數(shù)字電子技術(shù)項目教程（第2版）教案 項目5　電子門鈴電路的制作

教師備課紙第頁課題5.1555?定時器的結(jié)構(gòu)及其功能5.2555?定時器的應(yīng)用課型理實一體授課班級集成電路23C1授課時數(shù)2教學(xué)目標1.了解脈沖的產(chǎn)生與變換的基本概念。2.掌握?555?定時器的基本工作原理和功?能。3.掌握?555?定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器的方法及工作原?理。4.掌握施密特觸發(fā)器的應(yīng)?用。教學(xué)重點555定時器的施密特觸發(fā)器的工作原理教學(xué)難點555定時器的結(jié)構(gòu)框圖和工作原理學(xué)情分析學(xué)生未接觸過555定時器教學(xué)效果一般教后記分模塊進行分析555定時器的工作原理學(xué)生易接受。一、555定時器電路的結(jié)構(gòu)及其功能555?定時器內(nèi)部有?3?個?5kΩ的電阻分壓器，故稱?555。555?定時器的產(chǎn)品型號繁多，但所有?TTL?集成單定時器的最后?3?位數(shù)碼為?555，雙定時器的為?556，電源電壓工作范圍為?4.5～16V；所有?CMOS?型集成單定時器的最后?3?位數(shù)碼為?7555，雙定時器的為?7556，電源電壓工作范圍為?3～18V。1．555定時器的電路結(jié)構(gòu)555定時器內(nèi)部電路如圖所示。一般由分壓器、比較器、觸發(fā)器、開關(guān)及輸出等四部分組成。UUCCDTHCORTR12345678GNDOUT555（a）內(nèi)部電路（b）引腳排列圖（1）電阻分壓器電阻分壓器由三個5kΩ電阻串聯(lián)而成（故稱555），將電源電壓分為三等份，作用是為比較器C1、C2提供參考電壓。若控制端懸空或通過電容接地時，則若控制端外加控制電壓時，則（2）電壓比較器電壓比較器是由兩個結(jié)構(gòu)相同的集成運放C1、C2構(gòu)成。C1用來比較參考電壓和高電平觸發(fā)端電壓:當＞時，集成運放C1輸出0；當＜時，集成運放C1輸出1。C2用來比較參考電壓和低電平觸發(fā)端電壓:當＞時，集成運放C2輸出為1；當＜時，集成運放C2輸出為0。（3）基本RS觸發(fā)器由與非門G1、G2構(gòu)成基本RS觸發(fā)器，比較器C1的輸出作為基本RS觸發(fā)器的置0輸入端，若C1輸出為0，則=0；比較器C2的輸出作為基本RS觸發(fā)器的置1輸入端，若C2輸出為0，則=1。端是定時器的復(fù)位輸入端，若=0，則定時器輸出端=0。正常工作時應(yīng)該使端處于高電平。（4）放電管?T晶體管T稱為放電管，工作于開關(guān)狀態(tài)，其基極受基本RS觸發(fā)器輸出端的控制。當=1時，三極管飽和導(dǎo)通，放電端D通過導(dǎo)通的三極管為外電路提供放電的通路；當=0，三極管截止，放電通路被截斷。2．555定時器的功能在1腳接地，5腳未外接電壓的情況下，555定時器的功能如下表所示。輸入輸出功能放電管0××0導(dǎo)通復(fù)位10導(dǎo)通置01不變不變保持11截止置1（1）復(fù)位功能當復(fù)位輸入端=0時，不管其它輸入狀態(tài)如何，輸出=0，=1，放電管T導(dǎo)通。因此正常使用時，應(yīng)使復(fù)位端置1。（2）置0功能當復(fù)位端置1，且,圖5.2（a）中，基本觸發(fā)器的輸入端，，，此時輸出端，具有置0功能。三極管T導(dǎo)通，放電端D通過三極管接地。（3）保持功能當復(fù)位端置1，且,,和均保持不變，此時輸出端、三極管T、放電端D均維持原來的狀態(tài)，具有保持功能。（4）置1功能當復(fù)位端置1，且，,,,此時輸出端,具有置1功能。三極管T截止，放電端D與地斷路。555定時器的用途很廣，只要改變555集成電路的外部附加電路，就可以構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器三種典型應(yīng)用電路。二、555?定時器的應(yīng)用（一）555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器及應(yīng)用施密特觸發(fā)器有“0”、“1”兩個穩(wěn)定狀態(tài)，可以將波形變換為矩形波，它的顯著特點是具有回差特性，并具有波形變換、脈沖整形、脈沖鑒幅等典型應(yīng)?用。1.?電路組成將高電平觸發(fā)端和低電平觸發(fā)端連在一起，加入輸入信號就可以構(gòu)成一個反相輸出的施密特觸發(fā)器。用?555?定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器電路和工作波形如下圖?所?示。圖555?定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器2．工作原理設(shè)輸入信號為最常見的正弦波，正弦波幅度大于555定時器的參考電壓電路輸入輸出波形如圖(b)所示。當處于0＜≤上升區(qū)間時，根據(jù)555定時器功能表可知，。分析宜細講，有助于功能的理解課題5.2.2555?定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及應(yīng)用5.2.3555?定時器構(gòu)成多諧振蕩器及應(yīng)用課型理實一體授課班級集成電路23C1授課時數(shù)2教學(xué)目標1.掌握?555?定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器的方法及工作原?理。2.掌握單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器的應(yīng)?用。教學(xué)重點555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器的工作原理教學(xué)難點555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器的工作原理學(xué)情分析學(xué)生已學(xué)過555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器教學(xué)效果一般教后記學(xué)生比較難理解555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器的工作原理。一、555?定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有兩個狀態(tài)，一個為穩(wěn)態(tài)“0”，另一個為暫穩(wěn)態(tài)“1”，具有脈沖延時、脈沖定時等典型應(yīng)?用。1．電路組成由555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器如圖（a）所示，低電平觸發(fā)端作為輸入信號端，將高電平觸發(fā)端TH和放電端D相連，并與定時元件R、C相接。外部復(fù)位端接直流電源，控制端通過濾波電容接地。輸入輸出電壓波形見圖（b）所示。（a）電路圖（b）輸入輸出波形圖（a）電路圖（b）輸入輸出波形圖2．工作原理（1）穩(wěn)態(tài)接通電源且未加觸發(fā)負脈沖時，輸入，電源通過?R?對?C?充電，上升，當時，則，根據(jù)?555?定時器功能可知，此時電路輸出穩(wěn)定狀態(tài)“0”，同時放電管導(dǎo)通，電容?C?快速放電，使它兩端電壓為?0，電路保持穩(wěn)態(tài)“0”不?變。（2）暫穩(wěn)態(tài) 當負脈沖下降沿到來時，，根據(jù)?555?定時器功能可知，此時電路輸出狀態(tài)由“0”變?yōu)椤?”，同時放電管截止，電源通過?R?對?C?充電，上升，電路進入暫穩(wěn)態(tài)。之后雖然負脈沖消失，，但仍未上升到，故暫穩(wěn)態(tài)暫時維持一段時?間。（3）暫穩(wěn)態(tài)自動返回穩(wěn)態(tài)當時（此時，），根據(jù)?555?定時器功能可知，電路輸出狀態(tài)自動恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)“0”，電路自動恢復(fù)到穩(wěn)?態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間，即輸出脈沖的寬度，主要取決于充放電元件?R、C。。3.?單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作特點①

兩個狀態(tài)：一個是穩(wěn)態(tài)，另一個是暫穩(wěn)?態(tài)。②

當無觸發(fā)脈沖作用時，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器處于穩(wěn)定狀態(tài)。當有觸發(fā)脈沖作用時，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持一定時間后，自動返回穩(wěn)?態(tài)。③

暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無?關(guān)。4.典型應(yīng)用（1）脈沖延時如果需要延遲脈沖的觸發(fā)時間，可利用如下圖（a）所示的單穩(wěn)態(tài)電路來實現(xiàn)。從波形下圖（b）可以看出，經(jīng)過單穩(wěn)態(tài)電路的延遲，由于的下降沿比輸入信號的下降沿延遲了的時間，因而可以用輸出脈沖的下降沿去觸發(fā)其他電路，從而達到脈沖延時的目?的。圖單穩(wěn)態(tài)電路的脈沖延時電路如下圖為延時電路原理圖。開關(guān)閉合，555?定時器開始工作，一開始因電容兩端電壓不能突變，電容上電壓為零，所以電阻上的電壓接近電源電壓，555?定時器輸出“0”，繼電器保持斷開狀態(tài)。同時電源向電容充電，電容兩端電壓不斷上升，而電阻上的電壓不斷下降，當電容上電壓上升至電源電壓的?2/3，即電阻上電壓下降至電源電壓的?1/3?時，555?定時器輸出“1”，繼電器?KS?吸?合。從開關(guān)按下到繼電器吸合的這階段即延遲時間。延遲時間長短由?R、C?決?定。圖延時電路原理圖（2）脈沖定時單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠產(chǎn)生一定寬度的矩形脈沖，利用這個脈沖去控制某個電路，則可使其僅在時間內(nèi)工作。例如，利用寬度為的正矩形脈沖作為與門的一個輸入信號，使得矩形脈沖為高電平期間，與門的另一個輸入信號才能通過。脈沖定時的原理框圖及工作波形如下圖所?示。圖6.10單穩(wěn)態(tài)電路的脈沖定時電路下圖是?555?觸摸定時開關(guān)的電路原理圖，集成電路?IC1?是一片?555?定時電路，在這里接成單穩(wěn)態(tài)電路。平時由于觸摸片?P?端無感應(yīng)電壓，電容?C1?通過?555?第?7?腳放電完畢，第?3?腳輸出為低電平，繼電器?KS?釋放，電燈不?亮。IC1IC1圖555?觸摸定時開關(guān)當需要開燈時，用手觸碰一下金屬片?P，人體感應(yīng)的雜波信號電壓由?C2?加至?555?的觸發(fā)端，使?555?的輸出由低電平變成高電平，繼電器?KS?吸合，電燈點亮。同時，555?第?7?腳內(nèi)部截止，電源便通過?R1?給?C1?充電，定時開?始。當電容?C1?上電壓上升至電源電壓的?2/3?時，555?第?7?腳導(dǎo)通使?C1?放電，使第?3?腳輸出由高電平變回到低電平，繼電器釋放，電燈熄滅，定時結(jié)?束。定時長短由?R1、C1?決定：。按圖中所標數(shù)值，定時時間約為?4min。D1?可選用?1N4148?或?1N4001。延時電路和定時電路的主要區(qū)別是電阻和電容的連接位置不?同。二、555?定時器構(gòu)成多諧振蕩器及應(yīng)用多諧振蕩器是一種自激振蕩器，功能是產(chǎn)生一定頻率和一定幅度的矩形波信號。由于矩形波中含有豐富的高次諧波分量，所以習(xí)慣上將矩形波振蕩器叫做多諧振蕩器。多諧振蕩器一旦振蕩起來后，電路沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)“0”和“1。這兩種暫穩(wěn)態(tài)交替變化輸出矩形脈沖信號，因此又被稱作無穩(wěn)態(tài)電路。多諧振蕩器常用來作為脈沖信號源。1．電路組成555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖(a)所示，高電平觸發(fā)端和低電平觸發(fā)端相連，無外加輸入信號，放電端接在兩個電阻之間。電容電壓波形和輸出電壓波形如圖（b）所示。（a）電路圖（b）電壓波形圖（a）電路圖（b）電壓波形圖76843555512R1R2uoUCC0.01uFCTHTR2．工作原理假設(shè)接通電源前，電容器上電壓。接通電源后，因為電容兩端電壓不能突變，所以有，電路輸出高電平?OUT

=

1。放電管截止，電源向電容器充電。充電回路是地，電容器上電壓按指數(shù)規(guī)律上升。當電容器上電壓上升到電源電壓的?2/3?時，，電路輸出轉(zhuǎn)為低電平?OUT

=

0。完成從暫穩(wěn)態(tài)“1”向暫穩(wěn)態(tài)“0”的轉(zhuǎn)?變。電壓按指數(shù)規(guī)律下降。當電容器上電壓下降到電源電壓的?1/3?時，，電路輸出高電平?OUT

=

1，完成從暫穩(wěn)態(tài)“0”向暫穩(wěn)態(tài)“1”的轉(zhuǎn)變。同時放電管截止，電容器再次充電，如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩，輸出相應(yīng)矩形?波。電路輸出高電平的時間（充電時間）：電路輸出低電平的時間（放電時間）：振蕩周期：振蕩頻率：占空比：q=脈寬/周期，其中脈寬指的是一個周期內(nèi)高電平所占的時間，因此有。圖?6.12（a）電路輸出的矩形波的占空比為。3.典型應(yīng)用如下圖所示為模擬救護車變音警笛聲的電路原理圖。圖中?IC1、IC2?都接成自激多諧振蕩的工作方式。其中，IC1?輸出的方波信號通過?R5?去控制?IC2?的?5?腳電平。當?IC1?輸出高電平時，由?IC2?組成的多諧振蕩器電路輸出頻率較低的一種音頻；當?IC1?輸出低電平時，由?IC2?組成的多諧振蕩器電路輸出頻率較高的另一種音頻。因此?IC2?的振蕩頻率被?IC1?的輸出電壓調(diào)制為兩種音頻頻率，使喇叭發(fā)出“嘀、嘟、嘀、嘟、…”的與救護車鳴笛聲相似的變音警笛聲，其波形見下圖?（b）。改變?R2、C1?的參數(shù)，