555定时器及应用
一、实验目的
1．熟悉单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器的工作原理；
2．了解555定时器的结构与工作原理。
二、实验原理
（一）555电路的工作原理
1、基本组成
555电路的简化结构图如图81(a)所示，逻辑符号及外引脚排列如图81(b)所示。它的内部主要由一个分压器、两个电压比数器、一个基本RS触发器、一个作为放电通路的晶体管和输出驱动电路组成。
（1）分压器：由3个5KΩ的精密电阻组成，它为两个比较器A和B提供基准电平。若5 脚悬空，则比较器A的基准电平为UREF1= UCC ，比较器B的基准电平为UREF2= UCC 。
改变5 脚的接法可改变A、B两比较器的基准电平的大小。
图8－1 555的简化结构图
3
8
4
555
5
2
1
6
7
TH
TR
D
UCC
OUT
CO
（b）
OUT
3
R
S
Q
V
-
A
∞
+
-
B
∞
+
1
2
8
4
7
6
5
1
+UCC
T
CO
D
TR
TH
(a)
VREF1
VREF2
（2）比较器：比较器A、B是两个结构完全相同的高精度电压比较器，A的输
入端为6脚高电平触发端TH，当 UTH> UREF1 时，A比较器输出低电平；当UTH< UREF1时，A比较器输出高电平。比较器B的输入端为(2脚)低电平触发端 ，当 > UREF2 时，比较器B输出高电平；当 < UREF2时，比较器B输出低电平。比较器A、B的输出直接控制基本RS触发器的动作。
（3）基本RS触发器：RS触发器由两个与非门组成，它的状态由两比较器A、B的输出控制，根据基本RS触发器的工作原理，就可以决定触发器输出端的状态。
（4）开关放电晶体管管和输出缓冲级：放电晶体管为T，也可作为集电极开路使用。反相器构成输出级，可提高带负载能力。
2、工作原理
综上所述，根据图81(a)所示电路结构，可以很容易得到555电路的功能表。见表81所示。其逻辑符号及引脚排列见图8－1(b)所示。
表81 5G555的功能表
输入
输出
R端
TH
TR
OUT端
放电管T
0
╳
╳
0
导通
1
1
1
0
导通
1
0
0
1
截止
1
0
1
不变
不变
≥
<
<
≥
<
≥
（1）构成单稳态触发器
由555电路构成的单稳态定时电路如图82（a）所示，该电路利用电容、电阻
构成的积分电路来延时的，定时电容CT接到6 脚、7脚和地之间，通过电阻RT给电容CT 充电，电容器的电压为uc，当内部晶体管T导通时，可以把电容器储存的电荷迅速释放，使电容器的电压迅速下降到0，2脚作为触发器的输入端，采用负脉冲触发。
当电源接通后，因为UTH< UREF1， > UREF2，所以，当555电路输出为0时，内部晶体管T导通，电容CT不能充电，电路将保持输出为0的稳定状态；若555电路输出为1时，内部晶体管T截止，电容CT通过RT充电。当电容CT的电压上升到UC=UTH＋UREF1时，555电路输出变成0，晶体管T导通，电容CT通过晶体管T把存储的电荷释放，使UTH迅速小于UREF1 ，使555输出电路变为0的稳定状态。由此可知，不论在哪种情况下，电源接通后，电路均会自动处于稳态。
当在输入端加一负向触发脉冲时，由于 < UREF2 ，使555输出变为1，内部晶体管T截止，电路进入暂稳态，电容CT通过RT充电。充电的快慢取决于CT和RT的值。输出的脉宽取决于电容电压自0V上升到 UCCV所需要的时间，脉宽为：tW＝11RTCT。当电容上的电压上升到uC=UTH= UREF1 时，555电路输出为0，由于T导通，CT通过T把储存的电荷释放，使UTH迅速小于 UREF1 ，电路重新进入555输出为0的稳定状态。电路波形如图82（b）所示。
图8－2 单稳态触发器
t
t
t
uCC
uI
uO
tw
tw
Ucc
0
0
0
（b）
+UCC
（a）
3
8
4
555
5
2
1
6
uO
uI
001mF
RT
CT
（2）构成多谐振荡器
用555电路构成的多谐振荡器电路见图83（a）所示。
当电源接通时，UREF1= UCC，UREF2= UCC ， =0 ，UTH =0。所以555电路输出为1，内部晶体管T截止，电容CT通过R1和R2充电。随着电容电压uC的升高，当UREF2<uc<UREF1 时，555电路输出保持原状态不变。当uC大于UREF1后，因 = UTH> UREF1，所以555电路输出变为0，内部晶体管T导通，于是电容CT通过RT和T放电，使uC电压下降。当UREF2<uc<UREF1 时，555电路输出保持不变。当uc<UREF2 时，555电路输出再次变为1，内部晶体管T再次导通，重复上述过程，结果在输出端得到了如图83（b）所示的波形。该电路输出矩形波的周期取于电容的充、放电的时间常数。其充电时间常数为： T1= (R1+R2)CT
放电时间常数为： T2=R2CT
输出矩形波的周期为： T=T1+T2=07(R1+R2) CT
+UCC
R1
555
8
4
7
6
2
3
5
1
R2
u0
001mF
CT
(a)
UCC
t
t
o
o
uC
uC
UCC
t2
t1
(b)
图8－3 多谐振荡器
改变充、放电的时间常数就可以改变矩形波的周期和脉宽。
（3）构成施密特触发器
将555电路的2脚和6 脚连接到一起作为输入端，5脚通过001μF的电容接地，4脚和8脚相连接就构成了施密特触发器，其电路图见图84（a）所示。UREF1＝ UCC，UREF2＝ UCC。设输入信号uI为图所示，uI自0逐渐增大，在uI< UREF1，uI< UREF2时，UTH <UREF1 、 <UREF2, 则555电路输出为1。当uI上升到UREF2< uI< UREF1时，即UTH < UREF1 、 >UREF2, 555 电路输出保持原状态不变；当uI上升到uI>UREF1时，即UTH > UREF1, > UREF2， 555 电路输出为0；若uI再上升,输出状态将保持不变；当uI上升到最大值后，开始下降，在UREF2< uI< UREF1时，555 电路输出仍保持不变，直到uI< UREF2时，555 电路输出又变为1，其输出电压的变化见图84(b) 所示。
+UCC
（a）
3
8
4
555
5
2
1
6
uO
uI
001mF
图8－4 施密特触发器
1572
uO
uI
t
t
UCC
UHT
ULT
0
0
（b）
由以上分析可知电路的回差电压为： =UHT—ULT= UREF1—UREF2= UCC ，若要求回差电压可调, 可在5脚接入电压UCo，此时，UTH=UCO、ULT= UCO。回差电压为 = UCO。所以，只要改变外加电压UCO的值，就可以改变回差电压的大小。
555定时器的工作原理。
当定时时间旋钮未转动时1、2脚是断开的，当定时时间旋钮转动时1、2脚是接通的，同时2、3脚是间歇性通与断，4脚与1、2脚在任何时刻都是不通的。M1 火力力调节电机。M1、K4、K5 组成了功率控制总成。 在元器件实物中，还有一个档位调节控制一起组成一个整体，通过M1、220v电压工作电机带动齿轮轮，通过凸轮控制K4、K5的通断。 转盘电机和风扇电机。它们和大功率变压器初级并联。也就是说它们和磁控管供电同时通断。同时工作，和停止。
求51单片机控制的交通灯电路图
555定时器在三种不同工作模式下的工作原理不同：
1、单稳态模式
在单稳态工作模式下，555定时器作为单次触发脉冲发生器工作。当触发输入电压降至VCC的1/3时开始输出脉冲。输出的脉宽取决于由定时电阻与电容组成的RC网络的时间常数。当电容电压升至VCC的2/3时输出脉冲停止。根据实际需要可通过改变RC网络的时间常数来调节脉宽。
2、双稳态模式
双稳态工作模式下的555芯片类似基本RS触发器。在这一模式下，触发引脚2和复位引脚4通过上拉电阻接至高电平，阈值引脚6被直接接地，控制引脚5通过小电容（001到01μF）接地，放电引脚引脚7浮空。所以当引脚2输入高(有误应为低)电压时输出置位，当引脚4接地时输出复位。
3、无稳态工作模式
无稳态工作模式下555定时器可输出连续的特定频率的方波。电阻R1接在VCC与放电引脚7之间，电阻R2接在引脚7与触发引脚2之间，引脚2与阈值引脚6短接。电容通过R1与R2充电至2/3VCC，然后输出电压翻转，电容通过R2放电至1/3VCC，之后电容重新充电，输出电压再次翻转。
扩展资料
555定时器的用途
1、555的单稳态电路在生活中可以楼道延时灯、定时开关、延时断电器，在测量电路中可以用于测量频率、大容量电容、转速等。
2、555的双稳态电路在电子测量中用的很广，其可以作为施密特触发器对各种波形进行整形。在生活中，这种电路可以作为各种光控开关、温控开关。
3、555无稳态电路在报警器中其可以接成振荡器构成声光报警电路；其可以构成超低频振荡器，驱动各种小灯发出闪烁光；在测量电路中，其可以作为简易的波形发生器；由于NE555的驱动电流较大，在红外遥控电路中可以使用NE555作为振荡器，直接驱动红外发射管工作。
-555定时器
一、设计任务与要求
1．设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为25秒；
2．要求黄灯先亮5秒，才能变换运行车道；
3．黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次 。
二、实验预习要求
1．复习数字系统设计基础。
2．复习多路数据选择器、二进制同步计数器的工作原理。
3．根据交通灯控制系统框图，画出完整的电路图。
三、设计原理与参考电路
1．分析系统的逻辑功能，画出其框图
交通灯控制系统的原理框图如图12、1所示。它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。图中：
TL: 表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25秒，即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，TL=1，否则，TL=0。
TY：表示黄灯亮的时间间隔为5秒。定时时间到，TY=1，否则，TY=0。
ST：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。由它控制定时器开始下个工作状态的定时。
图12、1 交通灯控制系统的原理框图 2．画出交通灯控制器的ASM（Algorithmic State Machine，算法状态机）
（1）图甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上的车辆允许通行，乙车道禁止通行。绿灯亮足规定的时间隔TL时，控制器发出状态信号ST，转到下一工作状态。
（2）甲车道黄灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，乙车道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。
（3）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔TL时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。
（4）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上位过县停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮足规定的时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，系统又转换到第（1）种工作状态。
交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。设控制器的四种状态编码为00、01、11、10，并分别用S0、S1、S3、S2表示，则控制器的工作状态及功能如表12、1所示，控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下规定：
表12、1 控制器工作状态及功能
控制状态 信号灯状态 车道运行状态
S0（00） 甲绿，乙红 甲车道通行，乙车道禁止通行
S1（01） 甲黄，乙红 甲车道缓行，乙车道禁止通行
S3（11） 甲红，乙绿 甲车道禁止通行，甲车道通行
S2（10） 甲红，乙黄 甲车道禁止通行，甲车道缓行
AG=1：甲车道绿灯亮；
BG=1：乙车道绿灯亮；
AY=1：甲车道黄灯亮；
BY=1：乙车道黄灯亮；
AR=1：甲车道红灯亮；
BY=1：乙车道红灯亮；
由此得到交通灯的ASM图，如 图12、2所示。设控制器的初始状态为S0（用状态框表示S0），当S0的持续时间小于25秒时，TL=0（用判断框表示TL），控制器保持S0不变。只有当S0的持续时间等于25秒时，TL=1，控制器发出状态转换信号ST（用条件输出框表示ST），并转换到下一个工作状态。依此类推可以弄懂ASM图所表达的含义。
3．单元电路的设计
（1）定时器
定时器由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，要求计数器在状态信号ST作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供模5的定时信号TY和模25的定时信号TL。
计数器选用集成电路74LS163进行设计较简便。74LS163是4位二进制同步计数器，它具有同步清零、同步置数的功能。74LS163的外引线排列图和时序波形图如图12、3所示，其功能表如表12、2所示。图中， 是低电平有效的同步清零输入端， 是低电平有效才同步并行置数控制端，CTp、CTT是计 图12、2 交通灯的ASM图数控制端，CO是进位输出端，D0～D3是并行数据输入端，Q0～Q 3是数据输出端。由两片74LS163级联组成的定时器电路如图12、4所示。电路的工作原理请自行分析。
（a）
图12、3 74LS163的外引线排列图和时序波形图
（2）控制器
控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。从ASM图可以列出控制器的状态转换表，如表12、3所示。选用两个D触发器FF1、FFO做为时序寄存器产生 4种状态，控制器状态转换的条件为TL和TY，当控制器处于Q1n+1Q0n+1＝ 00状态时，如果TL＝ 0，则控制器保持在00状态；如果，则控制器转换到Q1n+1Q0n+1＝ 01状态。这两种情况与条件TY无关，所以用无关项"X"表示。其余情况依次类推，同时表中还列出了状态转换信号ST。
图12、4 定时器电路图
表12、2 74LS163功能表
|
表12、3 控制器状态转换表
根据表12、3、可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将Q1n+1、Q0n+1和 ST为1的项所对应的输人或状态转换条件变量相与，其中"1"用原变量表示，"0"用反变量表示，然后将各与项相或，即可得到下面的方程：
根据以上方程，选用数据选择器 74LS153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的现态值（ ）加到74LS153的数据选择输入端作为控制信号．即可实现控制器的功能。控制器的逻辑图如图12、5所示。图中R、C构成上电复位电路 。
图 12、5控制器逻辑图
（3）译码器
译码器的主要任务是将控制器的输出 Q1、 Q0的4种工作状态，翻译成甲、乙车道上6个信号灯的工作状态。控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如表 12、4所示。实现上述关系的译码电路请读者自行设计。
四、实验仪器设备
1． 数字电路实验箱
2． 集成电路74LS74 1片，74LS10 1片，74LS00 2片，74LS153 2片，74LS163 2片，NE555 1片
3． 电阻 51KΩ 1只，200Ω 6只
4． 电容 10Uf 1只
5． 其它 发光二极管 6只
五、实验内容及方法
表12、4控制器状态编码与信号灯关系表
状态 AG AY AR BG BY BR
00 1 0 0 0 0 1
01 0 1 0 0 0 1
10 0 0 1 1 0 0
11 0 0 1 0 1 0
1．设计、组装译码器电路，其输出接甲、乙车道上的6只信号灯（实验时用发光二极管代替），验证电路的逻辑功能。
2．设计、组装秒脉冲产生电路。
3．组装、调试定时电路。当 CP信号为 1Hz正方波时，画出CP、 Q0、 Q1、 Q2、Q3、Q4、TL．、TY的波形，并注意它们之间一的时序关系。
4．组装、调试控制器电路。
5．完成交通灯控制电路的联调，并测试其功能。
