姓名：xxxxxxxxxxxxxxx学号：xxxxxxxxxx .学院：计算机与电子信息学院专业：计算机类.班级：xxxxxxxxxxxxxxxxxx时间：2019年10月18 日.指导教师：xxxxxxxx . 实验名称：555定时器及应用.一、实验目的1、熟悉掌握555定时器的基本工作原理及功能；2、掌握555定时器构成多谐震荡器的工作原理和使用方法；3、熟悉数字系统的分析和应用。
二、实验原理1、555定时器原理简介555定时器是共仪器、仪表、自动化装置、各种民用电器的定时器、时间延时器等电子控制电路用的时间功能电路，也可以做自激多谐振荡器、脉冲调制电路、脉冲相位调谐电路、脉冲丢失指示器、报警器以及单稳态、双稳态等各种电路，应用范围十分广泛。
（1）555定时器的特点①外部连接几个阻容元件，可以方便的构成施密特触发器、多谐振荡器和单稳态触发器等脉冲产生与整形回路。
②具有一定的输出功率，因此可直接驱动微电机、指示灯和扬声器等。
该器件有双极型和COMS型两类产品，双极型产品型号最后三位为555，COMS型产品型号最后四位为7555，它们的功能及外部引线排列完全相同。
③电源电压范围宽（3~18V），双极型的电源电压为5~15V，COMS型的电源电压为3~18V，能够提供与TTL及COMS型的数字电路兼容的逻辑电平。
（2）555定时器的电路结构及功能图6-1是555定时器的电路结构图和管脚排列图，它的八个引脚的名称及作用如下：1脚：芯片的地端2脚：芯片的触发输入端TR’（也叫低触发端）3脚：芯片的输出端4脚：芯片的复位端RD’5脚：芯片的控制电压输入Vco 6脚：芯片的阈值输入端TH（也叫高触发端）7脚：芯片的放电端DISC 8脚：芯片的电源Vcc图6-1（a）电路结构图（b）管脚排列图555定时器的电路结构图中，它由比较器C1和C2、基本RS触发器和集电极开路的放电三极管T D三部分组成。
V11（TH）是比较器C1的输入端，V12（TR’）是比较器C2的输入端，C1和C2的参考电压（电压比较的基准）V R1和V R2由V CC经三个5kΩ电阻分压给出。
在控制电压V CO 不起作用（即在V CO端没有外接电源电压）时，V R1=2/3V CC,V R2=1/3V CC。
如果外接固定电压，则V R1=V CO，V R2=1/2V CO。
由图可知，只要在R D’（DISC）端加上低电平，输出端V O便立即被置成低电平，不受其它输入端状态的影响。
正常工作时必须使R D’处于高电平。
①当V11>V R1V12>V R2时，比较器C1的输出V C1=1，C2的输出V C2=0，基本RS触发器被置0，T D导通，同时输出端V0为低电平。
②当V11<V R1V12>V R2时,V C1=0,V C2=0,触发器的状态保持不变，因而T D和输入端的状态保持不变。
③当V11<V R1V12<V R2时，V C1=1,V C2=0,故触发器被置1，V0为高电平，同时T D截止。
④当V11>V R1V12<V R2时，V C1=1,V C2=1，触发器处于Q=Q’=0的状态，V0处于高电平，同时T D截止。
（3）555定时器的功能表见表6-1。
表6-1 74LS161功能表输入输出R D ’V11(TH) V12(TH’) VTD状态0 X X 0 导通1 >2/3VCC >1/3VCC0 导通1 <2/3VCC >1/3VC不变不变1 <2/3VCC <1/3VC1 截止1 >2/3VCC <1/3VC1 截止备注当控制电压输入端VCO 外接电压时，表中2/3VCC应用VCO代替，表中1/3VC 应用1/2VCO代替。
2、用555定时器组成施密特触发器将555定时器的V11和V12两个输入端连在一起作为信号输入端，如图6-2（a）所示，即可得到施密特触发器。
由于比较器C1和C2的参考电压不同，因而基本RS触发器的置0信号（V C1=0）和置1信号（VC12=0）必然发生在输入信号的不同电平。
因此，输出电压V O由高电平变为低电平和由低电平变为高电平所对应的V i值也不同，这样就形成了施密特触发器，其电压传输特性如图6-2（b）所示。
图6-2（a）用555构成施密特触发器（b）电路的电压传输特性为提高比较器参考电压VR1和VR2稳定性，通常在VCO端接有0.01uF左右的滤电波容。
根据555定时器的结构和功能可知：（1）当输入电压Vi=0时，V0=1；Vi由0逐渐升高到到2/3Vcc时， V o由1变为0.（2）当输入电压Vi从高于2/3Vcc开始下降直到1/3Vcc时，V o由0变为1.（3）由此得到555构成的施密特触发器的正向阈值电压VT+= 2/3Vcc，反向阙值电压VT-= 1/3Vcc,回差电压△VT=VT+ -VT- = 1/3Vcc.（4）如果参考电压由外接的电压Vco供给，则不难看出VT+=Vco, VT- = 1/2Vco，△VT= 1/2Vco.通过改变Vco值可以调节回差电压的大小。
3、用555定时器构成多谐振荡器先将555定时器接成施密特触发器，然后在施密特触发器的基础上改接成多谐振荡器，其电路及工作波形如图6-3所示(a)电路图 (b)工作波形图图6-3 多谐振荡器电路及工作波形图（1）利用555构成多谐振荡器的工作原理如下：①当555定时器输出为高电平时，三极管TD截止，电源VOC经过R1、R2对电容C充电。
随着充电的进行，电容电压VC按指数规律上升。
②当电容电压VC上升到2/3VCC时，555定时器输出变为低电平，三极管TD导通，此时，电容C开始经过TD放电。
伴随着放电的进行，电容电压VC按指数规律下降。
③当电容电压VC下降到1/3VCC时，555定时器的输出又变为高电平，三极管TD截止，电容C又开始充电。
如此循环下去，就可输出幅度一定、周期一定的矩形脉冲波。
（2）多谐振荡器输出信号的时间参数：正脉冲宽度（充电时间）T1=(R1+R2)·C·ln(VC(∞)-VC(0))/(VC(∞)-VC(T1))=(R1+R2)·C·ln(VCC-1/3VCC)/(VCC-2/3VCC)=(R1+R2) ·C·ln2≈0.693(R1+R2)C负脉冲宽度（放电时间）T2=R2·C·ln(VC(∞VC(0))/(VC(∞)-VC(T2))=R2·C·ln(0-2/3VCC)/(0-1/3VCC)=R2·C·ln2≈0.693R2C振荡周期T=T1+T2=(R1+2R2)·C·ln2≈0.693(R1+2R2)C (1)占空比Q=T1/T2=(R1+R2)/(R1+2R2)>50% (2)由公式（1）和（2）可看出，改变R1,R2和C可以调整振荡周期，并且改变R1,R2还可以调整占空比，而改变C可调整周期，但不影响占空比。
如果参考电压由外界电压VCC供给，则：T1=(R1+R2) ·C·ln(VCC-1/2VCO)/(VCC-VCO)T2=R2·C·ln(0-VCo)/(0-1/2VCO)=R2·C·ln2由此可见，当555定时器的5管脚外接电源电压VCO时，改变VCO也可以改变振荡周期和占空比（3）为确保图电路正常工作，在选取元器件时应注意以下几点：①R2的最小值应不损坏放电管TD，导通时，流过的电流灌入TD，为不损坏TD放电管，应将此电流限制在5mA以下。
②R2的最大值取决于阈值输入端所需的阈值电流，其值一般为1uA左右。
③电容C的最小值应大于分布电容，一般不宜小于100pF,从而可忽略分布电容：电容C 的最大值会受到电容器漏电流的限制。
④负载的电流和灌电流都不应超过200mA。
⑤控制电压输入端V∞在外加控制电压调节比较器的触发电平时，控制电压的值至少应比电源电压VCC低两倍结电压值。
以上几点说明也同样适用于555的其他应用。
三、实验设备及器件1、示波器、实验箱各一台；2、555定时器二片；3、电阻、电容、二极管及可调电位器若干。
四、实验内容1、实验内容1：用555定时器组成下图电路，R1=R2=4.7K，C1=C2=0.01Uf。
用示波器观察和记录触发器输入端和输出端F的工作波形，读出输出信号的周期T和正脉冲宽度tw的值。
2、实验内容2：环形流水控制电路实验如下如，试叙其原理，观察实验现象并指出其原因。
五、实验过程1、实验内容1：用555定时器组成下图电路，R1=R2=4.7K，C1=C2=0.01Uf。
用示波器观察和记录触发器输入端和输出端F的工作波形，读出输出信号的周期T和正脉冲宽度tw的值。
（1）实验设计思路：根据图示正确连接电路图，读出输出信号的周期T和正脉冲宽度tw的值。
（2）元器件管脚图及功能说明：图6-4 555定时器管脚图功能说明：1脚：芯片的地端2脚：芯片的触发输入端TR’（也叫低触发端）3脚：芯片的输出端4脚：芯片的复位端RD’5脚：芯片的控制电压输入Vco 6脚：芯片的阈值输入端TH（也叫高触发端）7脚：芯片的放电端DISC 8脚：芯片的电源Vcc（3）逻辑电路图及设计说明：图6-5 逻辑电路图设计说明：图中电容C、电阻R1和R2作为振荡器的定时元件，决定着输出矩形波正、负脉冲的宽度。
定时器的触发输入端（2脚）和阀值输入端（6脚）与电容相连；集电极开路输出端（7脚）接R1、R2相连处，用以控制电容C的充、放电；外界控制输入端（5脚）通过0.01uF电容接地。
（4）实验步骤及实验结果：实验步骤：1.根据逻辑电路图在仿真软件上正确连接电路图；2.读出输出信号的周期T和正脉冲宽度tw的值。
实验结果：仿真电路图和工作波形图如图6-6，图6-7。
图6-6 仿真电路图图6-7 工作波形图（5）实验总结：电路接通电源的瞬间，由于电容C来不及充电，Vc=0v，所以555定时器状态为1，输出V o为高电平。
同时，集电极输出端（7脚）对地断开，电源Vcc对电容C充电，电路进入暂稳态I，此后，电路周而复始地产生周期性的输出脉冲。
多谐振荡器两个暂稳态的维持时间取决于RC充、放电回路的参数。
暂稳态Ⅰ的维持时间，即输出V o的正向脉冲宽度T1≈0.7(R1+R2)C；暂稳态Ⅱ的维持时间，即输出V o的负向脉冲宽度T2≈0.7R2C。
因此，振荡周期T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C.2、实验内容2：环形流水控制电路实验如下如，试叙其原理，观察实验现象并指出其原因。