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1、为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能5-2 555555定时器的原理及应用定时器的原理及应用内容：内容：、555555定时器的工作原理定时器的工作原理、555555定时器的典型应用定时器的典型应用 单稳态触发器单稳态触发器（Monostable Trigger）多谐振荡器（多谐振荡器（Astable Multivibrator）施密特触发器施密特触发器（Schmitt Trigger）压控振荡器（压控振荡器（Voltage Controlled Oscillator）555定时器简介：定时器简介：555定时器（时基电路）
2、是一种用途广泛的模拟数字混合集成电定时器（时基电路）是一种用途广泛的模拟数字混合集成电路。路。1972年由西格尼蒂克斯公司（年由西格尼蒂克斯公司（Signetics）研制；设计新颖、）研制；设计新颖、构思奇巧，备受电子专业设计人员和电子爱好者青睐；它可以构思奇巧，备受电子专业设计人员和电子爱好者青睐；它可以构成构成单稳态触发器单稳态触发器、多谐振荡器多谐振荡器、施密特触发器施密特触发器和和压控振荡器压控振荡器等多种应用电路。等多种应用电路。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能典型封装为深入学习习近平新时代中国特色社会主义
3、思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能两大类：两大类：双极型：双极型：555CMOS：7555 GND图图5-2-1 555定时器电路框图定时器电路框图图图5-2-2 555定时器符号图定时器符号图5-2-1 555定时器的工作原定时器的工作原理理地低触发端低触发端高触发端高触发端放电端放电端电源端电源端清零端清零端输出端输出端电压控制端电压控制端典型的双列典型的双列直插式封装直插式封装为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 555定时器主要由定时器主要由比较器比较器、触发器触发器、反相器
4、反相器和由和由三个三个5k 电阻电阻组成的组成的分压器分压器等部分构成，电路如图所示。等部分构成，电路如图所示。电阻分压器电阻分压器比较器比较器触发器触发器反相器反相器图图5-2-3 555定时器电路框图定时器电路框图为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能真值表的第一行00110导通清零0保持保持0 010110真值表的第二行从第二行到第三行导通0真值表的第四行10010101截止从第四行返回 第三行00保持保持1截止回差现象THTLRdOUTDISCC32VCC31VCC31VCC32VCC32VCC31VLL通HHH断
5、表 5-1 555 定时器功能表通LH保持保持为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 从从555定时器的功能表可以看出：定时器的功能表可以看出：1.555定时器有两个阈值（定时器有两个阈值（Threshold）电平，分别电平，分别是是1/3VCC和和2/3VCC；2.2.输出端为输出端为低电平低电平时三极管时三极管TD导通导通，7脚输出低脚输出低电平；输出端为电平；输出端为高电平高电平时三极管时三极管TD截止截止，如果如果7脚接一个上拉电阻，脚接一个上拉电阻，7脚输出为高电平。所以当脚输出为高电平。所以当7脚接一个上拉电阻
6、时，输出状态与脚接一个上拉电阻时，输出状态与3脚相同。脚相同。便于记忆：便于记忆：2脚脚-（低电平置位）；（低电平置位）；6脚脚R（高电平复位）；（高电平复位）；为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能5-2-2 555555定时器的典型应用电路定时器的典型应用电路 单稳态触发器单稳态触发器（Monostable Trigger）图图5-2-4 单稳态触发器电路图单稳态触发器电路图 图图5-2-5 单稳态触发器的波形图单稳态触发器的波形图 这里要注意这里要注意R的取值不能太小。（为什么？）的取值不能太小。（为什么？）若若R太
7、小，当放电管导通时，灌入放电管的电流太大，会太小，当放电管导通时，灌入放电管的电流太大，会损坏放电管。损坏放电管。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能555555单稳态触发器的工作波形如下：单稳态触发器的工作波形如下：注意：触发脉冲注意：触发脉冲必须是必须是窄脉冲窄脉冲，要比暂稳态的时要比暂稳态的时间间tw还要短。还要短。（为什么？如果（为什么？如果触发脉冲比暂稳触发脉冲比暂稳态时间长呢？）态时间长呢？）图图5-2-6 单稳态触发器的波形图单稳态触发器的波形图则触发作用始终则触发作用始终存在，输出将不存在，输出将不会在会
8、在uC达到达到2VCC/3时返回低时返回低电平。电平。如果在暂稳态持续时间内加入新的触发脉冲呢如果在暂稳态持续时间内加入新的触发脉冲呢？则新的触发脉冲不起作用，该电路为则新的触发脉冲不起作用，该电路为不可重复不可重复触发触发的单稳态触发器。的单稳态触发器。那么，有没有那么，有没有可以重复触发可以重复触发的单稳态触发器呢？的单稳态触发器呢？为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能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代代入公式。于是可
9、解出入公式。于是可解出单稳态触发器单稳态触发器暂稳态暂稳态时间的计算时间的计算 根据根据uC的波形，由过的波形，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,低电平必须小于低电平必须小于1VCC/3，否则触发无效。，否则触发无效。暂稳态的持续时间由暂稳态的持续时间由RC确定！确定！为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教
10、育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用可重复触发的单稳态触发器：可重复触发的单稳态触发器：VCCCC123567555R485可作为失落脉冲检出电路，对机器的转速或人体的心可作为失落脉冲检出电路，对机器的转速或人体的心律（呼吸）进行监视，当机器的转速降到一定限度或律（呼吸）进行监视，当机器的转速降到一定限度或人体的心律不齐时就发出报警信号。人体的心律不齐时就发出报警信号。该电路有何作用？该电路有何作用？失落脉冲失落脉冲报警！报警！PNP管管为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能脉冲的定
11、时脉冲的定时 ABuuio单稳态电路单稳态电路&只有在只有在tw时间内时间内,与门才开门与门才开门,信号信号A才能通过与门才能通过与门为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 脉冲的延时脉冲的延时uo的下降沿比输入触发信号的下降沿比输入触发信号ui的下降沿延迟了的下降沿延迟了tw。因此，利用。因此，利用uo下下降沿去触发其它电路降沿去触发其它电路(例如例如JK触发器触发器),比用比用ui下降沿触发时延迟了下降沿触发时延迟了tw时间时间,这就是单稳态电路的延时作用这就是单稳态电路的延时作用为深入学习习近平新时代中国特色社会主义
12、思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能简易曝光定时器简易曝光定时器思考：当按一下开关思考：当按一下开关AN以后，电路是如何工作的？以后，电路是如何工作的？电容放电电容放电555置位置位J吸合吸合电灯电灯HL亮亮电容充电到电容充电到2/3VDD555复位复位J释放释放电灯电灯HL熄熄为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能555555定时器构成多谐振荡器定时器构成多谐振荡器（Astable Multivibrator）555定时器构成多谐振荡器构成的多谐振荡器如图定时器构成多谐振荡器构成的多谐
13、振荡器如图5-2-9所示。它是将两所示。它是将两个触发端个触发端2脚和脚和6脚合并在一起，放电端脚合并在一起，放电端7脚接于两电阻之间。脚接于两电阻之间。图图5-2-10 多谐振荡器的波形多谐振荡器的波形 图图5-2-9 多谐振荡器电路图多谐振荡器电路图 tuctuoOO为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 多谐振荡器参数的计算多谐振荡器参数的计算tuctuoOOtw1tw2输出波形的振荡周期可用过输出波形的振荡周期可用过渡过程公式计算：渡过程公式计算：tw1：uC(0)=VCC/3 V、uC()=VCC、1=(RA+R
14、B)C、当当t=tw1时，时，uC(tw1)=2 VCC/3代代入三要素方程。于是可解出入三要素方程。于是可解出 tw2：uC(0)=2VCC/3 V、uC()=0V、1=RBC、当当t=tw2时，时，uC(tw2)=VCC/3代入公式。于是可代入公式。于是可解出解出占空比（占空比（Duration Ratio）为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 对对于于图图5-2-9所所示示的的多多谐谐振振荡荡器器，因因tw1 tw2，它它的的占占空空比比大大于于50%，占占空空比比不不可可调调节节。图图5-2-12是是一一种种占占
15、空空比比可可调调的的电电路路，该该电电路路因因加加入入了了二二极极管管，使使电电容容器器的的充充电电和和放放电电回回路路不不同同，可可以以调调节节电电位位器器使使充充、放放电电时时间间常常数数相相同同。如如果果RA=RB，调调节节电电位位器器可可以以获获得得50%的占空比。的占空比。图图5-2-12 占空比可调的多谐振荡器占空比可调的多谐振荡器C=充充R A振荡周期振荡周期:为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能555555定时器构成施密特触发器定时器构成施密特触发器（Schmitt Trigger）由于施密特触发器无须放
16、电端，所以利用放电端与输出端状态相由于施密特触发器无须放电端，所以利用放电端与输出端状态相一致的特点，从放电端加一上拉电阻后，可以获得与一致的特点，从放电端加一上拉电阻后，可以获得与3脚相同的输出。脚相同的输出。但上拉电阻可以单独接另外一组电源，以获得与但上拉电阻可以单独接另外一组电源，以获得与3脚输出不同的逻辑电脚输出不同的逻辑电平。平。555定时器构成施密特触发器的电路图如图定时器构成施密特触发器的电路图如图5-2-13所示所示,施密特触发器属于施密特触发器属于波形变换电路，该电路可以将正弦波、三角波、锯齿波变为脉冲信号。波形变换电路，该电路可以将正弦波、三角波、锯齿波变为脉冲信号。图图5
17、-2-13 施密特触发器电路图施密特触发器电路图施密特触发器的工作原理和多谐振荡器施密特触发器的工作原理和多谐振荡器基本一致，无原则不同。只不过多谐振基本一致，无原则不同。只不过多谐振荡器是靠电容器的充放电去控制电路状荡器是靠电容器的充放电去控制电路状态的翻转，而施密特触发器是靠外加电态的翻转，而施密特触发器是靠外加电压信号去控制电路状态的翻转。所以，压信号去控制电路状态的翻转。所以，在施密特触发器中，外加信号的高电平在施密特触发器中，外加信号的高电平必须大于必须大于 ，低电平必须小于，低电平必须小于 ，否，否则电路不能翻转。则电路不能翻转。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九
18、大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 施密特触发器的输出波形如下：施密特触发器的输出波形如下：ui00uOtt2VCC/31VCC/3图图5-2-14 施密特触发器的波形图施密特触发器的波形图 施密特触发器的主要用于对输入波形的整形。图施密特触发器的主要用于对输入波形的整形。图5-2-14表示的是将三角波整形为方波表示的是将三角波整形为方波,其它形状的输入波形也可以其它形状的输入波形也可以整形为方波。整形为方波。图图5-2-13 施密特触发器电路图施密特触发器电路图 为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人
19、功能 图图5-2-15是是施施密密特特触触发发器器（电电源源电电压压5V）的的示示波波器器波波形形图图，对对应应输输出出波波形形翻翻转转的的555定定时时器器的的二二个个阈阈值值，一一个个是是对对应应输输出出下下降降沿沿的的3.375V，另另一一个个是是对对应应输输出出上上升升沿沿的的1.688V，施施密密特特触触发发器器的的回回差差电电压压是是3.375-1.688=1.688V。在在放放电电端端7脚脚加加一一个个上上拉拉电电阻阻，接接10V电电源源，可可以以获获得得一一个个高高、低低电电平平与与3脚脚输输出出不不同同，但但波波形形的的高高、低低电电平平宽宽度度完完全全一一样样的第二个输出波
20、形，这个波形可以用于不同逻辑电平的转换。的第二个输出波形，这个波形可以用于不同逻辑电平的转换。图图5-2-15 施密特触发器的示波器波形图施密特触发器的示波器波形图为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能施密特触发器的应用施密特触发器的应用波形的整形波形的整形不规则的或者在信号不规则的或者在信号传送过程中受到干扰传送过程中受到干扰而变坏的波形经过施而变坏的波形经过施密特电路，可以得到密特电路，可以得到良好的波形。良好的波形。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室
21、育人功能脉冲幅度鉴别脉冲幅度鉴别利用施密特电路利用施密特电路,可以从输入幅度可以从输入幅度不等的一串脉冲不等的一串脉冲中中,去掉幅度较小去掉幅度较小的脉冲的脉冲,保留幅度保留幅度超过超过UT+的脉冲。的脉冲。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能光施密特触发器光施密特触发器RG为光敏电阻，光强时为为光敏电阻，光强时为低阻，低阻，2脚低电平，脚低电平，555置置位，位，J不动作；光弱时呈不动作；光弱时呈高阻，高阻，6脚为高电平，脚为高电平，555复位，复位，J吸合。吸合。RG是什么元件？是什么元件？电路是如何工作的电路是如何
22、工作的？为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能简易灯光控制电路简易灯光控制电路什么元件？什么元件？光敏管：光弱时，光敏管：光弱时，C-E间电阻极大；光间电阻极大；光强时，电阻很小。强时，电阻很小。思考：灯思考：灯L什么时候亮？光强？光弱？什么时候亮？光强？光弱？为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能作业：作业：P1175.15.25.3为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能5555
23、55定时器构成压控振荡器定时器构成压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator)一般的振荡器若要改一般的振荡器若要改变振荡频率必须改变选频变振荡频率必须改变选频网络的参数值。上述网络的参数值。上述555定定时器构成的振荡器，只要时器构成的振荡器，只要在在5脚加入控制电压。改变脚加入控制电压。改变控制电压就可改变振荡器控制电压就可改变振荡器的频率，这样的振荡器就的频率，这样的振荡器就是电压控制振荡器，简称是电压控制振荡器，简称压控振荡器压控振荡器，用，用VCO表示。表示。图图5-2-16 压控振荡器电路图压控振荡器电路图 为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的
24、十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 555定时器构成的压控振荡器如图定时器构成的压控振荡器如图5-2-16所示，波形图如所示，波形图如图图5-2-17所示。所示。图图5-2-16 压控振荡器电路图压控振荡器电路图 tuctuoOO图图5-2-17 压控振荡器波形图压控振荡器波形图 为了使为了使u5的控制作用明显，的控制作用明显，u5应是一个低阻的信号源。因为应是一个低阻的信号源。因为555定时器内部的阈定时器内部的阈值是由三个值是由三个5k 的电阻分压取得，的电阻分压取得，u5的内阻大或串入较大的电阻，压控作用均不的内阻大或串入较大的电阻，压控作用均不明显。明显。低
25、阻信号源为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 压控振荡器参数的计算压控振荡器参数的计算tw1tw2输出波形的振荡周期可用过输出波形的振荡周期可用过渡过程公式计算：渡过程公式计算：tw1：uC(0)=u5/2、uC()=VCC、1=(RA+RB)C、当当t=tw1时，时，uC(tw1)=u5代入三代入三要素方程。于是可解出要素方程。于是可解出 tw2：uC(0)=u5、uC()=0V、1=RBC、当当t=tw2时，时，uC(tw2)=u5/2代入公式。于是可解出代入公式。于是可解出tuctuoOO振荡周期振荡周期:为深入学
26、习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 亮 的 时间:亮 的 时间:为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能例例7.1.1：D/A转换器转换器1.列表达式：用叠加原理：D1单独作用：V1=URR/(2R+R)=UR/3 Uo1=-V1RF/2R=-URRF/(6R)D0单独作用：V1=UR/6 Uo2=-V1RF/2R=-URRF/(12R)Uo=Uo1
27、+Uo2 =-UR RF/R(D1/6+D0/12)=5(D1/2+D0/4)2.列状态表为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能例例7.1.1：D/A转换器转换器1.列表达式：用叠加原理：D1单独作用：V1=URR/(2R+R)=UR/3 Uo1=-V1RF/2R=-URRF/(6R)D0单独作用：V1=UR/6 Uo2=-V1RF/2R=-URRF/(12R)Uo=Uo1+Uo2 =-UR RF/R(D1/6+D0/12)=5(D1/2+D0/4)2.列状态表为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯
28、彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能例例7.1.2：D/A转换器与运算放大器转换器与运算放大器1、D/A转换器 Uo1=-10(1/10+1/20+1/80+1/100)2、运算放大器 Uo3=Uo1(R2+R2)/R2=2Uo1 Uo=-Uo3R4/R2为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能例例7.1.1：D/A转换器转换器1.列表达式：用叠加原理：D1单独作用：V1=URR/(2R+R)=UR/3 Uo1=-V1RF/2R=-URRF/(6R)D0单独作用：V1=UR/6 Uo2=-V1RF/2R=-URR
29、F/(12R)Uo=Uo1+Uo2 =-UR RF/R(D1/6+D0/12)=5(D1/2+D0/4)2.列状态表为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能例例7.1.2：D/A转换器与运算放大器转换器与运算放大器1、D/A转换器 Uo1=-10(1/10+1/20+1/80+1/100)2、运算放大器 Uo3=Uo1(R2+R2)/R2=2Uo1 Uo=-Uo3R4/R2为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能1).Uo与 输 入 量d3-d0 之间 的关系为：当 时，Uo0；当 时，所 以 输 出 电 压Uo 的 范 围 为07.5 V(2)当 时，例7.1.3：T 形 网 络 D/A 转 换 器 如 图 所 示，已 知 R10 k，当 数 字 量 的 某 位 为“0”时，开 关 接 地，为“1”时 接 运 算 放 大 器 的 反 相 输 入 端。试 求：(1)Uo的 输 出 范 围；(2)当d3d2d1d0=1001 时，Uo=？