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实验9    555定时器
一、实验目的
1. 熟悉 555 定时器的组成和工作原理。
2. 掌握 555 定时器产生脉冲和对脉冲进行整形的电路。
二、实验原理
1. 555 定时器
555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。
555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图 2.9.1 和图 2.9.2 所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压ＶCC /3 和 2ＶCC /3，它的功能表如表 2.9.1 所示。
555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 A1 的反相输入端的电压为 2ＶCC /3，A2 的同相输入端的电压为ＶCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于ＶCC /3，则比较器 A2 的输出为 1，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2ＶCC/3，同时 TR 端的电压大于ＶCC /3，则 A1 的输出为 1，A2 的输出为 0，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。
2. 555 定时器的应用
(1) 多谐振荡器
图 2.9.3 (a) 是用 555 定时器组成的多谐振荡器。令  R1= R０+ RW，则 R1、R2 和 C 为定时元件，C1 是滤波电容，通常  R1、R2 大于 1kΩ。接通电源时，放电管 T 截止，Ｖo=1。此时电源通过 R1、R2 向电容 C 充电，当电容上电压大于 2ＶCC /3 时，比较器 1 翻转，输出Ｖo=0，同时 555 内部的放电管 T 导通，电容 C 通过 R2 放电；当电容上电压小于 ＶCC /3 时，比较器 2 翻转，使输出电压Ｖo=1，C 放电终止，又重新开始充电。电容电压ＶC 和输出电压Ｖo 的波形如图 2.9.3 (b) 所示。此过程重复，形成振荡。
充电时间          Ｔ1 =0.693(R1+ R2)C
放电时间          Ｔ2 =0.693R2C
振荡周期          Ｔ= Ｔ1 +Ｔ2=0.693(R1+2 R2)C
占空比              D=Ｔ1/Ｔ
(2) 单稳态触发器和施密特触发器
单稳态电路的组成如图2.9.4(a)所示。R = R1+RW，当电源接通后，ＶCC通过电阻R向电容C充电，待电容ＶC 上升到 2ＶCC/3 时 RS 触发器置 0，即输出Ｖo 为低电平，同时电容 C 通过三极管 T 放电。当触发端的外接输入信号电压Ｖi<ＶCC /3 时，RS 触发器置 1，即输出Ｖo 为高电平，同时三极管 T 截止。电源ＶCC 再次通过电阻R  向电容 C 充电。输出维持高电平的时间取决于 RC 的充电时间，输出电压的脉宽 Ｔw =RCIn3≈1.1RC，一般 R 取 1kΩ ~10MΩ，
C>1000pF。图 2.9.4 (b) 是触发电压Ｖi、电容电压ＶC 和输出电压Ｖo 的波形。
图 2.9.5(a) 为用 555 定时器实现的施密特触发器，它的电压传输特性见图 2.9.5 (b)，其中ＶTH=2ＶCC/3，ＶTL=ＶCC/3，其回差电压ＶT=ＶCC/3。
模块电源图片
三、实验内容及步骤
1. 多谐振荡器
(1) 按图 2.9.3 (a) 线，组成一个占空比可调的多谐振荡器。
(2) C = 10μF，调节电位器 RW，用示波器观察输出信号的波形和占空比。
2. 单稳态触发器
(1) 按图 2.9.４(a) 连接电路，组成一个单稳态触发器。
(2) 将频率为 1kHz，幅度为 4V 的矩形波信号加到Ｖi 端，用示波器测量输出脉冲宽度。
(3) 改变输入信号的占空比，观察对输出脉冲有无影响。
(4) 改变输入信号的频率，测量输出频率的最大值。
(5) 取 R = 500kΩ，C = 10μF，555 的输出端接一个 LED，触发输入端接单次脉冲，用秒表记录 LED 点亮的时间。
3. 施密特触发器
(1) 按图 2.9.5 (a) 连接电路，其中取 R1 =  R2 = 51kΩ，R3 = 1kΩ，C = 1μF。组成施密特触发器。
(2) 将频率为 1kHz，幅度为 4V 的锯齿波信号加到Ｖi ，观察输出脉冲波形，记录上限触发电平，下限触发电平，算出回差电压。
4. 图 2.9.6 为“叮咚”门铃电路，555 定时器与 R1、R2、R3 和 C2 组成多谐振荡器。按钮AN未按下时，555 的复位端通过 R4 接地，因而 555 处于复位状态，扬声器不发声。当按下 AN 后，电源通过二极管 D1 使得 555 的复位端为高电平，振荡器起振。因为 R1 被短路，所以振荡频率较高，发出“叮”声。当松开按扭，电容 C1 上的电压继续维持高电平，振荡器继续振荡，但此时 R1 已经接入定时电路，因此振荡频率较低，发出“咚”声。同时 C1 通过 R4 放电，当 C1 上电压下降到低电平时，555 又被复位，振荡器停振，扬声器停止发声。
电路元件的参数为：电源电压 +6V；电阻 R1 = 39kΩ，R2 = R3 = 30kΩ，R4 = 4.7kΩ；电容
C1 = 47μF，C2 = 0.01μF，C3 = 22μF，扬声器阻抗为 8Ω，二极管采用 2CZ 系列。
通过实验调试，使该电路工作，并计算该振荡器的两个不同的振荡频率ｆ1 和ｆ2 。
5. 思考与设计
设计一个楼梯路灯的控制电路，要求按下开关灯马上亮，延时４ 分钟后灯自动熄灭。
四、实验仪器与器件
1. 数字电路实验箱            1个
2. 双踪示波器              1台
3. 脉冲信号发生器            1台
4. 定时器 NE555              1片
5. 二极管 (2CZ)                2个
6. 电阻、电容                若干
五、实验报告要求
1. 画出实验的逻辑电路。
2. 整理实验表格。
3. 观察电阻和电容对输出波形的影响。
www.nwnu.edu/jpkc/2006/szdzjs/shijian/shiyan9.htm1.1 555 CMOS 集成电路的组成
  555 CMOS 集成电路内部有几十个元器件， 有分压器、比较器比较器
  比较器是一种得到广泛使用的电路元件。实际上也是增益非常高的运算放大器，可以放大输入端很小的差分信号，并驱动输出端切换到两个输出状态中的一个。以至于无法稳定在中间放大区，再不跳到低电平，再不跳到高电平。 [全文]
、基本R-S 触发器、放电管放电管
  放电管是一种使用于设备输入端的高压保护元件。若其两端的电压高过其保护规格值时,其内部会出现短路现象,并吸收掉输入的过高压。 [全文]
以及缓冲器缓冲器
  缓冲器是种保持加、卸试验力平稳，或减缓试样断裂时冲击的装置。它可以弥补不同数据处理速率速度差距，也可以起到缓冲避震作用，及起到实现数据传送同步的作用等。它涉及的领域非常广泛，有电信设备、数控处理、生化科技、系统安全等。它在不同的领域有着不同的名称，其中常见的有寄存缓冲器、汽车弹簧缓冲器（缓冲胶）、电梯缓冲器等。它分常用缓冲器（常说缓冲器）和三态缓冲器。 [全文]
等， 电路比较复杂， 是模拟电路和数字电路的混合体。
  555 集成电路是8 脚封装， 双列直插型， 如图1所示。它的各个引脚功能如下： ①脚外接电源负端VSS或接地， 一般情况下接地； ②脚是下比较器的输入， 称触发端() ；③脚是输出端(Vo) ， 它有0 和1两种状态， 由输入端所加的电平决定； ④脚是复位端() ， 接低电平， 则集成电路不工作， 此时不论、TH处于何电平， 集成电路输出为“0” ， 平时该端开路或接VDD；⑤脚是控制电压端(Vc), 可用它改变上下触发电平值， 在不接外加电压时， 通常接一个0.01 μF 的电容器电容器

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