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1、第三章集成定时电路第1页，共80页，编辑于2022年，星期二集成定时电路又称为集成时基电路，它是一种将模拟电路和数字电路制作在同一硅片上的模拟集成电路。应用：取代传统的机械式延时器件，应用在微计算机、电子定时器、电子控制、电子检测、电子报警、电子乐器、信号产生及调制等方面。分类：分为定时器和定时器/计数器两大类。定时器定时器以单定时“555”电路、双定时“556”电路(内含两个独立的“555”电路)、四定时“558/559”电路(内含四个独立的“555”电路)为主；定时器定时器/计数器计数器以可编程定时电路为主。第2页，共80页，编辑于2022年，星期二 概述概述一、脉冲信号一、脉冲信号 脉冲
2、是脉冲是脉动脉动和和短促短促的意思，凡是具有的意思，凡是具有不连续波形不连续波形的信号均的信号均可称为脉冲信号。广义讲，各种可称为脉冲信号。广义讲，各种非正弦信号非正弦信号都是脉冲信号。都是脉冲信号。(a)(a)矩形波矩形波(b)(b)方波方波(c)(c)尖脉冲尖脉冲(d)(d)锯齿波锯齿波第3页，共80页，编辑于2022年，星期二 概述概述 在在数数字字系系统统中中常常常常需需要要用用到到各各种种幅幅度度、宽宽度度以以及及具具有有陡陡峭峭边边沿的矩形脉冲信号沿的矩形脉冲信号，如触发器的时钟脉冲（，如触发器的时钟脉冲（CPCP）。）。获取这些脉冲信号的方法通常有两种：获取这些脉冲信号的方法通常
3、有两种：脉冲产生电路直接产生；脉冲产生电路直接产生；利用已有的周期信号整形、变换得到。利用已有的周期信号整形、变换得到。脉冲整形、变换电路脉冲整形、变换电路单稳态触发器单稳态触发器 施密特触发器施密特触发器；脉冲产生电路脉冲产生电路多谐振荡器；多谐振荡器；多用途的定时电路多用途的定时电路555定时器定时器。第4页，共80页，编辑于2022年，星期二 概述概述二、脉冲信号的参数二、脉冲信号的参数trtftWT0.9 Um0.5 Um0.1 UmUm矩形脉冲信号的主要参数矩形脉冲信号的主要参数 脉脉冲冲幅幅度度 脉冲周期脉冲周期脉冲宽度脉冲宽度上升时间上升时间下降时间下降时间占空比占空比D D脉冲
4、宽度与脉冲周期的比值，脉冲宽度与脉冲周期的比值，D Dt tW W/T/T 。第5页，共80页，编辑于2022年，星期二概述概述三、脉冲产生电路的暂态分析三、脉冲产生电路的暂态分析脉冲波形产生与整形电路多是由脉冲波形产生与整形电路多是由RCRC充放电电路充放电电路构成的。构成的。开开关关闭闭合合的的一一瞬瞬间间，电电容容器器上上电电压压不不能能突突变变，满满足足开开关关定定理理U UC C(0(0+)=)=U UC C(0(0-)。充充电电暂暂态态过过程程结结束束后后，流流过过电电容容器器的的电电流流i iC C()()为为0 0，即即电电容容器器相相当当于开路于开路。tMU(t)UTtU()
5、0U(0+)CCCUC(t)SUCR第6页，共80页，编辑于2022年，星期二令令u uC C(t(tW W)=U)=UT T，则则从从暂暂态态过过程程的的起起始始值值U UC C(0(0+)变变到到U UT T所所经经历历的的时时间间t tW W（脉冲宽度）可用下式计算：（脉冲宽度）可用下式计算：电电路路的的时时间间常常数数=RCRC，决决定定了了暂暂态态时时间间的的长长短短。根根据据三三要要素素公式公式，可以得到电压随时间变化的方程为，可以得到电压随时间变化的方程为 概述概述tWU(t)UTtU()0U(0+)CCC第7页，共80页，编辑于2022年，星期二第一节 集成定时器555/556
6、工作原理555定时器是一种多用途的数字定时器是一种多用途的数字-模拟混合模拟混合集成电路，集成电路，利用它能极方便地构成利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器态触发器和多谐振荡器。555定时器产品型号繁多，但所有定时器产品型号繁多，但所有双极型双极型产产品型号最后的品型号最后的3位数码都是位数码都是555，所有，所有CMOS产品型号最后的产品型号最后的4位数码都是位数码都是7555。它们的功能和外部引脚的排列完全相同。它们的功能和外部引脚的排列完全相同。第8页，共80页，编辑于2022年，星期二(一一)555)555定时器的电路结构定时器的电路结构一、双极
7、型一、双极型555555定时器定时器TRC1UR15k5kC25kUR2&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端uu12348765地2oRDUCC放电端6UCO555uuu第9页，共80页，编辑于2022年，星期二高电平触发端高电平触发端高电平触发端高电平触发端电压控电压控电压控电压控制端制端制端制端低电平触发端低电平触发端低电平触发端低电平触发端放电端放电端放电端放电端接地端接地端接地端接地端复位端复位端复位端复位端电源端电源端电源端电源端输出端输出端输出端输出端555555由比较器由比较器由比较器由比较器C C1 1和和C2 2、基本、基
8、本、基本、基本RSRS触发器和集电极开路的放触发器和集电极开路的放触发器和集电极开路的放触发器和集电极开路的放电三极管电三极管电三极管电三极管T T三部分组成。三部分组成。三部分组成。三部分组成。v vOO5 5k k5 5k k5 5k kT TD DGG2 2Q Q Q Q8 84 43 35 56 62 27 71 1+-C C1 1+-C C2 2v vI1I1 THTHv vI2I2 TRTR v vODOD DISCDISCV VCOCOGG1 1GG3 3GG4 4V VCCCC R R D D v vC2C2v vC1C1V VR2R2V VR1R1第10页，共80页，编辑于2
9、022年，星期二1 5551 555定时器定时器TRC1UR15k5kC25kUR2&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端uu1.1.分压器分压器电压控制端电压控制端55脚悬空时，脚悬空时，；55脚外接控制电压脚外接控制电压U UCOCO时，时，。注：注：当当5 5脚不加控制电压时，通常经过一个脚不加控制电压时，通常经过一个0.01F0.01F的电容接地的电容接地，以抑制干，以抑制干扰。扰。第11页，共80页，编辑于2022年，星期二1 5551 555定时器定时器TRC1 1UR15k5kC2 25kUR2&14G1RQQG2SG3G43V
10、T8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端uu2.2.电压比较器电压比较器U U+UU-时，时，C Ci i1 1；U U+U U-时，时，C Ci i0 0。阈值输入端阈值输入端触发输入端触发输入端3.3.基本基本RSRS触发器触发器R SR SQ Qn+1n+10 00 0不定不定0 10 10 01 01 01 11 11 1Q Qn n异步清零端异步清零端该端为低电平时，电路优先复位，该端为低电平时，电路优先复位，输出端输出端3脚为低电平。脚为低电平。第12页，共80页，编辑于2022年，星期二v 触发器触发器能够存储一位二进制信息的基本单元电路。能够存储一位二进制信息的
11、基本单元电路。v 触发器特点触发器特点1.具有两个稳定状态具有两个稳定状态，分别表示逻辑，分别表示逻辑0和逻辑和逻辑1。2.在输入信号作用下，可从一种状态翻转到另一种状态；在输入信号取在输入信号作用下，可从一种状态翻转到另一种状态；在输入信号取消后，消后，能保持状态不变。能保持状态不变。v 触发器分类触发器分类按按触发方式触发方式分：电位触发方式、主从触发方式及边沿触发方式。分：电位触发方式、主从触发方式及边沿触发方式。按按逻辑功能逻辑功能分：分：RS触发器、触发器、D触发器、触发器、JK触发器和触发器和T触发器。触发器。第13页，共80页，编辑于2022年，星期二RD、SD为为1输出不变输出
12、不变基本基本RS触发器触发器1111与非门构成的基本与非门构成的基本RS触发器触发器2.组成结构组成结构1.逻辑符号逻辑符号输出：输出：Q，输入：输入：RD，SD RD=1，SD=1：Q=0，Q=1 RD=1，SD=1：Q=1，Q=0&G1QRD&G2QSDQQRDSDRS&G1QRD&G2QSD两个稳定状态：两个稳定状态：0110第14页，共80页，编辑于2022年，星期二RDSDQ Q010 1101 000 不定（不定（X）11 不变不变&G1QRD&G2QSD4.特征表特征表10113.工作原理工作原理1000 RD、SD同时变同时变为为1时，输出不稳时，输出不稳定。定。RD=0，SD
13、=1：Q=1，Q=0 置置0 RD=1，SD=0：Q=0，Q=1 置置1 RD=0，SD=0：Q=1，Q=1，且不稳定且不稳定 RD=1，SD=1：Q，Q 保持不变保持不变0101&G1QRD&G2QSD&G1QRD&G2QSD第15页，共80页，编辑于2022年，星期二Q：触发器原端或触发器原端或1端端。RD：置：置0或复位端（低电平有效，逻辑符号上用圆圈表示。）或复位端（低电平有效，逻辑符号上用圆圈表示。）SD：置：置1或置位端（低电平有效）或置位端（低电平有效）Q：触发器非端或：触发器非端或0端端通常将通常将Q端状态作为触发器的输出状态。端状态作为触发器的输出状态。RDSDQ Q010
14、1101 000 不定（不定（X）11 不变不变4.特征表特征表QQRDSDRS第16页，共80页，编辑于2022年，星期二1 5551 555定时器定时器TRC1UR15k5kC25kUR2&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端放电端uu4.4.放电三极管放电三极管VTVT是一个是一个集电极开路集电极开路的放电三极管。的放电三极管。当当u uO O0 0时，时，VTVT导通；导通；当当u uO O1 1时，时，VTVT截止。截止。第17页，共80页，编辑于2022年，星期二二、二、555555定时器的功能定时器的功能1 5551 555定时
15、器定时器TRC1 1UR15k5kC2 25kUR2&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端uu5 5脚不外接控制电压。脚不外接控制电压。定时器的主要功能取决于两个比较器输出对定时器的主要功能取决于两个比较器输出对RSRS触发器和放电管触发器和放电管VTVT状态的状态的控制。控制。第18页，共80页，编辑于2022年，星期二1 5551 555定时器定时器不变不变不变不变1 1导通导通0 01 1截止截止1 11 1导通导通0 00 0VTuOu2u6输出输出输入输入555555定时器功能表定时器功能表5 5脚不接控制电压，则脚不接控制电压，则
16、 ，。TRC1 1UR15k5kC2 25kUR2&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端uu第19页，共80页，编辑于2022年，星期二从从555定时器的功能表可以看出几个特点：定时器的功能表可以看出几个特点：1.有两个阈值电平，分别是电源电压的有两个阈值电平，分别是电源电压的1/3和和2/3；2.输出从低到高，从高到低有回差；输出从低到高，从高到低有回差；3.输出端和放电端的状态一致，要通都通，输出端和放电端的状态一致，要通都通，要断都断；要断都断；4.输出与两触发端是反相关系。输出与两触发端是反相关系。第20页，共80页，编辑于2022年
17、，星期二二、CMOS型556定时器优点:输入阻抗高、电源电压范围宽、集成度高、功耗低、适于长延时等优点。缺点：驱动能力较差包含两个相同的互相独立的定时包含两个相同的互相独立的定时单元单元，1-6脚和脚和8-13脚分别为两个定时脚分别为两个定时单元的引出脚。单元的引出脚。其具体原理电路和工作原理见教材其具体原理电路和工作原理见教材P92.ICM7556的主要参数见教材的主要参数见教材P93第21页，共80页，编辑于2022年，星期二第二节 集成定时器的基本工作方式单稳态工作方式双稳态工作方式无稳态工作方式第22页，共80页，编辑于2022年，星期二双稳态触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的区别：双
18、稳态触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的区别：双稳 单稳 多谐 触发信号输出555定时器构成单稳态触发器定时器构成单稳态触发器第23页，共80页，编辑于2022年，星期二555定时器构成的单稳态电路如图定时器构成的单稳态电路如图14.3.2所示。所示。初始状态下，没有触发，初始状态下，没有触发，ui是高是高电平，所以输出是低电平。电平，所以输出是低电平。当当ui加上触发低电平时，输出将跳加上触发低电平时，输出将跳变到高电平，放电管关断。变到高电平，放电管关断。放电管关断，电源将经过放电管关断，电源将经过R向向 C充电，充电，uC按指数规律上升。按指数规律上升。此时，此时，ui已经撤消，变为高电平
19、，所以当已经撤消，变为高电平，所以当uC充电到上限阈值电充电到上限阈值电平（平（VCC2/3）时，输出将跳变为低电平。完成一次单稳过程。）时，输出将跳变为低电平。完成一次单稳过程。图图14.3.2 单稳态触发器电路图单稳态触发器电路图 CV TH TL R OUT DIS 直流 L L L通 悬空 2VCC/3 VCC/3 H L L通 交流 2VCC/3 VCC/3 H LH 通断 接地 2VCC/3 VCC/3 H H H断一、一、单稳态触发器单稳态触发器 第24页，共80页，编辑于2022年，星期二单稳态触发器暂稳态时间的计算：单稳态触发器暂稳态时间的计算：根据根据uC的波形，由过的波形
20、，由过渡过程公式即可计算出暂渡过程公式即可计算出暂稳态时间稳态时间tw，tw电容电容C从从0V充电到充电到2 VCC/3的时间，的时间，根据三要素方程：根据三要素方程：注意注意:触发输入信号的逻辑电平，在无触发时是高电平，必须大于触发输入信号的逻辑电平，在无触发时是高电平，必须大于2VCC/3,低电平必须小低电平必须小于于1VCC/3，否则触发无效。，否则触发无效。为此需要确定三要素：为此需要确定三要素：uC(0)=0V、uC()=VCC、=RC，当当t=tw时，时，uC(tw)=2 VCC/3代入公式。于是可解出代入公式。于是可解出第25页，共80页，编辑于2022年，星期二 这里要注意这里
21、要注意R的取值不能太小，若的取值不能太小，若R太小，当放电管导通时，太小，当放电管导通时，灌入放电管的电流太大，会损坏放电管。图灌入放电管的电流太大，会损坏放电管。图14.3.3是是555定时器定时器 单稳单稳态触发器的示波器波形图，从图中可以看出触发脉冲的低电平和高态触发器的示波器波形图，从图中可以看出触发脉冲的低电平和高电平的位置，波形图右侧的一个小箭头为电平的位置，波形图右侧的一个小箭头为0电位电位。图图14.3.3 555定时器单稳态触发器的示波器波形图定时器单稳态触发器的示波器波形图0电位电位0电位电位第26页，共80页，编辑于2022年，星期二单稳态工作方式的一些说明：单稳态工作方
22、式的一些说明：由外界触发由外界触发自动返回自动返回稳定状态稳定状态稳定状态稳定状态暂稳态暂稳态恢复期恢复期工作特性：工作特性：它有它有稳态稳态和和暂稳态暂稳态两个不同的工作状态；两个不同的工作状态；在在外界触发脉冲外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，电路能一段时间以后，电路能自动返回稳态自动返回稳态；暂稳态不能长久保持，其维持时间的长短取决于电路自身参数，暂稳态不能长久保持，其维持时间的长短取决于电路自身参数，与外界触发脉冲无关。与外界触发脉冲无关。第27页，共80页，编辑于2022年，星期二恢复期：恢复期：VTVT导通
23、，电容导通，电容C C迅速放电，直到使迅速放电，直到使u uC C00，电路又恢复到稳，电路又恢复到稳态。态。暂稳态：暂稳态：u u2 2触发脉冲下降沿到达时（触发脉冲下降沿到达时（），电路进入暂），电路进入暂稳态，稳态，u uO O1 1。当。当 时，时，u uO O0 0，暂稳态结束。，暂稳态结束。几个状态：几个状态：稳态：稳态：无触发信号时，无触发信号时，u uI I为高电平。电容先充电后放电，为高电平。电容先充电后放电，当当u uC C0 0时，电路进入稳态：时，电路进入稳态：u uO O0 0。U0=1时，放电管VT截止的，Vcc经由R对C充电，Uc上升，但阈值比较为2Vcc/3第2
24、8页，共80页，编辑于2022年，星期二TuI13UCC0uo0tWTWuC023UCCtttUCC48762315uCCuouIRUCC0.01F555波形图波形图 1.1.电电路路对对输输入入触触发发脉脉冲冲的的宽宽度度有有一一定定要要求求，它它必必须须小小于于t tW W。若若输输入入触发脉冲宽度大于触发脉冲宽度大于t tW W时，应在时，应在u u2 2输入端加入输入端加入微分电路微分电路。说明：第29页，共80页，编辑于2022年，星期二2.2.输出脉冲宽度输出脉冲宽度t tW W 上式说明：单稳态触发器输出脉冲宽度上式说明：单稳态触发器输出脉冲宽度t tW W仅决定于定时元仅决定于
25、定时元件件R R、C C的取值，且成正比关系，而与输入触发信号和电源电压无关，的取值，且成正比关系，而与输入触发信号和电源电压无关，因此调节因此调节R R、C C的大小，即可方便地改变的大小，即可方便地改变t tW W。矩形脉冲的周期与输入的触发信号周期相同。矩形脉冲的周期与输入的触发信号周期相同。第30页，共80页，编辑于2022年，星期二二、单稳态触发器的应用二、单稳态触发器的应用1.1.脉冲整形脉冲整形IutWOu 单稳态触发器能够把输入的不规则单稳态触发器能够把输入的不规则脉冲信号脉冲信号u uI I，整形为，整形为具有一定幅度和一定宽度的标准具有一定幅度和一定宽度的标准矩形脉冲矩形脉
26、冲u uO O。u uO O的幅度取决于的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度单稳态电路输出的高、低电平，宽度t tW W决定于定时元件决定于定时元件R R和和C C。单稳态触发器的整形波形单稳态触发器的整形波形第31页，共80页，编辑于2022年，星期二2.2.脉冲延时脉冲延时 脉冲延时电路一般要用两个脉冲延时电路一般要用两个单稳态触发器完成。单稳态触发器完成。延时时间为延时时间为t tW1W1，它决定于第一级单稳态触发器的定时元件，它决定于第一级单稳态触发器的定时元件R R和和C C。11uIu0（tW1）(tW2）第32页，共80页，编辑于2022年，星期二3.3.定时定时 由于由
27、于单稳触发器可产生宽度为单稳触发器可产生宽度为t tW W的矩形脉冲的矩形脉冲，利用这个，利用这个矩形脉冲去控制某电路使它在矩形脉冲去控制某电路使它在t tW W的时间内动作或不动作，这就的时间内动作或不动作，这就是单稳态触发器的是单稳态触发器的定时作用定时作用。定时时间为。定时时间为t tW W，可通过调节定时，可通过调节定时元件元件R R和和C C来调节定时时间。来调节定时时间。1&uIOuuO单稳与门uFtWuIuOuFOu单稳态触发器的定时波形单稳态触发器的定时波形第33页，共80页，编辑于2022年，星期二二、双稳态工作方式二、双稳态工作方式工作特性：工作特性：具有具有两个稳态两个稳
28、态；属于属于电平触发电平触发，缓慢变化的信号也可以作为输入信号，当输入信，缓慢变化的信号也可以作为输入信号，当输入信号达到某一特定值时，输出电平就发生突变；号达到某一特定值时，输出电平就发生突变；输入信号从低电平输入信号从低电平上升时上升时，电路状态转换时对应的输入电平，与，电路状态转换时对应的输入电平，与输入信号从高电平输入信号从高电平下降时下降时对应的对应的输入转换电平不同输入转换电平不同。uo0UU+uI电电压压传传输输特特性性输入信号输入信号上升上升时对应的转换电平时对应的转换电平U U+，称为称为正向正向阈值电压；阈值电压；输入信号输入信号下降下降时对应的转换电平时对应的转换电平U
29、U ，称为称为负向负向阈值电压；阈值电压；差值差值U UU U+U U-，称为回差电压。，称为回差电压。第34页，共80页，编辑于2022年，星期二反向输出施密特触发器反向输出施密特触发器一、一、555555定时器构成的施密特触发器定时器构成的施密特触发器1.1.电路结构和逻辑符号电路结构和逻辑符号846210.01F3UCCuIuo5555RSQ00110101不变110第35页，共80页，编辑于2022年，星期二综之：综之：当当5 5脚不接控制电压时，脚不接控制电压时，当当5 5脚接控制电压脚接控制电压U UCOCO时，比较电压变为时，比较电压变为U UCOCO和（和（1/21/2）U U
30、COCO，uot00uI13UCC23UCCtUU+uOHuOL2.2.工作原理工作原理(1)(1)上升过程：上升过程：时，时，u uO O1 1；时，时，u uO O保持不变；保持不变；时，输出时，输出翻转翻转u uO O0 0。(2)(2)下降过程：下降过程：时，时，u uO O0 0；时，时，u uO O保持不变；保持不变；时，输出时，输出翻转翻转u uO O1 1。5 5脚经过脚经过0.01F0.01F电容接地，则电容接地，则 ，。第36页，共80页，编辑于2022年，星期二二、应用二、应用1.1.波形变换波形变换可以将可以将边沿变化缓慢边沿变化缓慢的周期性信号变换成边沿陡峭的的周期性
31、信号变换成边沿陡峭的矩形脉冲矩形脉冲信信号。号。第37页，共80页，编辑于2022年，星期二2.2.波形整形波形整形可以将可以将不规则的波形整形为矩形波不规则的波形整形为矩形波。若适当增大回差电压，可。若适当增大回差电压，可提高电路的抗干扰能力。提高电路的抗干扰能力。回差电压是由回差电压是由5脚接入的控制电压脚接入的控制电压UCO来来控制的。控制的。uot0uot0uIt0U+UU(a)(b)(c)第38页，共80页，编辑于2022年，星期二 从从一一系系列列幅幅度度不不同同的的脉脉冲冲信信号号中中选选出出幅幅度度大大于于正正向向阈阈值电压值电压U U+的输入脉冲的输入脉冲，即对幅度进行鉴别。
32、即对幅度进行鉴别。3.3.幅度鉴别幅度鉴别uIU+Ut0uo0t同向输出施密特触发器同向输出施密特触发器第39页，共80页，编辑于2022年，星期二4.4.构成多谐振荡器构成多谐振荡器工作原理：工作原理：电容上初始电压为零，即电容上初始电压为零，即u uI I0 0，则，则u uO O1 1，并经，并经R R向向C C充电，充电，当充至当充至u uI IU U+时，输出翻转时，输出翻转u uO O0 0。电容。电容C C又经又经R R进行放电，当进行放电，当放电至放电至u uI IU U-时，输出翻转时，输出翻转u uO O1 1。第40页，共80页，编辑于2022年，星期二三、无稳态工作方式
33、三、无稳态工作方式自由多谐振荡器自由多谐振荡器多谐振荡器是一种常用的多谐振荡器是一种常用的多谐振荡器是一种常用的多谐振荡器是一种常用的脉冲信号产生电路脉冲信号产生电路脉冲信号产生电路脉冲信号产生电路。工作特性：工作特性：无稳态无稳态，具有两个暂稳态；，具有两个暂稳态；自激振荡器自激振荡器在接通电源后，不需外加触发信号，便在接通电源后，不需外加触发信号，便能自动产生矩形脉冲；能自动产生矩形脉冲；矩形波中除基波外，还含有丰富的高次谐波故称为矩形波中除基波外，还含有丰富的高次谐波故称为多多谐振荡器谐振荡器。自动触发自动触发自动返回自动返回暂稳态暂稳态0暂稳态暂稳态1暂稳态暂稳态0第41页，共80页，
34、编辑于2022年，星期二555555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器1.1.电路结构电路结构48762315CUCCR1R2555uo0.01FuC第42页，共80页，编辑于2022年，星期二uC13UCCuo0T123UCCttUCCT202.2.工作原理工作原理 接通电源后，电容接通电源后，电容C C来不及充电，来不及充电，u uc c0 0，则，则u uO O1(1(第一个暂稳态第一个暂稳态)，VTVT截止。这时截止。这时UccUcc经经R R1 1和和R R2 2向向C C充电，当充至充电，当充至u uc c2/3Ucc2/3Ucc时，输出翻转时，输出翻转u uO O0(0
35、(第二个暂稳态第二个暂稳态)，VTVT导通；这时电容导通；这时电容C C经经R R2 2和和VTVT放电，当降至放电，当降至u uc c1/3Ucc1/3Ucc时，输出翻转时，输出翻转u uO O1 1。第43页，共80页，编辑于2022年，星期二3.3.参数的估算参数的估算电容充电时间电容充电时间T T1 1：电容放电时间电容放电时间T T2 2：电路振荡周期电路振荡周期T T：uC13UCCuo0T123UCCttUCCT20T第44页，共80页，编辑于2022年，星期二电路振荡频率电路振荡频率f f：通过改变通过改变R R、C C的参数可改变振荡周期和振荡频率。的参数可改变振荡周期和振荡
36、频率。输出波形占空比输出波形占空比D D：若若R R2 2RR1 1，则，则D D1/21/2，即输出为对称方波。，即输出为对称方波。（D50）第45页，共80页，编辑于2022年，星期二4.4.改进电路占空比可调的多谐振荡器改进电路占空比可调的多谐振荡器 利用二极管的利用二极管的单向导电性单向导电性，把电容，把电容C C充电和放电回路隔离充电和放电回路隔离开开来，再加上一个来，再加上一个可调电位器可调电位器R RW W，便可构成占空比可调的多谐振，便可构成占空比可调的多谐振荡器。荡器。电容充电时间电容充电时间T T1 1：T T1 10.7R0.7R1 1C C电容放电时间电容放电时间T T
37、2 2：T T2 20.7R0.7R2 2C C输出波形占空比输出波形占空比D D：电路振荡周期电路振荡周期T T：T TT T1 1+T+T2 20.7(R0.7(R1 1+R+R2 2)C)C若若R R1 1=R=R2 2，则，则D=50%D=50%。847623UCCR1R2555RWuo0.01FCVD2VD151第46页，共80页，编辑于2022年，星期二5.5555.555定时器构成的振荡器应用实例模拟声响发生器定时器构成的振荡器应用实例模拟声响发生器 将振荡器将振荡器A A的输出电压的输出电压u uo1o1，接到振荡器，接到振荡器B B中中555555定时器的定时器的复位复位端端
38、（4 4脚）。当脚）。当u uo1o1为高电平时振荡器为高电平时振荡器B B振荡，当振荡，当u uo1o1为低电平时为低电平时555555定定时器复位，振荡器时器复位，振荡器B B停止振荡。这样，停止振荡。这样，扬声器便发出扬声器便发出“呜呜呜呜”的间歇声响的间歇声响。84762351555A0.01FCR1AR2A847623155550.01FCR1BR2BRduo18uo25FUCCuo1uo2(a)(b)B第47页，共80页，编辑于2022年，星期二 当频率为谐振频率当频率为谐振频率f f0 0时，时，石英晶体的等效阻抗最小，信号石英晶体的等效阻抗最小，信号最容易通过，而其它频率信号均
39、最容易通过，而其它频率信号均被衰减掉。被衰减掉。晶体的晶体的选频特性极好选频特性极好。为了提高振荡器的频率稳定度，往往使用石英晶体多谐振荡器。为了提高振荡器的频率稳定度，往往使用石英晶体多谐振荡器。二、石英晶体多谐振荡器二、石英晶体多谐振荡器555555构成的多谐振荡器的特点：构成的多谐振荡器的特点：优点：工作可靠，调节方便。优点：工作可靠，调节方便。缺点：振荡频率不能太高，一般不超过几百千赫；缺点：振荡频率不能太高，一般不超过几百千赫；受电源波动、温度变化等影响，受电源波动、温度变化等影响，频率稳定性较差频率稳定性较差。f f0 0只与晶体的材料、几何只与晶体的材料、几何形状和尺寸大小有关，
40、形状和尺寸大小有关，而与而与电路中的电路中的R R、C C数值无关。数值无关。输出频率稳态性很高输出频率稳态性很高。X0f0f石英晶体的石英晶体的图形符号和电抗频率特性图形符号和电抗频率特性石英晶体的固有频率石英晶体的固有频率或谐振频率或谐振频率第48页，共80页，编辑于2022年，星期二石英晶体振荡器石英晶体振荡器电电阻阻R R1 1、R R2 2的的作作用用：保保证证两两个个反反相相器器在在静静态态时时都都能能工工作作在在线线性性放放大大区区。对对TTLTTL反反相相器器，常常取取R R0.7k0.7k2k2k，而而对对于于CMOSCMOS门门，则常取则常取R R10M10M；CC1 1是
41、耦合电容；是耦合电容；CC2 2的作用：抑制高次谐波。的作用：抑制高次谐波。电路的振荡频率等于石英晶体的谐振频率电路的振荡频率等于石英晶体的谐振频率f f0 0。11RRC1f0G1G2C2第49页，共80页，编辑于2022年，星期二秒脉冲发生器秒脉冲发生器CMOSCMOS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TT触发器构成的触发器构成的1515级级异步计数器异步计数器分频分频后，便可得到稳定度极后，便可得到稳定度极高的高的秒脉冲信号秒脉冲信号。这种秒脉冲发生器可做为各种这种秒脉冲发生器可做为各种计时系统的基准信号源计时系
42、统的基准信号源。第50页，共80页，编辑于2022年，星期二第三节 集成定时器555/556的应用一、定时电路 工作方式：单稳态方式(一)短时定时电路 利用集成定时器的暂稳态作为定时时间(输出为高电平)。阈值电压 ，触发电平 。电路工作过程如下：第51页，共80页，编辑于2022年，星期二曝光定时器曝光定时器48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS若若S打开打开,则则 ui =1;若若S合上合上,则则 ui =0。0t0t0tuiuCTuo2VCC/3TW第52页，共80页，编辑于2022年，星期二TH 2VCC/3,TR VCC/3 555输出为低电平输出为低电平 按钮按钮 S
43、处于打开状态时：处于打开状态时：uo=0,555内的三极管内的三极管V导通导通,电容电容 CT 被短路放电被短路放电0tui0tuCT2VCC/30tuo48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS第53页，共80页，编辑于2022年，星期二0tui0tuCT2VCC/30tuo按一下按一下 S,TR VCC/3 ,已有已有 TH 2VCC/3,且已且已 有有 TR VCC/3,uo=0;555内的晶体管内的晶体管V也由截止也由截止变成导通变成导通,电容电容CT 迅速放电迅速放电而变成而变成 0V。0tui0tuCT2VCC/30tuo48162357uouiVCCRRTCTDTHTR
44、S第55页，共80页，编辑于2022年，星期二可以看出可以看出:按钮每按动一次按钮每按动一次,uo 便输便输出一个正脉冲出一个正脉冲,其宽度其宽度 TW 由由 RT CT 决定决定。0tui0tuCT2VCC/30tuo48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS第56页，共80页，编辑于2022年，星期二按一下按一下按钮按钮 S未按未按uo0J的线圈的线圈不通电不通电J 的触点的触点不动作不动作红灯红灯 白灯白灯亮亮灭灭1通电通电闭合闭合亮亮灭灭白灯白灯亮的时间即为曝光时间亮的时间即为曝光时间 TWTW =1.1 RT CT48162357uouiVCCRRTCTDTHTRSuoJJ
45、红红白白D1D2第57页，共80页，编辑于2022年，星期二由上式看出，RT用于调节用于调节CT充电时间常数，充电时间常数，改变延时时间，即微调曝光时间。改变改变延时时间，即微调曝光时间。改变CT的大小，可以改变延时时间的倍率，即曝光的大小，可以改变延时时间的倍率，即曝光时间的倍率调整。时间的倍率调整。第58页，共80页，编辑于2022年，星期二其中为触摸金属片（或导线）。无触发脉冲输入时，其中为触摸金属片（或导线）。无触发脉冲输入时，555的输出的输出V为为“”，发光二极管不亮。当用手触摸金属片时，相当于，发光二极管不亮。当用手触摸金属片时，相当于端输入一负脉冲，端输入一负脉冲，555的内部
46、比较器翻转，使输出的内部比较器翻转，使输出V变为高电平变为高电平“”，发光二极管亮，发光二极管亮，直至电容上的电压充到直至电容上的电压充到V2V/为止。发光二极管亮的时间为止。发光二极管亮的时间TW1.11.1s。用于触摸报警、触摸报时、触摸控制等。电路输出信号的高低电平与数字逻辑电平兼用于触摸报警、触摸报时、触摸控制等。电路输出信号的高低电平与数字逻辑电平兼容。图中，为高频滤波电容，以保持的基准电压稳定，一般取容。图中，为高频滤波电容，以保持的基准电压稳定，一般取。用来滤除电源电流跳变引入的高频干扰，一般取。用来滤除电源电流跳变引入的高频干扰，一般取第59页，共80页，编辑于2022年，星期
47、二设输入信号为一列脉冲串，第一个负脉冲触发端后，输出变为高电平，电设输入信号为一列脉冲串，第一个负脉冲触发端后，输出变为高电平，电容开始充电，如果容开始充电，如果 ，由于未达到，将一直保持为高，由于未达到，将一直保持为高电平，截止。这段时间内，输入负脉冲不起作用。当达到时，输电平，截止。这段时间内，输入负脉冲不起作用。当达到时，输出很快变为低电平，下一个负脉冲来到，输出又上跳为高电平，电容又开始充出很快变为低电平，下一个负脉冲来到，输出又上跳为高电平，电容又开始充电，如此周而复始。输出脉冲的延迟时间为：电，如此周而复始。输出脉冲的延迟时间为：输出脉冲的周期为输出脉冲的周期为分频系数主要由延迟时
48、间决定，由于时间常数可以取得很大，故可获得很分频系数主要由延迟时间决定，由于时间常数可以取得很大，故可获得很大的分频系数大的分频系数。第60页，共80页，编辑于2022年，星期二第61页，共80页，编辑于2022年，星期二S1:起动按钮起动按钮S2:停车停车按钮按钮微电机起动停车控制电路微电机起动停车控制电路4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微电机微电机555RD第62页，共80页，编辑于2022年，星期二 仅按下起动按钮仅按下起动按钮 S1,则则 TR VCC/3;未按未按 S2,当然当然 TH VCC/3,TH 2VCC/3,未按未按 S1,当然当然TR VCC /3,这时这
49、时 uo=0,电机停止电机停止运行运行。如果松开如果松开 S2,电机仍不电机仍不转动转动。4816235S2S1RRCVCCTHTRM微电机微电机555uoTHTR大于大于大于大于小于小于小于小于小于小于大于大于保持保持uo01VCC/32VCC/3VCC/32VCC/32VCC/3VCC/3阈值端阈值端触发端触发端第63页，共80页，编辑于2022年，星期二二、波形发生器与调制器二、波形发生器与调制器工作方式：无稳态方式工作方式：无稳态方式(多谐振荡多谐振荡)功能：组成方波、三角波、锯齿波等各种波形发生器。功能：组成方波、三角波、锯齿波等各种波形发生器。(一一)方波发生器方波发生器占空系数可
50、调发生器占空系数可调发生器第64页，共80页，编辑于2022年，星期二第65页，共80页，编辑于2022年，星期二(二二)数控脉冲发生器数控脉冲发生器又称为数字又称为数字/频率转换器频率转换器(DFC),具有用数字信号控具有用数字信号控制振荡器的振荡频率，将制振荡器的振荡频率，将数字信号转换成频率信号数字信号转换成频率信号的功能。如左图所示，由的功能。如左图所示，由555,10位位D/A转换器转换器5G7520、5G28(F3410)构构成。成。在该电路中，定时器的在该电路中，定时器的阈值电压阈值电压为为Vth1=-Vcc/3,触发电平触发电平Vth2=-2Vcc/3。5G7520将输入的将输