实验八 555定时器及其应用一、实验目的1．熟悉集成555定时器的特性参数和使用方法。
2．掌握使用555定时器组成施密特触发器的方法3．掌握使用555定时器组成单稳态触发器的方法，定时元件RC对脉冲宽度的影响。
4．掌握使用555定时器组成自激多谐振荡器的方法和定时元件RC对振荡周期和脉冲宽度的影响。
二、实验器材1．数字电路实验箱1台2．示波器 1 台3．万用表 1 只4．集成电路：555定时器 1 只5．元器件：电阻、电容若干只三、实验原理和电路1．器件特性555定时器是一种中规模集成电路，外形为双列直插8脚结构，体积很小，使用起来方便。
只要在外部配上几个适当的阻容元件，就可以构成史密特触发器、单稳态触发器及自激多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。
它在波形的产生与变换、测量与控制、定时电路、家用电器、电子玩具、电子乐器等方面有广泛的应用。
集成555定时器有双极性型和CMOS型两种产品。
一般双极性型产品型号的最后三位数都120是555，CMOS 型产品型号的最后四位数都是7555.它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。
器件电源电压推荐为4．5～12V ，最大输出电流200mA 以内，并能与TTL 、CMOS 逻辑电平相兼容。
其主要参数见表8.1。
555定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如图8.1和图8.2所示。
引脚功能：V i1（TH ）：高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为TH 。
V i2（TR ）：低电平触发端，简称低触发端，标志为TR 。
V CO ：控制电压端。
V O ：输出端。
Dis ：放电端。
Rd ：复位端。
555定时器内含一个由三个阻值相同的电阻R 组成的分压网络，产生31V CC 和32V CC两个基准电压；两个电压比较器C 1、C 2；一个由与非门G 1、G 2组成的基本RS 触发器（低电平触发）；放电三极管T 和输出反相缓冲器G 3。
Rd 是复位端，低电平有效。
复位后, 基本RS 触发器的Q 端为1（高电平），经反相缓冲器后，输出为0（低电平）。
分析图8.1的电路：在555定时器的V CC 端和地之间加上电压，并让V CO 悬空，则比较器C 1的同相输入端接参考电压32V CC ，比较器C 2反相输入端接参考电压31V CC ，为了学习方便，我们规定：.(a) 555的逻辑符号(b) 555的引脚排列图8.2 555定时器逻辑符号和引脚图8.1 555定时器内部结构Vi1(TH)Vi2Vco..121当TH 端的电压>32V CC 时，写为V TH =1，当TH 端的电压<32V CC 时，写为V TH =0。
当TR 端的电压>31V CC 时，写为V TR =1，当TR 端的电压<31V CC 时，写为V TR =0。
① 低触发：当输入电压V i2<31V CC 且V i1<32V CC 时，V TR =0，V TH =0，比较器C 2输出为低电平，C 1输出为高电平，基本RS 触发器的输入端S =0、R =1，使Q ＝1，Q ＝0，经输出反相缓冲器后，V O ＝1，T 截止。
这时称555定时器“低触发”；② 保持：若V i2>31V CC 且V i1<32V CC ，则V TR =1，V TH =0，S =R =1，基本RS 触发器保持，V O 和T 状态不变，这时称555定时器“保持”。
③ 高触发：若V i1>32V CC ，则V TH =1，比较器C 1输出为低电平，无论C 2输出何种电平，基本RS 触发器因R =0，使Q ＝1，经输出反相缓冲器后，V O ＝0；T 导通。
这时称555定时器“高触发”。
555定时器的“低触发”、“高触发”和“保持”三种基本状态和进入状态的条件（即V TH 、V TR 的“0”、“1”）必须牢牢掌握。
V CO 为控制电压端，在V CO 端加入电压，可改变两比较器C 1、C 2的参考电压。
正常工作时，要在V CO 和地之间接0．01μF （电容量标记为103）电容。
放电管T l 的输出端Dis 为集电极开路输出。
555定时器的控制功能说明见表8.2。
根据555定时器的控制功能，可以制成各种不同的脉冲信号产生与处理电路电路，例如,史密特触发器、单稳态触发器、自激多谐振荡器等。
2．史密特触发器由555定时器组成的史密特触发器见图8.4（虚线框中电位器RW 用来调节阈值）；在数字电路中用于脉冲信号的整形。
当输入V i 是不规则信号时，经史密特触发器处理 后，输出为规则的方波；将史密特触发器用于数据通讯电路中，具有一定的抗干扰能力。
在图8.4（a ）电路中，若V i 端 （即555的2、6脚）输入三角波（或正弦波）及其它不规则的波形，则在输出端V O （3脚）输出幅值恒定的方波。
史密特触发器是一种具有双 阈值（V T ＋、V T —）的比较器电路，（如果在V CO 端接入R W ，则可调节阈值）。
工作原理：在不接入R W 时，V T ＋=CC 32V ，V T —=CC 31V 。
因为V i 端与TH 和TR 端连接，122所以：V i =V TH =V TR 。
由表8.2分析可知：① V i < V T — 时，V TH = 0, V TR = 0，555定时器“低触发”，V O 为高电平。
② V T — < V i < V T ＋ 时，V TH =0，V TR =1，555定时器“保持”，V O 保持。
③ V i > V T ＋ 时，V TH = 1，V TR = 1，555定时器“高触发”，V O 为低电平。
3．单稳态触发器图8.6所示为单稳态触发器的电路和波形图。
单稳态触发器在数字电路中常用于规整信号的脉冲宽度（T W ）：将脉宽不一致的信号输入单稳态触发器后，可输出脉宽一致的脉冲信号。
另外，单稳态触发器也常用于定时器电路中，调整RC 的值可以得到不同的定时值。
单稳态触发器采用电阻、电容组成RC 定时电路，用于调节输出信号的脉冲宽度T W 。
在图8.6（a ）的电路中，V i 接555定时器的TR 端，其工作原理如下：① 稳态（触发前）：V i 为高电平时，V TR =1，输出V O 为低电平，放电管T 导通，定时电容器C 上的电压（6、7脚电压）V C = V TH = 0 ，555定时器工作在“保持”态。
② 触发：在V i 端输入低电平信号，555定时器的TR 端为低电平，电路被“低触发”，Q 端输出高电平信号，同时，放电管T 截止，定时电容器C 经（R+R W ）充电，V C 逐渐升高。
电路进入暂稳态。
在暂稳态中，如果V i 恢复为高电平（V TR =1），但V C 充电尚未达到32V CC 时（V TH =0），555定时器工作在保持状态，V O 为高电平，T 截止，电容器继续充电。
③ 恢复稳态：经过一定时间后，电容器充电至V C 略大于32V CC ，因V TH >32V CC 使555定时器“高触发”，V O 跳转为低电平，放电管T 导通，电容器经T 放电，V C 迅速降为0V ，这时，V TR =1，V TH =0，555定时器恢复“保持”态。
④ 高电平脉冲的脉宽T W ：当V O 输出高电平时，放电管T 截止，电容器开始充电，在电容器上的电压<32V CC 这段时间，V O 一直是高电平。
因此，脉冲宽度即是由电容器C 开始充电至V C =32V CC 的这段暂稳态时间。
Vi方..图8.5 微分电路图8.6 单稳态触发器电路与波形图(b) 波形图(a) 单稳态触发器电路.123脉冲宽度计算公式：T w ≈1.1(R+R W )C 。
⑤ 图8.5为产生窄负脉冲用的“微分电路”，原理后附。
4．自激多谐振荡器图8.7所示为自激多谐振荡器电路和波形图。
自激多谐振荡器用于产生连续的脉冲信号。
电路采用电阻、电容组成RC 定时电路，用于设定脉冲的周期和宽度。
调节R W 或电容C ，可得到不同的时间常数；还可产生周期和脉宽可变的方波输出。
脉冲宽度计算公式：T w ≈0.7 (R 1+R W +R 2) C 振荡周期计算公式：T ≈0.7 (R 1+R W +2R 2) C分析方法与单稳态电路相似，但电容器C 的充电电阻是R 1+R W +R 2 ，放电电阻是R 2 。
当V C 是低电平时，555定时器低触发，V O 为高电平，放电管T 截止，电容器经（R1+RW+R2）充电，当充电至V C =V TH >32V CC 时，电路高触发，输出V O 变为低电平，放电管T 导通，电容器经R 2放电，当放电至V C =V TR <31V CC 时，电路又进入低触发，V O 变为高电平，如此周而复始，循环不止，输出连续脉冲信号。
四、实验内容及步骤将555定时器插入实验箱中（注意器件方向），电源电压V CC =＋5V 。
然后按以下步骤进行。
1．史密特触发器① 对照图8.4（a ）接线。
其中555定时器的2和6脚接在一起为V i ，3脚V O 接状态图8.7 自激多谐振荡器电路和波形图(a) 自激多谐振荡器电路.(b) 振荡波形V1V2V3灯，用来监视V O状态。
②用实验箱中的100K电位器按图8.3接线，组成一个直流信号源，与单稳态触发器的V i端连接，V CC接＋5V。
用数字万用表监测V i的电压。
③检查接线无误后，接通电源，旋转电位器改变直流输入信号V i的电压值，观察状态灯的亮、灭情况，在状态灯亮、灭的临界点十分缓慢地旋转电位器，仔细、反复进行几次，找出使状态灯亮、灭对应的V i电压准确值，判断V TH1、V TH2。
记录结果。
2．单稳态触发器按图8.6（a）接线，组成单稳态触发器。
由于该电路V i端输入信号的脉宽必须小于输出脉冲V O的脉宽（即需要窄脉冲触发）才能定时准确，因此当使用方波信号作为输入信号时，必须经“微分电路”变为窄脉冲。
按图8.5接线，组成微分电路。
将实验箱的“单次正脉冲信号”经微分电路接V i，输出V O接状态灯。
①调节R w为最大值100KΩ输入单次脉冲一次，观察状态灯亮的时间。
调节R W，再进行输入V i的操作，观察状态灯亮时间。
实验者更换定时电容C为10μF，再进行上述操作，观察输出V o的延时情况。
②调节连续脉冲发生器（Pules Input）产生500Hz方波信号，并经微分电路接单稳态触发器的V i端。
用示波器Y1观测V i ，Y2分别观测V o和V C，记录波形。
3．多谐振荡器按对照图8.5（a）接线，输出端V O接状态灯和示波器，并把10μF电容C接入电路中。
①接线完毕，检查无误后，接通电源，555定时器工作。
这时可看到状态灯间歇闪亮。