电子技术第七章
555定时器数字电路部分第七章 555定时器
7.1 555定时器的工作原理
7.2 555定时器的典型应用电路
555定时器是一种用途广泛的模拟数字混合集成电路。
它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器、压控振荡器等多种应用电路。
8
7
6
5
4
3
2
1
GND
TL
TH
VCC Rd
uo
图 1 555定时器电路框图 图 2 555定时器符号图
7.1 555定时器的工作原理地低触发端高触发端放电端电源端 清零端输出端电压控制端
1
6
+
-
-
+
+
+
2
5
8
G N D
TL
TH
CV
3
1
3
1
V
CC
V
CC
4
R d
1?
1?
1? 1 3
7
OUT
D I S
V CC
DIS
CV
1
6
+
-
-
+
+
+
2
5
8
G N D
TL
TH
CV
4
R
d
1?
1?
1? 1 3
7
OUT
D I S
V
CC
A1
A2
555定时器主要由比较器、触发器、反相器和由三个
5k?电阻组成的分压器 等部分构成，电路如图所示。
电阻分压器比较器触发器 反相器图 3 555定时器电路框图
CC31V
CC32V
5脚悬空时电压比较器的功能：
v+> v-,vO=1
v+< v-,vO=0
真值表的第一行
0
1
6
+
-
-
+
+
+
2
5
8
G N D
TL
TH
CV
4
R
d
1?
1?
1? 1 3
7
OUT
D I S
V
CC
A1
A2
CC
3
2
V
CC
3
1
V
0
1
1 0
导通清零
0
保持保持
TH TL R d O U T D I S
CC
3
2
V?
CC
3
1
V?
CC
3
1
V?CC
3
2
V?
CC
3
2
V?
CC
3
1
V?
L L
通
H
H
H 断表 2 2 - 1 5 5 5 定时器功能表通L
H
保持保持
0
1 0
1
1
真值表的第二行
CC31V?
CC32V?
从第二行到第三行
CC32V
导通
CC?
CC31V?
0
真值表的第四行
32V
1 0
1
0
1
0 1
截止从第四行返回第三行
CC
CC
保持保持截止回差现象
×
7.2 555定时器的典型应用电路
7.2.1 单稳态触发器 单稳态触发器 —— 有一个稳态和一个暂稳态；在触发脉冲作用下，由稳态翻转到暂稳态；暂稳状态维持一段时间后，自动返回到稳态。
V
CC
R
C C
1
2
3
4
5
6
7
8
5 5 5
5
uo
t
u
i
t
u c
t
u
o
O
O
O
图 4 单稳态触发器电路图 图 5 单稳态触发器的波形图
CC32V
iu
输入触发信号加至低触发端，要求：为负脉冲且低电平小于 1/3vdd.
控制端通过电容接地，以防干扰。
1、静止期,触发信号 uI处于高电平，电路处于 稳态,uO为低电平
，放电管 V导通，定时电容 C两端电压 uC=0。
R
＋
－
A
∞
△
U
A
＋
－
B
∞
△
U
B
V
≥1 Q
≥1
Q
≥1 1 1 u O
( a )
0
.0
1
F
C
u
I
U
DD
u
I
U
DD
1
3
U
DD
1
3
U
DD
2
3
u
C
U
DD
T
W
u
O
( b )
1
1、工作原理 静止期,触发信号 uI处于高电平，电路处于 稳态,uO为低电平，
放电管 V导通，定时电容 C两端电压 uC=0。
工作期,外界触发信号 uI加进来，要求为负脉冲且低电平应小于,比较器输出
UB为高电平,UA为低电平,使 uO为高电平，且放电管截止，电源 UDD通过定时电阻
R对定时电容充电，这是一个 暂态 问题，只要写出三要素即可。 三要素如下：
DDU31
RC
Uu
u
DDC
C
)(
0)0(
)(U)(U
)0(U)(U
1
)](U)0(U[)(U)(U
t
nt
et
t
由于比较器 A,B的存在,uC不可能充至 UDD 。 当 uC充至大于,但小于 时,UA=UB均为低电平,RS触发器处于保持态,即 Q=1,,电路仍处于 uO=高电平,放电管仍处于截止,
电容继续充电 。
当 时,UA=1,UB=0,则 Q=0,Q=1,uO=0,放电管导通,
电容通过放电管很快放电,进入恢复期 。 由于外界触发脉冲加进来,
电路 uO由低电平变为高电平到再次变为低电平这段时间就是暂稳态时间,其暂稳态时间 TW计算如下：
DDU31 DDU32
DDC Uu 3
2?
0?Q
R
＋
－
A
∞
△
U
A
＋
－
B
∞
△
U
B
V
≥1 Q
≥1
Q
≥1 1 1 u O
( a )
0
.0
1
F
C
u
I
U
DD
u
I
U
DD
1
3
U
DD
1
3
U
DD
2
3
u
C
U
DD
T
W
u
O
( b )
1
2、单稳态触发器暂稳态时间的计算：
根据 uC的波形，由过渡过程公式即可计算出暂稳态时间 tw,tw电容 C从
0V充电到 2 VCC /3的时间，
根据三要素方程：
τ-cccc )]e()0([)()( tuuutu
RCRCt 1.1ln 3w
为此需要确定三要素：
uC (0) =0V,uC (∞) =VCC,?=RC,当
t= tw时,uC (tw) =2 VCC /3代入公式。于是可解出
V
CC
R
C C
1
2
3
4
5
6
7
8
5 5 5
5
)(U)(U
)0(U)(U
1
)](U)0(U[)(U)(U
t
nt
et
t
3、单稳态触发器的应用
1） 延时与定时
（ 1） 延时图中,v/O的下降沿比 vI的下降沿滞后了时间 tW。
（ 2） 定时当 v/O=1时,与门打开,
vO= vF。 当 v/O=0时,
与门关闭,vO为低电平 。
显然与门打开的时间是恒定不变的,就是单稳输出脉冲 v/O的宽度 tW。
1 &
v I Ov
v O
单稳 与门
v F
t
W
v
I
v
O
v
F
O
v
2） 整形单稳态触发器能够把不规则的输入信号 vI，整形成为幅度和宽度都相同的标准矩形脉冲 vO。 vO的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度 tW决定于暂稳态时间。
I
v
t
WOv
7.2.2 555定时器构成多谐振荡器
555定时器构成多谐振荡器构成的多谐振荡器如图 6所示。它是将两个触发端 2角和 6角合并在一起，放电端 7角接于两电阻之间。 多谐振荡器 —
— 能产生矩形脉冲波的自激振荡器。有两个暂态，无稳态。
图 6 多谐振荡器的波形
V CC
u o
R
R
C C
A
B
1
2
3
4
5
6
7
8
555
5
uc
t
uc
t
uoO
O
CC32V
CC31V
TH TL Rd OUT DIS
CC3
2V?
CC3
1V?
CC3
1V?
CC3
2V?
CC3
2V?
CC3
1V?
L L 通
H
H
H 断通L
H
保持保持
1、多谐振荡器参数的计算
t
uc
t
uoO
O
CC32V
CC31V
tw1 tw2
%1 0 0%1 0 0
)2(
44.11
)2(7.0
w11
BA
BAw2w1
T
t
T
T
D
CRRT
f
CRRttT
输出波形的振荡周期可用过渡过程公式计算：
tw1,uC (0) = VCC /3 V、
uC (∞) =VCC,?1=(RA+ RB)C,当
t= tw1时,uC (tw1) =2 VCC /3代入三要素方程。于是可解出
CRRt )0,7 ( BAw1t
w2,uC (0) = 2VCC /3 V,uC (∞)
=0V,?1= RBC,当 t= tw2时,uC (tw2)
=VCC /3代入公式。于是可解出
CRt Bw2 0,7?
)(U)(U
)0(U)(U1
)](U)0(U[)(U)(U
t
nt
et
t
V CC
u o
R
R
C C
A
B
1
2
3
4
5
6
7
8
555
5
7.2.3 555定时器构成施密特触发器
555定时器构成施密特触发器的电路图如图 7所示,施密特触发器属于波形变换电路，该电路可以将正弦波、三角波、锯齿波变为脉冲信号。
uo2
ui
uo1
V C C 1
R
C
1
2
3
4
5
6
7
8
5 5 5
5
V C C 2
图 7 施密特触发器电路图施密特触发器的工作原理和多谐振荡器基本一致，无原则不同。只不过多谐振荡器是靠电容器的充放电去控制电路状态的翻转，而施密特触发器是靠外加电压信号去控制电路状态的翻转。所以，
在施密特触发器中，外加信号的高电平必须大于,低电平必须小于,否则电路不能翻转。
CC32V CC31V
TH TL Rd OUT DIS
CC3
2V?
CC3
1V?
CC3
1V?
CC3
2V?
CC3
2V?
CC3
1V?
L L 通
H
H
H 断通L
H
保持保持
1、电路组成
84
7
6
3
15
2
u
I
U
DD
A u O
( a )
u
O
0
u
I
U
TH
U
DD
1
3
U
DD
2
3
U
TL
t
t
( b )
u
I
U
TH
U
TL
u
O
( c )
0
0
图 8 施密特电路当 uI上升时，引起电路状态改变，由高电平变为低电平的输入电压为 ；当 uI下降时，引起电路状态变化，由低电平变为高电平的输入电压为 。 这二者之差称为回差电压，即
DDTH UU 3
2?
DDTL UU 3
1?
TLTHT UUUD
主要静态参数
（ a） 上限阈值电压 VT+—— vI上升过程中,输出电压 vO由高电平 VOH
跳变到低电平 VOL时,所对应的输入电压值 。 VT+=2/3VCC。
（ b） 下限阈值电压 VT — —— vI下降过程中,vO由低电平 VOL跳变到高电平 VOH时,所对应的输入电压值 。 VT— =1 /3VCC。
（ 3） 回差电压 ΔVT ΔVT= VT+－ VT— =1 /3VCC
2,主要参数施密特触发器的输出波形如下,u
i
0
0
uO
t
t
2VCC/3
1VCC/3
图 10 施密特触发器的波形图
3、应用,施密特触发器的主要用于对输入波形的整形
。图 10表示的是将三角波整形为方波,其它形状的输入波形也可以整形为方波。
V C C 1
u o1
R
C
1
2
3
4
5
6
7
8
5 5 5
5
u i
V C C 2
u o2
图 9 施密特触发器电路图例 1.555集成电路,改变电压控制端 (引脚 5)的电压可改 ( )
A.高触发端,低触发端的电平 B.555定时电路的高低电平
C.开关放电管的开关电平 D.臵,0”端 R的电平例 2.555定时电路 R端的作用是什麽?
答,它的作用是,复,0”.不管 555定时电路是何种状态,只要 R输入为低电平,输出即为低电平；只有它输入为高电平时定时电路才工作。
例 3.施密特电路具有 ( )
A.一个稳定状态 B.两个稳定状态 C.三个稳定状态 D.没有稳定状态
19
第七章结束电子技术数字电路部分
555定时器数字电路部分第七章 555定时器
7.1 555定时器的工作原理
7.2 555定时器的典型应用电路
555定时器是一种用途广泛的模拟数字混合集成电路。
它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器、压控振荡器等多种应用电路。
8
7
6
5
4
3
2
1
GND
TL
TH
VCC Rd
uo
图 1 555定时器电路框图 图 2 555定时器符号图
7.1 555定时器的工作原理地低触发端高触发端放电端电源端 清零端输出端电压控制端
1
6
+
-
-
+
+
+
2
5
8
G N D
TL
TH
CV
3
1
3
1
V
CC
V
CC
4
R d
1?
1?
1? 1 3
7
OUT
D I S
V CC
DIS
CV
1
6
+
-
-
+
+
+
2
5
8
G N D
TL
TH
CV
4
R
d
1?
1?
1? 1 3
7
OUT
D I S
V
CC
A1
A2
555定时器主要由比较器、触发器、反相器和由三个
5k?电阻组成的分压器 等部分构成，电路如图所示。
电阻分压器比较器触发器 反相器图 3 555定时器电路框图
CC31V
CC32V
5脚悬空时电压比较器的功能：
v+> v-,vO=1
v+< v-,vO=0
真值表的第一行
0
1
6
+
-
-
+
+
+
2
5
8
G N D
TL
TH
CV
4
R
d
1?
1?
1? 1 3
7
OUT
D I S
V
CC
A1
A2
CC
3
2
V
CC
3
1
V
0
1
1 0
导通清零
0
保持保持
TH TL R d O U T D I S
CC
3
2
V?
CC
3
1
V?
CC
3
1
V?CC
3
2
V?
CC
3
2
V?
CC
3
1
V?
L L
通
H
H
H 断表 2 2 - 1 5 5 5 定时器功能表通L
H
保持保持
0
1 0
1
1
真值表的第二行
CC31V?
CC32V?
从第二行到第三行
CC32V
导通
CC?
CC31V?
0
真值表的第四行
32V
1 0
1
0
1
0 1
截止从第四行返回第三行
CC
CC
保持保持截止回差现象
×
7.2 555定时器的典型应用电路
7.2.1 单稳态触发器 单稳态触发器 —— 有一个稳态和一个暂稳态；在触发脉冲作用下，由稳态翻转到暂稳态；暂稳状态维持一段时间后，自动返回到稳态。
V
CC
R
C C
1
2
3
4
5
6
7
8
5 5 5
5
uo
t
u
i
t
u c
t
u
o
O
O
O
图 4 单稳态触发器电路图 图 5 单稳态触发器的波形图
CC32V
iu
输入触发信号加至低触发端，要求：为负脉冲且低电平小于 1/3vdd.
控制端通过电容接地，以防干扰。
1、静止期,触发信号 uI处于高电平，电路处于 稳态,uO为低电平
，放电管 V导通，定时电容 C两端电压 uC=0。
R
＋
－
A
∞
△
U
A
＋
－
B
∞
△
U
B
V
≥1 Q
≥1
Q
≥1 1 1 u O
( a )
0
.0
1
F
C
u
I
U
DD
u
I
U
DD
1
3
U
DD
1
3
U
DD
2
3
u
C
U
DD
T
W
u
O
( b )
1
1、工作原理 静止期,触发信号 uI处于高电平，电路处于 稳态,uO为低电平，
放电管 V导通，定时电容 C两端电压 uC=0。
工作期,外界触发信号 uI加进来，要求为负脉冲且低电平应小于,比较器输出
UB为高电平,UA为低电平,使 uO为高电平，且放电管截止，电源 UDD通过定时电阻
R对定时电容充电，这是一个 暂态 问题，只要写出三要素即可。 三要素如下：
DDU31
RC
Uu
u
DDC
C
)(
0)0(
)(U)(U
)0(U)(U
1
)](U)0(U[)(U)(U
t
nt
et
t
由于比较器 A,B的存在,uC不可能充至 UDD 。 当 uC充至大于,但小于 时,UA=UB均为低电平,RS触发器处于保持态,即 Q=1,,电路仍处于 uO=高电平,放电管仍处于截止,
电容继续充电 。
当 时,UA=1,UB=0,则 Q=0,Q=1,uO=0,放电管导通,
电容通过放电管很快放电,进入恢复期 。 由于外界触发脉冲加进来,
电路 uO由低电平变为高电平到再次变为低电平这段时间就是暂稳态时间,其暂稳态时间 TW计算如下：
DDU31 DDU32
DDC Uu 3
2?
0?Q
R
＋
－
A
∞
△
U
A
＋
－
B
∞
△
U
B
V
≥1 Q
≥1
Q
≥1 1 1 u O
( a )
0
.0
1
F
C
u
I
U
DD
u
I
U
DD
1
3
U
DD
1
3
U
DD
2
3
u
C
U
DD
T
W
u
O
( b )
1
2、单稳态触发器暂稳态时间的计算：
根据 uC的波形，由过渡过程公式即可计算出暂稳态时间 tw,tw电容 C从
0V充电到 2 VCC /3的时间，
根据三要素方程：
τ-cccc )]e()0([)()( tuuutu
RCRCt 1.1ln 3w
为此需要确定三要素：
uC (0) =0V,uC (∞) =VCC,?=RC,当
t= tw时,uC (tw) =2 VCC /3代入公式。于是可解出
V
CC
R
C C
1
2
3
4
5
6
7
8
5 5 5
5
)(U)(U
)0(U)(U
1
)](U)0(U[)(U)(U
t
nt
et
t
3、单稳态触发器的应用
1） 延时与定时
（ 1） 延时图中,v/O的下降沿比 vI的下降沿滞后了时间 tW。
（ 2） 定时当 v/O=1时,与门打开,
vO= vF。 当 v/O=0时,
与门关闭,vO为低电平 。
显然与门打开的时间是恒定不变的,就是单稳输出脉冲 v/O的宽度 tW。
1 &
v I Ov
v O
单稳 与门
v F
t
W
v
I
v
O
v
F
O
v
2） 整形单稳态触发器能够把不规则的输入信号 vI，整形成为幅度和宽度都相同的标准矩形脉冲 vO。 vO的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度 tW决定于暂稳态时间。
I
v
t
WOv
7.2.2 555定时器构成多谐振荡器
555定时器构成多谐振荡器构成的多谐振荡器如图 6所示。它是将两个触发端 2角和 6角合并在一起，放电端 7角接于两电阻之间。 多谐振荡器 —
— 能产生矩形脉冲波的自激振荡器。有两个暂态，无稳态。
图 6 多谐振荡器的波形
V CC
u o
R
R
C C
A
B
1
2
3
4
5
6
7
8
555
5
uc
t
uc
t
uoO
O
CC32V
CC31V
TH TL Rd OUT DIS
CC3
2V?
CC3
1V?
CC3
1V?
CC3
2V?
CC3
2V?
CC3
1V?
L L 通
H
H
H 断通L
H
保持保持
1、多谐振荡器参数的计算
t
uc
t
uoO
O
CC32V
CC31V
tw1 tw2
%1 0 0%1 0 0
)2(
44.11
)2(7.0
w11
BA
BAw2w1
T
t
T
T
D
CRRT
f
CRRttT
输出波形的振荡周期可用过渡过程公式计算：
tw1,uC (0) = VCC /3 V、
uC (∞) =VCC,?1=(RA+ RB)C,当
t= tw1时,uC (tw1) =2 VCC /3代入三要素方程。于是可解出
CRRt )0,7 ( BAw1t
w2,uC (0) = 2VCC /3 V,uC (∞)
=0V,?1= RBC,当 t= tw2时,uC (tw2)
=VCC /3代入公式。于是可解出
CRt Bw2 0,7?
)(U)(U
)0(U)(U1
)](U)0(U[)(U)(U
t
nt
et
t
V CC
u o
R
R
C C
A
B
1
2
3
4
5
6
7
8
555
5
7.2.3 555定时器构成施密特触发器
555定时器构成施密特触发器的电路图如图 7所示,施密特触发器属于波形变换电路，该电路可以将正弦波、三角波、锯齿波变为脉冲信号。
uo2
ui
uo1
V C C 1
R
C
1
2
3
4
5
6
7
8
5 5 5
5
V C C 2
图 7 施密特触发器电路图施密特触发器的工作原理和多谐振荡器基本一致，无原则不同。只不过多谐振荡器是靠电容器的充放电去控制电路状态的翻转，而施密特触发器是靠外加电压信号去控制电路状态的翻转。所以，
在施密特触发器中，外加信号的高电平必须大于,低电平必须小于,否则电路不能翻转。
CC32V CC31V
TH TL Rd OUT DIS
CC3
2V?
CC3
1V?
CC3
1V?
CC3
2V?
CC3
2V?
CC3
1V?
L L 通
H
H
H 断通L
H
保持保持
1、电路组成
84
7
6
3
15
2
u
I
U
DD
A u O
( a )
u
O
0
u
I
U
TH
U
DD
1
3
U
DD
2
3
U
TL
t
t
( b )
u
I
U
TH
U
TL
u
O
( c )
0
0
图 8 施密特电路当 uI上升时，引起电路状态改变，由高电平变为低电平的输入电压为 ；当 uI下降时，引起电路状态变化，由低电平变为高电平的输入电压为 。 这二者之差称为回差电压，即
DDTH UU 3
2?
DDTL UU 3
1?
TLTHT UUUD
主要静态参数
（ a） 上限阈值电压 VT+—— vI上升过程中,输出电压 vO由高电平 VOH
跳变到低电平 VOL时,所对应的输入电压值 。 VT+=2/3VCC。
（ b） 下限阈值电压 VT — —— vI下降过程中,vO由低电平 VOL跳变到高电平 VOH时,所对应的输入电压值 。 VT— =1 /3VCC。
（ 3） 回差电压 ΔVT ΔVT= VT+－ VT— =1 /3VCC
2,主要参数施密特触发器的输出波形如下,u
i
0
0
uO
t
t
2VCC/3
1VCC/3
图 10 施密特触发器的波形图
3、应用,施密特触发器的主要用于对输入波形的整形
。图 10表示的是将三角波整形为方波,其它形状的输入波形也可以整形为方波。
V C C 1
u o1
R
C
1
2
3
4
5
6
7
8
5 5 5
5
u i
V C C 2
u o2
图 9 施密特触发器电路图例 1.555集成电路,改变电压控制端 (引脚 5)的电压可改 ( )
A.高触发端,低触发端的电平 B.555定时电路的高低电平
C.开关放电管的开关电平 D.臵,0”端 R的电平例 2.555定时电路 R端的作用是什麽?
答,它的作用是,复,0”.不管 555定时电路是何种状态,只要 R输入为低电平,输出即为低电平；只有它输入为高电平时定时电路才工作。
例 3.施密特电路具有 ( )
A.一个稳定状态 B.两个稳定状态 C.三个稳定状态 D.没有稳定状态
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第七章结束电子技术数字电路部分
