555定時器實驗(20210413035823)

1、實驗五555定時器及其應(yīng)用、實驗?zāi)康?. 熟悉555型集成時基電路的電路結(jié)構(gòu)、工作原理及其特點。2. 掌握555型集成時基電路的基本應(yīng)用。二、實驗原理555集成時基電路稱為集成定時器，是一種數(shù)字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路，其應(yīng)用十分廣 泛。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器，因而 廣泛用于信號的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。它的內(nèi)部電壓標(biāo)準(zhǔn)使用了三個5K的電阻，故取名555電 路。其電路類型有雙極型和CMOS型兩大類，兩者的工作原理和結(jié)構(gòu)相似。幾乎所有的雙極型產(chǎn)品型號最后的三位數(shù)碼都是555或556;所有的CMOS產(chǎn)品型號最后四位數(shù)碼都是7555或755

2、6,兩者的邏輯功能和引腳排列完全相同，易于互換。555和7555是單定時器，556和7556是雙定時器。雙極型的電壓是+5V、+15V,輸出的最 大電流可 達200mA , CMOS型的電源電壓是+3V+18V。tQNTHQL555電路的內(nèi)部電路方框圖如圖19-1所示。它含有兩個電壓比較器，一個基本 RS觸發(fā)器，一個放電開關(guān)T,比較器的參考電壓由三只5K Q的電阻器構(gòu)成分壓，它們分別使高電平比較器A1同相比較端和低電平比較器 A2的反相輸入端的參考電平為 2/3 V“和l/3VccoA1和A2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號輸入并超過2/3Vcc時，觸發(fā)器復(fù)位，555的輸

3、出端3腳輸出低電平，同時放電，開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號自2腳輸入并低于1 /3Vcc時，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時放電，開關(guān)管截止。VCCoRd是復(fù)位端，當(dāng)其為0時，555輸出低電平。平時該端開路或接Vc是控制電壓端（5腳），平時輸岀2/3Vcc作為比較器A1的參考電平，當(dāng)5腳外接一個輸入電壓，即改變了比較器的參考電平， 從而實現(xiàn)對輸出的另一種控制， 在不接外加電 壓時，通常接一個O.Oluf的電容器到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，以確保參考電平的穩(wěn) 疋OT為放電管，當(dāng)T導(dǎo)通時，將給接于腳7的電容器提供低阻放電電路。2. 555定時器的典型應(yīng)用(1) 構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2CK13

4、Vi圖19-2555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器上圖19-2為由555定時器和外接定時元件R、C構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。管，穩(wěn)態(tài)時555電路輸入端處于電源電平，內(nèi)部放電開關(guān)管T導(dǎo)通，輸出端D為鉗位二極Vo輸出低電當(dāng)有一個外部負(fù)脈沖觸發(fā)信號加到Vi端。并使2端電位瞬時低于l/3Vcc,低電平比較器動作，單穩(wěn)態(tài)電路即開始一個穩(wěn)態(tài)過程，電容C開始充電，Vc按指數(shù)規(guī)律增長。當(dāng) Vc充電到2/3Vcc時，高電平比較器動作，比較器 A1翻轉(zhuǎn)，輸出 Vo從高電平返回低電平，放電開關(guān)管T重新導(dǎo)通，電容C上的電荷很快經(jīng)放電開關(guān)管放電，觸 暫態(tài)結(jié)束，恢復(fù)穩(wěn)定，為下個 發(fā)脈沖的來到作好準(zhǔn)備。波形圖見圖19-3。Vi圖19-3單穩(wěn)態(tài)

5、觸發(fā)器波形圖暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間Tw (即為延時時間)決定于外接元件R、C的大小。Tw=l. IRC通過改變R、C的大小，可使延時時間在幾個微妙幾十分鐘之間變化。當(dāng)這種單穩(wěn)態(tài)電路作為計 時器時，可直接驅(qū)動小型繼電器，并可采用復(fù)位端接地的方法來終止暫態(tài)，重新計時。此外需用一個續(xù)流二極管與繼電器線圈并接，以防繼電器線圈反電勢損壞內(nèi)部功率管。(2) 構(gòu)成多諧振蕩器如圖19-4,由555定時器和外接元件RR C構(gòu)成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相 連。電路 沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外接觸發(fā)信號，利用電源通過r rR2向C充電，以及C通過R2向放電端De放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容C在處r和1/3

6、VccZ間充電和放電，從而在輸出端得到一系列的矩形波，對應(yīng)的波形如圖19-5所示。輸出信號的時間參數(shù)是:twi=O. 7 （ R 什 R2）Ctw2=0. 7R2C其中，twi為Vc由l/3Vcc升到2/3 Vcc所需的時間，tw2為電容C放電所需的時間。555電路要求R1與R2均應(yīng)不小于IK Q,但兩者之和應(yīng)不大于3. 3M Q。外部元件的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性，555定時器配以少量的元件即可獲得較高精度的振蕩頻率和具有較強的功率輸出能力。因此，這種形式的多諧振蕩器應(yīng)用很廣c(3) 組成占空比可調(diào)的多諧振蕩器電路如圖19-6,它比圖19-4電路增加了一個電位器和兩個引導(dǎo)二極管。D D

7、2用來決定電容充、放電電流流經(jīng)電阻的途徑(充電時D1導(dǎo)通，D2截止；放電時D2導(dǎo)通，D1截止)。為石% 5+5V555 OUT3Vb0 Oluf圖19-6555構(gòu)成占空比可調(diào)的多諧振蕩器占空比q 二rwi 0. 7(R + RwiCtwi +tw2 0. /(R2 + RW2)C可見，若取Ra二Rb,電路即可輸出占空比為50%的方波信號。(4) 組成占空比連續(xù)可調(diào)并能調(diào)節(jié)振蕩頻率的多諧振蕩器如下圖所示:圖19-7555構(gòu)成占空比、頻率均可調(diào)的多諧振蕩器對Ci充電時，充電電流通過Ri、Di Rw2和Rwi,放電時通過Rwi Rw2 D2、R2o當(dāng)Rl二R2、 Rw2調(diào)至屮心點時，因為充放電時間基

8、本相等，其占空比約為50%,此時調(diào)節(jié)Rwi僅改變頻率，占空比不變。如 Rw2調(diào)至偏離屮心點，再調(diào)節(jié) Rwi,不僅振蕩頻率改變，而且 對占空比也有影響。Rwi不變，調(diào)節(jié)Rw2,僅改變占空比，對頻率無影響。因此，當(dāng)接通電 源后，應(yīng)首先調(diào)節(jié)Rwi使頻率至規(guī)定值，再調(diào)節(jié)Rw2,以獲得需要的占空比。若頻率調(diào)節(jié)的范圍比較 大，還可以用波段開關(guān)改變Ci的值。(5) 組成史密特觸發(fā)器電路如圖i9-8所示，只要將腳2和6連在一起作為信號輸入端，即得到施密特觸發(fā)器。圖199畫出了 乂、Vi和Vo的波形圖。設(shè)被整形變換的電壓為正弦波K其正半波通過二極管D同時加到555定時器的2腳和六腳，得到的Vi為半波整流波形。當(dāng)

9、Vi上升到2/3Vcc時，Vo從高電平轉(zhuǎn)換為低電平；當(dāng)Vi下降到1/3Vcc時，Vo又從低電平轉(zhuǎn)換為高電平?；夭铍妷海?11 V二 2VCC -J VCCVCC333D ViV5 01 T圖19-9 555構(gòu)成史密特觸發(fā)器的波形圖圖19-8 555構(gòu)成史密特觸發(fā)器2CK13三、實驗設(shè)備與器材1.數(shù)字邏輯電路實驗箱。2.數(shù)字邏輯電路實驗形擴展板。3.數(shù)字萬用表，雙蹤示波器，頻率計，脈沖源。4.芯片NE555o5.二極管 2CK13 (或 IN4148 )，電阻,電容，電位器若干。四、實驗內(nèi)容及實驗步驟(使用實驗箱屮的硬件資源在擴展板上搭建電路實現(xiàn)如下內(nèi)容)1. 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(1) 按圖19-2連

10、線，取R二100K , C=47uf,輸出接LED電平指示器。輸入信號Vi由單次脈沖源提供，用雙蹤示波器觀測Vi , Vc, Vo波形。測定幅度與暫穩(wěn)態(tài)時間。(2) 將R改為IK, C改為0. luf,輸入端加lKHz的連續(xù)脈沖，觀測Vi , Vc, Vo波形。測定 幅度與暫穩(wěn)態(tài)時間。2. 多諧振蕩器(1) 按圖19-4接線，用雙蹤示波器觀測Vc與Vo的 波形，測定頻率。(2) 按圖19-6接線，組成占空比為50%的方波信號發(fā)生器。觀測Vc、Vo波形。測定 波形參數(shù)。(3) 按圖19-7接線，通過調(diào)節(jié)Rwl和Rw2來觀測輸出波形。3. 史密特觸發(fā)器按圖19-8接線，輸入信號由音頻信號源提供(也可以由實驗箱屮信號源部分的正弦信號模擬)， 預(yù)先調(diào)好Vi的頻率為lKHz,接通電源，逐漸加大Vs的幅度，觀測輸出波形，測繪電壓傳輸特性，算出回差電壓厶Uo4. 利用555定時器設(shè)計制作一觸摸式開關(guān)定時控制器，每當(dāng)用手觸摸一次，電路即輸 出一個正脈沖寬度為10S的信號。試畫出電路并測試電路功能。5. 多頻振蕩器實例-雙音報警電路電路圖如下：分析它的工作原理及報警聲特點。(1) 觀察并記錄輸出波形，同時試聽報警聲。(2) 若將前一級的低頻信號輸出加到后一級的控制電壓端 化？試5,報警聲將會如何變 分析工作原理。五、實驗預(yù)習(xí)要求1. 復(fù)習(xí)有關(guān)555的工作原理及其應(yīng)用。2. 擬定實