NE555时基集成电路的创新应用研究王若麟，邱宗毓，符俊虎，李麒，王艺凯，郑培远，刘世源（平顶山一中）摘要：NE555是555计时芯片中应用较广的一个型号，具有双稳态、单稳态、无稳态三种电路组织形式，工作电压范围达4.5~16V，输出电流最大可达225mA，工作频率范围宽，具有较好的兼容性。

其双稳态电路可用于电子开关等，单稳态电路可用于定时器、延时器、分频器等，无稳态电路可用于逆变器、音频振荡器、PWM调压输出等。

关键词：NE555集成电路；R-S触发器；单稳态定时器；PWM调压输出；多谐振荡器1 绪论1.1 NE555简介NE555是属于555系列的计时芯片中的一个型号，输入电压范围4.5~16V，输出电流最大225mA，只需简单的电容器、电阻与其配合，便可构成双稳态、单稳态、无稳态三大类电路，完成特定的振荡、锁存或延时作用，且定时范围极广，可由数微秒至数小时。

它的操作电源范围大，可与TTL,CMOS 等逻辑芯片配合，并且输出电流大，可直接推动多种负载。

DIP封装的NE555的芯片引脚图和内部结构图如下所示图1.1-1 DIP封装NE555引脚图1图1.1-2 NE555内部结构示意图1555定时器典型应用有单稳态电路、双稳态电路、无稳态电路三种。

单稳态电路只有一个稳定状态，触发翻转一段时间后会回到原来的稳定状态，一般用作定时、分频或固定宽度脉冲整形，分为人工启动型、脉冲启动型、压控振荡器三种类型。

双稳态电路有两个稳定状态，具有记忆和锁存的功能，有R-S触发器和施密特触发器两种形式，R-S型可用于电子开关等，施密特触发器可用于波形变换、电压鉴别。

无稳态电路主要是多谐振荡器，可分为直接反馈型、间接反馈型和压控振荡型，用于电源逆变、音频信号发生和获得PWM调压输出。

【1】2 NE555的引脚位和逻辑特性2.1 NE555各引脚位2.1.1引脚号1 GND(ground)第一脚GND是接地端，与电源负极和电路的虚拟地相连，是电源、输入信号和输出信号的公共端。

2.1.2引脚号2 TRI(trigger)第二脚TRI是触发输入端，在控制端CON未加电压时，输入电压小于三分之一电源电压为低电平，否则为高电平。

2.1.3引脚号3 OUT第三脚OUT是输出端，当输入端逻辑符合低电平输出时，输出接近0V的电压；当输入端符合高电平输出时，输出接近电源的电压。

2.1.4引脚号4 RST(reset)第四脚RST是复位端，当其电位低于0.4V时，无论输入端状态如何，OUT输出低电平，DIS输出低阻抗；反之按照输入的逻辑电平输出。

2.1.5引脚号5 CON(control)第五脚CON是控制端，当其悬空或者通过电容器接到电源负极时，其电位由内部的分压电阻提供，是三分之二电源电压，对内部比较器不起控制作用；当其加上Vcon的控制电压时，改变内部比较器的比较电平，触发输入端TRI的低电平阈值变为Vcon/2，阈值输入端THR的高电平阈值变为Vcon。

2.1.6 引脚号6 THR(threshold)第六脚THR是阈值输入端，与第二脚TRI配合输入信号，可用于锁存NE555的输出状态，控制极未加控制电压时电压高于三分之二电源电压为高电平输入，反之为低电平。

THR为低电平且TRI为高电平时，输出端保持上一次的输出状态不变。

2.1.7 引脚号7 DIS(discharge)第七脚DIS是放电端，其状态与输出端OUT的状态同步：OUT输出高电平时DIS为高阻抗输出，OUT为低电平时DIS为低阻抗输出。

所谓高阻抗输出相当于该脚悬空，低阻抗输出相当于该脚接地。

该脚可控制定时电容的充放电过程，故名放电端。

2.1.8 引脚号8 Vcc第八脚Vcc是电源端，为NE555芯片工作提供电源，典型范围为4.5~16V。

2.2 NE555的逻辑特性与真值表NE555的逻辑电平兼容CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)的电平协议和TTL(Transistor-Transistor Logic，晶体管-晶体管逻辑电平)的电平协议，并且兼具数字电路和模拟电路的特点，因此对于各种电路结构有较强的适应性。

其逻辑特性用以下的真值表概括。

表2.2-1 NE555真值表注：H高电平 L低电平 X任意输入 R高阻抗输出 S低阻抗输出 Q保持原状态 A悬空输入或电容到地其各脚的电平特性见2.1部分。

3 NE555的常见电路形式3.1 NE555双稳态电路3.1.1 R-S触发器R-S触发器是NE555最基本的电路组构形式，典型电路图如下图3.1-1 NE555 R-S触发器2电路的DIS未用，THR引出作为R-S触发器的复位输入端R，TRI引出作为置位输入端，但TRI 的逻辑与标准R-S触发器的相反，因此用“非S”（¬S）表示。

当¬S端为“0”时，Q端输出“1”。

当¬S端为“1”时，若R端为“0”则保持上一次的输出状态不变，称为锁存；若R端为“1”则输出“0”。

CON端未加控制电压，通过电容引到地以滤除杂波干扰，电容的典型值为10nF。

据此电路，可以进行改动得到更多基于此原理的双稳态触发器电路，如下两例图3.1-2 具有复位端的NE555 R-S触发器2图3.1-3 可调控制电压的单端比较器（基于NE555 R-S触发器）2 3.1.2 施密特触发器施密特触发器(Schmidt Trigger)也有两个稳定状态，但与一般触发器不同的是，施密特触发器采用电位触发方式，其状态由输入信号电位维持；对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信号，施密特触发器有不同的阈值电压。

【2】采用NE555可方便地构建施密特触发器，电路图如下图3.1-4 NE555施密特触发器2施密特触发器将THR和TRI接在一起共同作为输入端，当输入信号由低变高超过低电平阈值电压时，输出变为低电平；当输入信号由高变低低于高电平阈值电压时，输出变为高电平。

这种触发器的输出与标准施密特触发器的正好相反，需要时可以在输出端接入反相器。

通过调节电位器R1改变控制极电压，可以调节两个阈值电压，以更好地适应电路需要。

双稳态电路中一般没有定时电阻和电容，电路不会在两种状态之间自动跳变，这是双稳态工作方式的特点。

3.2NE555单稳态电路单稳类电路大体可分为人工启动型、脉冲启动型和单稳型压控振荡器(VCO)。

3.2.1 人工启动型单稳态触发器典型的人工启动型单稳态电路如下所示图3.2-1 人工启动型单稳态触发器3DIS端未用，THR和TRI接在一起作为输入端，通过按下S1启动暂稳态。

上电初始，电源通过定时电阻RT向定时电容CT充电，充满后THR和TRI便均达到高电平，输出低电平。

当按下S1，电容迅速被放电，THR、TRI与地连通降至低电平，输出高电平，暂稳态开始。

松开S1后，电源重新通过RT向CT充电，一段时间后便又回到按下S1前的状态，暂稳态结束。

暂稳态时间由定时电容、电阻共同决定，经实验暂稳态时间T=1.1RT×CT （式3.2-1）3.2.2 脉冲启动型单稳态触发器最基本的脉冲启动型单稳态触发器电路图如下所示图3.2-2 脉冲启动型单稳态触发器3其工作原理与人工启动型相仿，只是通过脉冲输入改变TRI的状态，并通过DIS悬空或接地自动对定时电容进行充放电。

当输出低电平时，DIS导通到地，CT迅速放电并使THR降至低电平；当输入脉冲使状态跳变，DIS截止，CT开始充电并进入暂稳态。

充满电后，THR回到高电平，暂稳态结束。

其暂稳态时间与人工启动型相同。

3.2.3 单稳型压控振荡器(VCO,V oltage-controlled Oscillator)压控振荡器大部分结构较复杂，简单起见在此只介绍最基本的电路，即没有附属元件的电路。

电路图如下图3.2-3 单稳型压控振荡器4从Vi端输入被调制信号，Vct输入控制电压。

通过改变Vct的电压即可调节输入电平阈值，从而改变Vout输出的信号宽度。

具体原理类似于脉冲启动型的单稳态触发器，在此不再赘述。

3.3 NE555无稳态电路NE555无稳态电路主要有多谐振荡器和无稳型压控振荡器(VCO)。

3.3.1 NE555多谐振荡器最常见的NE555多谐振荡器如下所示图3.3-1 NE555多谐振荡器4电路通过DIS控制电容CT的充放电来自动翻转电路状态。

刚上电时输出高电平，同时电流流经RT1和RT2对CT充电，THR-TRI输入端的电位逐渐升高；当超过阈值电压后便触发状态翻转，输出低电平并导通DIS，CT经RT2和DIS端对地放电，电位逐渐下降，低于阈值电压时再次触发翻转，输出高电平并再次对CT充电。

如此循环往复便得到方波输出。

经实验，输出方波的高电平宽度为T H=0.7(RT1+RT2)CT (式3.3-1)低电平宽度为T L=0.7RT2×CT(式3.3-2）由此可见，如要输出占空比小于50%的方波，就无法使用此电路。

鉴于此，可以在原电路的基础上添加一个二极管，即可获得占空比小于50%的方波输出。

下附电路图图3.3-2 低占空比多谐振荡器53.3.2 无稳型压控振荡器(VCO)将图3.3-1所示电路中的C1去除并将CON极引出加以控制电压即构成无稳型压控振荡器。

通过调节CON极的电压，可以调节输出方波的频率。

该电路还可以增加其他元件以扩展性能，在此不再过多讨论。

4 NE555的部分创新应用4.1 双稳态应用4.1.1 触摸台灯采用R-S触发器型电路，利用阈值输入端THR为低电平时的贮存特性设计为触摸开关灯。

电路图如下：图4.4-1 触摸台灯电路图6注释5制图：Multisim 12.0R1-S1、R2-S2分别模拟触摸开关。

触摸开关由两个金属片构成，中间有一条缝隙，如下图所示图4.4-2 触摸开关示意图当未被触摸时，1、2两脚未接通；有人触摸时，1、2脚之间就有一个2k~100kΩ的电阻，电路图中以R1、R2代替。

R3、R4为22MΩ的高值电阻，其大小远大于人体电阻，当开关未被触摸时，二者将RST和TRI拉至高电平，一旦开关被触摸，对应的管脚随即被拉低。

E1为控制电源，负责为控制电路提供低压电源，E2为工作电源，其电压、功率可随所用LED的电压、功率调节。

NE555通过控制继电器J1的吸合来控制工作电路的接通，D1为泄流二极管，作用是防止继电器线圈断电瞬间产生的感生电动势击穿NE555芯片，型号可采用低频小功率整流管1N4001。

工作原理：上电开始，S1、S2均断开时，LED熄灭。

触摸开关S2后，由于人体电阻远小于22MΩ，因此TRI极被拉至低电平，输出高电平，吸合继电器，LED灯亮。

此时松开S2，TRI回到高电平，由于THR被下拉电阻R5拉至低电平，输出状态保持不变。