff0X电感性电容性石英晶体的符号fp1.石英晶体的选频特性石英晶体的选频特性2. 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器（1）串联式振荡器 R1、R2的作用的作用使两个反相器在静态时都工作在转折区，成为具有使两个反相器在静态时都工作在转折区，成为具有很强放大能力的放大电路。很强放大能力的放大电路。 对于对于TTL门，常取门，常取R1=
21、R2=0.72k，若是，若是CMOS门则常取门则常取R1=R2=10100M；C1=C2是耦合电容。是耦合电容。 石英晶体工作在串联谐振频率石英晶体工作在串联谐振频率f0下，只有频率为下，只有频率为f0的信号才能通过，满的信号才能通过，满足振荡条件。因此，电路的振荡频率足振荡条件。因此，电路的振荡频率= f0，与外接元件，与外接元件R、C无关，所无关，所以这种电路振荡频率的稳定度很高。以这种电路振荡频率的稳定度很高。（2）并联式振荡器）并联式振荡器 R RF F是偏置电阻，保证在静态时使是偏置电阻，保证在静态时使G G1 1工作转折区，构成一个反相放大器。工作转折区，构成一个反相放大器。 晶体
22、工作在略大于晶体工作在略大于f fS S与与 f fP P之间，等效一电感，与之间，等效一电感，与C C1 1、C C2 2共同构成电容三共同构成电容三点式振荡电路。点式振荡电路。电路的振荡频率电路的振荡频率= = f f0 0。 反相器反相器G G2 2起整形缓冲作用，同时起整形缓冲作用，同时G G2 2还可以隔离负载对振荡电路工作的影还可以隔离负载对振荡电路工作的影响。响。1. 简易温控报警器简易温控报警器26VCCRD5553vI2I1v847RRVCC12C150.01C110/10VC220k100k0.013R2k（ +6V）T3AX31五、多谐振荡器应用实例五、多谐振荡器应用实例
23、C1R1uo18 47 3 6 5552 5 10.01Fuo1VCCR2(a) 电路(b) 工作波形C2R3uo28 47 3 6 5552 5 10.01Fuo2R4C2.模拟声响电路模拟声响电路 将振荡器的输出电压uo1，接到振荡器中555定时器的复位端（4脚），当uo1为高电平时振荡器振荡，为低电平时555定时器复位，振荡器停止震荡。100R760.01FRFD10CF5CC42R4v6VD5RI273v2(+12V)I1555Cv45VO11I28VvI1v100k2CCv8CC10kFv1CC35550.01150k110kRR2310kR举例：报警器（另一种方案）举例：报警器（另
24、一种方案）3. 双音门铃双音门铃1vI1812R5550.0115CRRD427VI26vCC3k3k0.1R44.7k3C47CDD122CP3R3.9kCCV（ +6V）C24738PAN4. 秒脉冲发生器秒脉冲发生器 CMOS CMOS石英晶体多谐振荡器产生石英晶体多谐振荡器产生f f=32768Hz=32768Hz的基准信号，的基准信号，经经T T/ /触发器构成的触发器构成的1515级异步计数器分频后，便可得到稳级异步计数器分频后，便可得到稳定度极高的秒信号。这种秒脉冲发生器可做为各种计定度极高的秒信号。这种秒脉冲发生器可做为各种计时系统的基准信号源。时系统的基准信号源。& R1 C
25、2 R2C1& f0 f1 f2 f14 f32768Hz 16384Hz 8192Hz 2Hz 1HzC1C1C1C1 FF1 FF2 FF14 FF15 Q1 Q2 Q14 Q15多谐振荡器分频电路本节小结多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。多谐振荡器可以由门电路构成，也可以由555定时器构成。由门电路构成的多谐振荡器和基本RS触发器在结构上极为相似，只是用于反馈的耦合网络不同。RS触发器具有两个稳态，多谐振荡器没有稳态，所以又称为无稳电路。在多谐振荡器中，由一个暂稳态过渡到另一个暂稳态，其“触发”信号是由电路内部电容充（放）电提供的，因此无需外加
26、触发脉冲。多谐振荡器的振荡周期与电路的阻容元件有关。任务技能训练一任务技能训练一硬件实验硬件实验 了解了解555555定时器的结构和工作原理。定时器的结构和工作原理。掌握用掌握用555555定时器组成几种常用的脉冲发生器。定时器组成几种常用的脉冲发生器。熟悉用示波器测量熟悉用示波器测量555555电路的脉冲幅度、周期和脉宽的方法。电路的脉冲幅度、周期和脉宽的方法。一、实验目的和任务一、实验目的和任务实验一实验一 555555定时器及其应用定时器及其应用二、实验内容及步骤二、实验内容及步骤 如图是单稳态触发器原理图，触发信号从如图是单稳态触发器原理图，触发信号从2管脚输入，输出管脚输入，输出矩形
27、波的暂稳态时间为矩形波的暂稳态时间为TW1.1RC，要求输入的触发信号的脉冲，要求输入的触发信号的脉冲宽度小于宽度小于TW（TP TW），改变），改变RC的大小，观察输出波形并记的大小，观察输出波形并记录输出暂稳态时间。录输出暂稳态时间。1.1.单稳态触发器单稳态触发器 84R762355515C0uo VDD0.01FDTHTRRCui矩形波发生器CH1TG示波器CH2tPuiUDDUDD31otottouoVDDuCVDD32tW示波器CH2通道波形示波器CH1通道波形 如图是多谐振荡器原理图，将如图是多谐振荡器原理图，将555定时器插在定时器插在IC插座上，按插座上，按图接好连线，用示波
28、器观察电容图接好连线，用示波器观察电容C两端以及输出端口的波形（波两端以及输出端口的波形（波形如图）；测量形如图）；测量T1、T2大小并与计算值比较。大小并与计算值比较。2.2.多谐振荡器多谐振荡器3K84762315555ROUTVDD0.01FDTHTRR1R2CuoCH1TG示波器CH2+5Vt2t1oottVDDVDD31VDD32VDDuCuo示波器CH2通道波形示波器CH1通道波形三、实验问题与讨论三、实验问题与讨论 1555定时器的基本结构、逻辑功能和工作原理。定时器的基本结构、逻辑功能和工作原理。 2用用555定时器设计一个整形电路。给定输入触发信号重定时器设计一个整形电路。给定输入触发信号重复频率为复频率为500HZ，要求输出脉宽为，要求输出脉宽为0.5ms，试计算定时元件，试计算定时元件RC，并用实验证明。并用实验证明。 3555定时器构成的多谐振荡器，其振荡周期和占空比的定时器构成的多谐振荡器，其振荡周期和占空比的改变与哪些因素有关？若只需改变周期，而不改变占空比应调改变与哪些因素有关？若只需改变周期，而不改变占空比应调整哪个元件参数？整哪个元件参数？