模块六 脉冲信号的产生与整形
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模块六 脉冲信号的产生与整形. —— 项目 8 变音门铃电路 —— 项目 9 警铃电路. 工作任务 任务 1 ：多谐振荡器的制作 任务 2 ：施密特触发器的制作 任务 3 ：变音门铃电路的设计与仿真 任务 4 ：警铃电路的设计与仿真 学习目标 1 、掌握施密特触发器电路工作原理 2 、掌握单稳态触发器电路工作原理 3 、掌握多谐振荡器电路工作原理 4 、掌握应用 555 集成定时器的应用. 6.1 概 述. 主要要求：. 了解脉冲信号产生与整形的方法。. 了解多谐振荡器的常用电路及其工作原理。. 了解 施密特触发器和单稳态触发器的逻辑 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
模块六 脉冲信号的产生与整形—— 项目 8 变音门铃电路—— 项目 9 警铃电路
工作任务任务 1 ：多谐振荡器的制作任务 2 ：施密特触发器的制作任务 3 ：变音门铃电路的设计与仿真任务 4 ：警铃电路的设计与仿真
学习目标1 、掌握施密特触发器电路工作原理2 、掌握单稳态触发器电路工作原理3 、掌握多谐振荡器电路工作原理4 、掌握应用 555 集成定时器的应用
主要要求：
了解脉冲信号产生与整形的方法。
了解多谐振荡器的常用电路及其工作原理。
6.1 概 述
了解施密特触发器和单稳态触发器的逻辑
功能、工作特点和典型应用。
常用的有施密特触发器和单稳态触发器。
一、脉冲信号产生与整形的方法 获取脉冲信号
的方法
脉冲信号产生与整形电路的实现
是一种多用途集成电路，只要外接少量阻容元件就可构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等，使用方便、灵活，应用广泛。
用多谐振荡器直接产生。 用整形电路对已有波形进行整形、变换。
施密特触发器 主要用以将缓慢变化或快速变化的非矩形脉冲变换成陡峭的矩形脉冲。
单稳态触发器 主要用以将宽度不符合要求的脉冲变换成符合要求的矩形脉冲。
用门电路构成。 用专用的集成电路。 用 555 定时器构成。
UOL
UOH
二、施密特触发器 ( 一 ) 施密特触发器的特性和符号
UT = UT+ - UT-回差电压
施密特触发器工作特点
(1) 允许输入信号为缓慢变化的信号。 (2) 有两个阈值电压。 (3) 有两个稳态。
UT+UT+
O
uO
uIUT-UT-
正向阈值电压负向阈值电压
当 uI 从小增大时，经过 UT+ 处才能使输出发生跃变。
当 uI 从大减小时，经过 UT- 处才能使输出发生跃变。
Schmitt Trigger
UOL
UOH
UT+UT+
O
uO
uIUT-UT-
uOuOuI
uI
具有施密特特性的与非门符号
O
uI
t
uO
UT+UT+
UT-UT-
O t
( 二 ) 施密特触发器应用举例 波形变换 将三角波、正弦波和其它
不规则信号变换成矩形脉冲。
UOH
UOL
uI > UT+ 后， uO = UOL,只有当 uI 下降到经过 UT-
时， uO 才会发生跃变。
uI < UT- 后， uO = UOH
只有当 uI 上升到经过 UT+
时， uO 才会发生跃变。
脉冲整形 将受到干扰的或不符合边沿要求的信号整形成较好的矩形脉冲。
O
uI
t
O
uO
t
UT+UT+
UT-UT-
O
uI
t
uO
UT+UT+
UT-UT-
O t
脉冲幅度鉴别
鉴别并取出幅度大于 UT+ 的脉冲。
UOL
UOH
即距形脉冲产生电路，由于距形脉冲中含有丰富的谐波分量，故常称多谐振荡器。 (1) 不需输入信号。
(2) 无稳定状态，只有两个暂稳态。
三、多谐振荡器 ( 一 ) 多谐振荡器的工作特点和符号
通过电容的充电和放电，使两个暂稳态相互交替，从而产生自激振荡，输出周期性的矩形脉冲信号。
G uO
工作特点
Astable Multivibrator
( 二 ) 对称多谐振荡器
uI1
C1
G1
uI2uO1uOuO2
C2
G2
RF1 RF2RF1 RF2
形成正反馈回路
工作波形
O
uO2
t
O
uO1
t
UOHUOH
UOLUOL
UOH
UOL
uI2
UTH
O tUTH
uI1
tO
输出波形
合理取值，使 G1 、 G2 门工作在电压传输特性的转折区，使两个反相器都工作于放大状态。
通过 RC 电路的充放电作用自动控制 uI1 、 uI2 波形的变化，从而控制 G1 、 G2 门交替开通和关闭，使电路输出周期性的矩形脉冲。
( 二 ) 对称多谐振荡器
uI1
C1
G1
uI2uO1uOuO2
C2
G2
RF1 RF2RF1 RF2
振荡周期的估算取 RF1 = RF2 = RF ， C1 = C2 = C ， UTH = 1.4 V ， UOH = 3.6 V ， UOL = 0.3 V则可输出占空比 50% 的矩形波。T = 2tW 1.4 RFC
脉冲宽度
工作波形
O
uO2
t
O
uO1
t
UOHUOH
UOLUOL
UOH
UOL
uI2
UTH
O tUTH
uI1
tO
C
uOuO
uCuC
RR
--++
ENEN
( 三 ) 施密特触发器组成的多谐振荡器
设电容初始电压 uC(0) = 0 。则接通电源后 uO 输出高电平 UOH ，输出端通过 R 向电容 C 充电，使 uC 升高。
C
uOuO
uCuC
RR
--++
工作原理
EN
EN = 0 时， uO = 1 ，多谐振荡器不工作； EN = 1 时，不影响振荡器电路工作，下面分析时省略它。
0UOH
充电
C
uOuO
uCuC
RR
--++
O t
O
uO
t
UT+UT+
UT-UT-
UOL
UOH
C
uOuO
uCuC
RR
--++
UC
当 uC 上升到 UT+ 时，施密特触发器状态翻转， uO 跃变为低电平 UO
L 。这时 C 经 R 和施密特触发器的输出电阻 RO 放电，使 uC 下降。
C 充电，使 uC 上升，在到达 UT+ 之前 uO = UOH 。
C
uOuO
uCuC
RR
--++
O t
O
uO
t
UT+UT+
UT-UT-
UOL
UOH
C
uOuO
uCuC
RR
--++
UC
uC≥UT+ UOL
C
uOuO
uCuC
RR
ENEN
--++
O
uC
t
O
uO
t
UT+UT+
UT-UT-
UOL
UOH
( 三 ) 施密特触发器组成的多谐振荡器
当 uC 下降到 UT- 时，触发器又翻转， uO 重新跃变为高电平 UOH ，电路又充电。
C
uOuO
uCuC
RR
--++
uC≤UT- UOH
充电
UT-UT-
UT+UT+
C 放电，使 uC 下降，在到达 UT- 之前 uO = UOL 。
电容如此周而复始地充电和放电，电路便产生了振荡，输出周期性矩形波。
振荡频率与充放电元件值 R 、 C 及 VDD 、 UT+ 、 UT- 有关。
C1
G1
uO
C2
G2
RF
并联石英晶体多谐振荡器
(四 )石英晶体多谐振荡器 振荡频率稳定
G1 G2
RF
通常取 5 ~ 10 M ，使 G1 门工作在电压传输特性的转折区，使 G1 门放大工作。
选频和形成正反馈。振荡频率 晶体频率
采用 CMOS 门
调节 C1 可微调振荡频率；调节 C1 、 C2 比值可调节反馈系数。
改善输出波形的前沿和后沿，使输出较理想矩形波。
振荡产生电路
四、单稳态触发器 ( 一 ) 工作特点与电路符号
有一个稳态和一个暂稳态。无外触发脉冲输入时，电路处于稳态；在外触发脉冲作用下，电路将从稳态翻转到暂稳态，经一段时间后，电路又自动返回到原来的稳态。
工作特点
暂稳态时间长短取决于电路本身的参数，与外加触发脉冲无关。
monostable flip-flop
单稳态触发器
暂稳态期间如再次被触发，对原暂稳时间无影响，输出脉冲宽度 tW 仍从第一次触发开始计算。
暂稳态期间如再次被触发，输出脉冲宽度可在此前暂稳态时间的基础上再展宽 tW 。
可重复触发型
不可重复触发型
uOuI
1
uOuI
限定符号“ 1 ”表示不可重复触发型单稳态触发器。
限定符号“ ”表示可重复触发型单稳态触发器。
下面通过工作波形的分析来说明可重复触发型和不可重复触发型触发器的区别。
单稳工作波形举例
不可重复触发
型
单稳输出波形
可重复触发
型
单稳输出波
形
输入波形
O
uI
t
O
uO
t
O
uO
t
tW
tW
tW
tW
暂稳态期间不能再次触发。
暂稳态期间能再次触发。其输出脉宽将在原暂稳态时间基础上再展宽 tW 。
触发脉冲到来时，输出翻转为暂稳态，经暂稳态持续时间 tW 后重新自动回到稳态。
外触发脉冲未来时，输出为稳态。
外接元件和连线少，触发方式灵活，既可用输入脉冲的正跃变触发，又可用负跃变触发，使用十分方便，而且工作稳定性好。因此应用很广泛。
( 二 ) 集成单稳态触发器1. TTL 不可重复触发型单稳态触发器 CT74121 的逻辑符
号 有 3 个触发信号输入端， TR-A
和 TR-B 用负脉冲触发， TR+ 用正脉冲触发。
有 2 个互补输出端TR+
TR-B
TR-A
Q
Q
RI CX RX/CX
Rint Cext Rext/Cext
RI CX RX/CX
不可重复触发型单稳的限定符号
外接定时元件端 “×”号表示非逻辑连接，即没有任何逻辑信息的连接，例如外接 R 、 C 和 VCC
等。
如何使用 Rint 、 Cext 和 Rext / Cext 端？
RI CX RX/CX
TR+
TR-B
TR-A
Q
Q
悬空不接 Cext Rext
VCC
一般接法
tW 0.7 RextCext
通常取：Rext = 2 ~ 40 k ，Cext = 10 pF ~ 10 F 。
当输出脉宽很小时，可用内部电阻 Rint = 2 k取代 Rext ，接法如下：
RI CX RX/CX
TR+
TR-B
TR-A
Q
Q
Cext+VCC
tW 0.7 RintCext
那么 CT74121 的触发信号应如何加呢？
通过对 CT74121 功能表的分析就可知道触发端的用法。
欲负脉冲触发，则将触发脉冲从 TR-A 或 TR-B
加入，而 TR+ 接 1 。
欲正脉冲触发，则将触发脉冲从 TR+ 加入，而 TR-A
和 TR-B 至少有一接 0 。
可见， CT74121 可正脉冲触发，也可负脉冲触发。
0××0
11111
10×11100××1010×101×0QQTR+TR-BTR-A
输 出输 入CT74121 的功能表
负脉冲触发应用举例
RI CX RX/CXTR+
TR-B
TR-A
Q
Q
+VCC
+VCC
QTR-B
正脉冲触发应用举例
RI CX RX/CX
uO
+VCC
uIuI
uO
2. CT74121 逻辑功能的分析与应用
CT74121 的功能表
0××0
11111
10×11100××1010×101×0QQTR+TR-BTR-A
输 出输 入
经过长距离传输后，脉冲信号的边沿会变差或波形上叠加某些干扰，利用整形可使其变成符合要求的波形。
( 三 ) 单稳态触发器应用举例
2. 脉冲定时
1. 脉冲整形
因此，利用单稳态触发器可以控制门开通与否以及开通多长时间。
uA
uB
uCuO
G
单稳态触发器组成的定时电路和工作波形
uA
uC
uB
uO
uC
门的定时时间即为单稳态触发器的暂稳态持续时间。
tW
uC 为与门 G 开通与否的控制信号。 uC = 1 ，门 G 开通，信号 uB 通过门 G 输出； uC = 0 ，门 G 关闭， uB 不能输出。
若已知 Rext = 10 k ， Cext = 1 F则可得 tW 0.7 RextCext = 7 ms
RI CX RX/CX
Q
+VCC
uI
RextCext
Q
O
uI
t
O
uO
t
脉冲展宽电路和工作波形
3. 脉冲展宽
tW
接成正脉冲触发方式
将窄脉冲展宽成宽度为 tW 的脉
冲
掌握用 555 定时器构成施密特触发器、单稳态
触发器和多谐振荡器的方法。
主要要求：
了解 555 定时器的电路结构，掌握其符号和功能。
7.2 555 定时器及其应用
555 定时器简介
555 定时器是一种结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路。它电源电压范围宽 (双极型 555
定时器为 5 ~ 16 V ， CMOS 555 定时器为 3 ~ 18 V) ，可提供与 TTL 及 CMOS 数字电路兼容的接口电平，还可输出一定功率，驱动微电机、指示灯、扬声器等。
TTL 单定时器型号的最后 3 位数字为 555 ，双定时器的为 556 ； CMOS 单定时器的最后 4 位数为 7555 ，双定时器的为 7556 。
一、 555 定时器的工作原理和逻辑功能
555 定时器的电路结构与符号
C1
C2
G3
Q
QG1
G2
R
S
VR
5 k
5 k
5 k
UR1
UR2
GND
VCC RD
OUT
CO
555TH
TR
DIS
电路符号
6
2
7
1
5
3
8 4
3 OUT输出端
8VCC
电源端
4RD
直接置 0端
DIS 7放电端
TH 6阈值输入端
TR 2触发输入端
CO 5控制电压输入端
GND1
接地端 集电极开路输出端
UR1
UR2
构成电阻分压器，为比较器 C1 、 C2 提供两个参考电压， U
R1 = 2/3VCC ， UR
2 = 1/3VCC 。
输出缓冲器 OUT = Q
构成基本 RS 触发器，决定电路输出。
放电管，其输入为Q ，输出为开路集电极。
Q
构成电压比较器，比较 TH 与 UR1 和 TR 与 UR2 的大小。
555 定时器的电路结构与符号
C1
C2
G3
Q
QG1
G2
R
S
VR
5 k
5 k
5 k
UR1
UR2
3 OUT输出端
8VCC
电源端
4RD
直接置 0端
DIS 7放电端
TH 6阈值输入端
TR 2触发输入端
CO 5控制电压输入端
GND1
接地端
UR1
UR2
Q
电阻分压器
电压比较器
基本 RS 触发器
复位输入端 (0)
输出缓冲反相器
集电极开路输出三极管
T
vo
vICvI1
vI2
vo’
C1
C2
+-
-+
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
R
S
&
5 k
5 k
5 k
& & 1
RDVCC
(8)
G
（ 1 ）电路组成
0
1 0
T
vo
vICvI1
vI2
vo’
C1
C2
+-
-+
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
R
S
&
5 k
5 k
5 k
& & 1
RDVCC
(8)
G
CC3
2V
CC3
1V
如果悬空
CC3
2V
CC3
1V
0
1
0
1 0CC3
2V
CC3
1V
1
0
1
1
0 1CC3
2V
CC3
1V
1
1
保持 保持
（（ 22）工作原理）工作原理
555555 定时器功能表定时器功能表
不变不变1
导通01
截止11
导通00××
放电管T
输出 (VO)
复位 (RD)触发输入 (VI
2)阈值输入 (VI1)
输 出输 入
CC3
1V
CC3
1V
CC3
1V
CC3
2V
CC3
2V
CC3
2V
555 定时器的工作原理与逻辑功能
10
1导通
定时器 5G555 的功能表
不变不变1
截止11
导通01
导通00
V 状态OUT = QRDTRTH输 出 输 入
× ×
CC32
V
CC32
V CC31
V
CC31
V
CC31
V
CC32
V
直接置 0 端 RD 低电平有效，优先级最高。不用时应使其为 1 。
不变不变1
截止11
导通01
导通00
V 状态OUT = QRDTRTH输 出 输 入
× ×
CC32
V
CC32
V CC31
V
CC31
V
CC31
V
CC32
V
定时器 5G555 的功能表
0
1导通
0
1
1
0
555 定时器的工作原理与逻辑功能
555 定时器的工作原理与逻辑功能
不变不变1
截止11
导通01
导通00
V 状态OUT = QRDTRTH输 出 输 入
× ×
CC32
V
CC32
V CC31
V
CC31
V
CC31
V
CC32
V
定时器 5G555 的功能表
1
0截止
1
0
0
1
555 定时器的工作原理与逻辑功能
不变不变1
截止11
导通01
导通00
V 状态OUT = QRDTRTH输 出 输 入
× ×
CC32
V
CC32
V CC31
V
CC31
V
CC31
V
CC32
V
定时器 5G555 的功能表
1
1
简化功能表
不变不变1
截止11
导通01
导通00
V 状态OUTRD
输 出 输 入TRTH
× ×
CC32
V
CC32
V CC31
V
CC31
V
CC31
V
CC32
V
使用要点
(1) RD 低电平有效 ,优先级最高， 不用时应接高电平。
通常不用 CO 端，为了提高电路工作稳定性，将其通过 0.01 F 电容接地。
(3) TR 低电平有效， TH 高电平 有效，因此， TH 加低电平、 TR 加高电平时为非有效电 平，电路状态不变。
(4) 输出 0 时， Q = 1 ，因此 V 导通；输出 1 时， Q = 0 ，故 V 截止。(5)注意：① TH 电平高低是与 2/3VCC 相比较， TR 电平高低是与
1/3VCC 相比较。②若控制输入端 CO 加输入电压 uCO ，则 UR1 = uC
O UR2 = uCO/2 ，故 TH 和 TR 电平高低的比较值将变成 uCO 和 uCO/2 。
(2)TH 和 TR 均为高电平时输出 0 ，均为低电平时输出 1 。
二、用 555 定时器组成施密特触发器
0
uO
uI
UOL
1/3VCC 2/3VCC
UOH
当 TH=TR=uI>2/3VCC
时
电压传输特性为反相输出的滞回特性
uI uO
当 TH=TR=uI<1/3VCC
时
1/3VCC0
当 1/3VCC < TH=TR=uI<2/3VCC 时当 uI<1/3VCC
时当 uI 由高电平逐渐下降，且 1/3VCC <uI<1/3VCC 时
不变不变1
截止11
导通01
导通00
V 状态OUTRD
输 出 输 入TRTH
× ×
CC32
V
CC32
V CC31
V
CC31
V
CC31
V
CC32
V
0
uO
uI
UOL
1/3VCC 2/3VCC
UOH
UT+ = 2/3 VCC
UT- = 1/3 VCC
UT = UT+ - UT- = 1/3 VCC
O
uO/V
t
[例 ] 试对应输入波形画出下图中输出波形。
1
8 43
5
555
7
+12V
0.01 F
uI uO
2
6
0
uI/V
t
2468
10TH
TRuI uO
+12V
UT+
UT-a
b
c
d
ef
UOH解：UT+ = 2/3 VCC = 8 V
UT- = 1/3 VCC = 4 V
因此可画出输出波形为
电路构成反相输出的施密特触发器
GND
VCC RD
OUT
CO
555
TH
TR
DIS
VCC
0.01 F
R
C
uI
uO
uC
-
+
三、用 555 定时器组成单稳态触发器 ( 一 ) 电路结构
DIS
TH
VCC
R
R 、 C 为定时元件
TRuI
OUT uO
GND
VCC RD
CO
0.01 FCuC
-
+
( 二 ) 工作原理、工作波形与参数估算
1. 稳定状态
接通电源后 VCC 经 R 向 C 充电，使 uC 上升。
uC
O t
O
uO
tUOL
UOH tWO
CC32
V
O t
UIH
CC31
V
uI tWI
VCC
该电路触发信号为负脉冲，不加触发信号时， uI = UIH ( 应 > 1/3 VCC) 。
当 uC ≥ 2/3 VCC 时，满足TR = uI > 1/3 VCC ， TH = uI ≥ 2/3 VCC,因此 uO 为低电平， V 导通，电容 C 经放电管 V 迅速放电完毕， uC 0 V 。 这时 TR = UIH > 1/3 VCC ， TH = uC 0 < 2/3 VCC ， uO 保持低电平不变。因此，稳态时 uC 0 V ， uO 为低电平。
充电 工作原理
导通放电V
uC
O t
O
uO
tUOL
UOH tWO
CC32
V
O t
UIH
CC31
V
uI tWI
VCC
0VUOLUIH
2. 触发进入暂稳态 ( 二 ) 工作原理、工作波形与参数估算
uC
O t
O
uO
tUOL
UOH tWO
CC32
V
O t
UIH
CC31
V
uI tWI
VCC
当输入 uI 由高电平跃变为低电平( 应 < 1/3 VCC ) 时，使 TR = UIL<1/3 VCC
而 TH = uC 0 V < 2/3 VCC ，因此 uO 跃变为高电平，进入暂稳态，这时放电管 V截止， VCC 又经 R 向 C 充电， uC 上升。
UILUOH
充电
3. 自动返回稳定状态
( 二 ) 工作原理、工作波形与参数估算
uC
O t
O
uO
tUOL
UOH tWO
CC32
V
O t
UIH
CC31
V
uI tWI
VCC
2. 触发进入暂稳态
UIHUOL
TH≥2/3 VCC
放电V
当输入 uI 由高电平跃变为低电平( 应 < 1/3 VCC) 时，使 TR = UIL<1/3 VCC
而 TH = uC 0 V < 2/3 VCC ，因此 uO 跃变为高电平，进入暂稳态，这时放电管 V截止， VCC 又经 R 向 C 充电， uC 上升。
这时 uI 必须已恢复为高电平
当 uC 上升到 uC ≥2/3 VCC 时， TH = uC ≥2/3 VCC ，而 TR = uI =
UIH(> 1/3 VCC ) ，因此 uO 重新跃变为低电平。同时，放电管导通， C
经 V 迅速放电 uC 0 V ，放电完毕后，电路返回稳态。
[例 ] 用上述单稳态电路输出定时时间为 1 s 的正脉冲， R = 27 k ，试确定定时元件 C 的取值。
( 二 ) 工作原理、工作波形与参数估算
uC
O t
O
uO
tUOL
UOH tWO
CC32
V
O t
UIH
CC31
V
uI tWI
VCC
输出脉冲宽度 tW 即为暂稳态维持时间，主要取决于充放电元件 R 、 C 。
该单稳态触发器为不可重复触发器，且要求输入脉宽 tWI 小于输出脉宽 tWO 。
解：因为 tWO 1.1 RC
故
可取标称值 33 F 。
F33.7k271.1
S11.1WO
R
tC
估算公式 tWO 1.1 RC
GND
VCC RD
OUT
CO
555TH
TR
DIS
VCC
0.01 F
R1
C
uO
uC
-
+
R2
四、用 555 定时器组成多谐振荡器
( 一 ) 电路结构
DIS
VCC
R1
TH
TR
GND
VCC RD
CO
0.01 F
OUT uO
CuC
-
+
R2
( 二 ) 工作原理、工作波形与周期估算
uC
O t
O
uO
t
UOL
UOH
ⅡⅠtWH tWL
CC32
V
CC31
V
ⅠⅠ Ⅱ
充电
UOH
TH = TR = uC 很小
Ⅰ
接通 VCC 后，开始时 TH = TR = u
C
0， uO 为高电平，放电管截止， VCC
经 R1 、 R2 向 C 充电， uC 上升，这时电路处于暂稳态Ⅰ。
工作原理
( 二 ) 工作原理、工作波形与周期估算
uC
O t
O
uO
t
UOL
UOH
ⅡⅠtWH tWL
CC32
V
CC31
V
ⅠⅠ Ⅱ
UOL
TH = TR ≥ 2/3 VCC
当 uC 上升到 TH = TR = uC ≥ 2/3 VCC 时， uO 跃变为低电平，同时放电管 V 导通， C 经 R2 和 V 放电， uC 下降，电路进入暂稳态 Ⅱ。
工作原理
Ⅱ
接通 VCC 后，开始时 TH = TR = u
C
0 ， uO 为高电平，放电管截止， VCC
经 R1 、 R2 向 C 充电， uC 上升，这时电路处于暂稳态Ⅰ。
放电
当 uC 下降到 TH = TR = uC ≤1/3 VCC 时， uO 重新跃变为高电平，同时放电管 V 截止， C 又被充电， uC 上升，电路又返回到暂稳态Ⅰ。
( 二 ) 工作原理、工作波形与周期估算
uC
O t
O
uO
t
UOL
UOH
ⅡⅠtWH tWL
CC32
V
CC31
V
ⅠⅠ Ⅱ
TH=TR≤1/3VCC
Ⅰ
工作原理
当 uC 上升到 TH = TR = uC ≥ 2/3 VCC 时， uO 跃变为低电平，同时放电管 V 导通， C 经 R2 和 V 放电， uC 下降，电路进入暂稳态 Ⅱ。
接通 VCC 后，开始时 TH = TR = u
C
0， uO 为高电平，放电管截止， VCC
经 R1 、 R2 向 C 充电， uC 上升，这时电路处于暂稳态Ⅰ。
( 二 ) 工作原理、工作波形与周期估算
电容 C 如此循环充电和放电，使电路产生振荡，输出矩形脉冲。
uC
O t
O
uO
t
UOL
UOH
ⅡⅠtWH tWL
CC32
V
CC31
V
ⅠⅠ Ⅱ
周期与占空比估算
tWH 0.7 (R1 + R2)C
tWL 0.7 R2C
T = tWH + tWL 0.7 (R1 + 2R2)C
21
21 WH
2RRRR
T
tq
7.3 555 定时器的应用
GND
VCC RD
OUT
CO
555TH
TR
DIS
VCC
0.01 F
R1
C
+R2
RP1
RP2 [例 ] 指出右图中控制扬声器鸣响与否和调节音调高低的分别是哪个电位器？若原来无声，如何调节才能鸣响？欲提高音调，又该如何调节？
解：
R1 、 R2 、 RP1 和 C 共同构成定时元件，因此调节 RP1 可调节音调高低。 欲提高音调，则应减小 RP1 ，因此触头应下移。
RP2
调节 RP2 可控制 RD 为 0 或 1 ，从而控制振荡器工作与否，因此能控制扬声器鸣响与否。 调节 RP2 使触头左移至适当位置，可使 RD = 1 ，使扬声器鸣响。
RP1
例 1： 双稳态触发器 : 微电机起动停车控制电路。
S1 : 起动按钮S2 : 停车按钮
4 8
1
6
2
3
5
S2
S1
R
R
C
VCC
TH
TR
uo
M
微电机
555
按下启动按钮 S1（未按 S2）
即使放开 S1 , UTR 电位变高 、 UT
H仍为低电平，输出状态保持不变，电机继续转动 。
这时如果松开 S2 , 输出状态不变，电机仍不转动 。
4 8
1
6
2
3
5
S2
S1
R
R
C
VCC
TH
TR
uo M
微电机555
启动过程：
停车过程：
32,3
CCTH
CCTR
VUVU
故 uo=1 , 电机转动 。
按下停车按钮 S2（未按 S1）
32,3
CCTH
CCTR
VUVU
故 uo=0 , 电机停转。
例 2： 双稳态触发器 : 微电机起动停车控制电路改进。
S1 : 起动按钮S2 : 停车按钮
4 8
1
6
2
3
5
S2
S1
R
R
C
VCC
TH
TR
uo
M
微电机
555
例 3： 单稳态触发器 : 洗相曝光定时器。
若 S 打开 。 输出总为0
4 8
1
6
2
3
5
7uo
ui
VCC
R RT
CT
D
TH
TR
S
32 CCV
0t
0t
uCT
uo
若合闸时输出为 0 ，将保持 0
若合闸时输出为 1 ，
输出会自动回到零
32 CCV
0t
0t
uCT
uo
ui
0 t4 8
1
6
2
3
5
7uo
ui
VCC
R RT
CT
D
TH
TR
S
由以上分析可以看出： 按钮每按动一次， uo 便输出一个正脉冲 ,其宽度 TW 由 RT CT 决定 。
按下 S
<<
uo =1
T截止C 充电
松开 S
>>
自动返回
<>
J
J
~红白
D1
D2
4 8
1
6
2
3
5
7uo
ui
VCC
R RT
CT
D
TH
TR
S
洗相曝光定时器
按一下
按钮 S
未按uo
0
J 的线圈不通电
J 的接点不动作
红灯 白灯亮 灭
1 通电 闭合 亮灭
白灯亮的时间即为曝光时间 TW 。TW = 1.1 RT CT
按着 S忘了松手 , 会怎麽样 ?
例 4： 多谐振荡器 : 简易电子琴电路
0t
uo
uC
0t
555 定时器可构成多谐振荡器 :
3CCV
32 CCV
4 8
1
6
2
3
5
7
R1
R2
CuC
555
D
TH
TR
uo
VCC
设电容 C 原先未充电 , 故 UTH =UTR < VCC /3 , 此时 uo
= 1 ， 555内的晶体管 T 截止 , 电源通过 R1 和 R2 对电容 C 充电。在 uC 没有充电到 2VCC /3 之前， uo 保持 1
不变。
4 8
1
6
2
3
5
7
R1
R2
CuC
555
D
TH
TR
uo
VCC
一旦 uC 充至 2VCC /3 ，则 UTH =UTR >2VCC /3 , 立即 uo
= 0 , 同时 555内的管 T 导通，电容 C 经 R2 7#管脚
T 1#管脚放电一直至 VCC /3 ，使得 uo 回到 1 ，进入循环 ... ...
3CCV
32 CCV
t0
uo
uC
0t
4 8
1
6
2
3
5
7
R1
R2
CuC
555
D
TH
TR
uo
VCC
0t
uo
uC
0t3
CCV3
2 CCV
输出方波的周期 T 的计算 :
T = T1 + T2 = 0.7 ( R1 + 2R2 ) C
T1 T2
4 8
162
3
5
7
R1
C
555uo
VCC
R21R28
S8 S1
简易电子琴电路图
简易电子琴就是通过改变 R2 的阻值来改变输出方波的周期 , 使外接的喇叭发出不同的音调 。
本章小结施密特触发器和单稳态触发器是两种常用的整形电路，可将输入的周期信号整形成符合要求的同周期矩形脉冲。施密特触发器具有回差特性，它有两个稳态状态，有两个不同的触发电平。 施密特触发器可将任意波形变换成矩形脉冲，输出脉冲宽度取决于输入信号的波形和回差电压的大小。施密特触发器还可用来进行幅度鉴别、构成单稳态触发器和多谐振荡器等。实用中，常选用集成施密特触发器或 采用 555 定时器构成施密特触发器。
单稳态触发器有一个稳定状态和一个暂稳态。其输出脉冲的宽度只取决于电路本身 R 、 C 定时元件的数值，与输入信号没有关系。输入信号只起到触发电路进入暂稳态的作用。改变 R 、C 定时元件的数值可调节输出脉冲的宽度。 单稳态触发器可将输入的触发脉冲变换为宽度和幅度都符合要求的矩形脉冲，因此，常用于脉冲的定时、整形和展宽等。
实用中，常选用集成单稳态触发器或 采用 555 定时器构成单稳态触发器。
在振荡频率稳定度要求很高的情况下，
可采用石英晶体振荡器。
多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳态。
暂稳态间的相互转换完全靠电路本身电容的充
电和放电自动完成。因此，多谐振荡器接通电
源后就能输出周期性的矩形脉冲。改变 R 、 C
定时元件数值的大小，可调节振荡频率。
555 定时器是一种多用途的集成电路。只需外接少量阻容元件便可构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等。此外，它还可组成其它多种实用电路。由于 555 定时器使用方便、灵活，有较强的负载能力和较高的触发灵敏度，因此，在自动控制、仪器仪表、家用电器等许多领域都有着广泛的应用。 除 555 单定时器外，还有双定时器 556 、四定时器 558 等。
单稳态触发器、施密特触发器和多谐振荡器的电路符号为
G uO
可重复触发型
不可重复触发型
uOuI
1
uOuI
uOuOuI
uI
单稳态触发器
具有施密特特性的与非门符号
多谐振荡器
555 定时器构成的施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器典型电路为
555 定时器构成的施密特触发器
555 定时器构成的单稳态触发器
555 定时器构成的多谐振荡器
项目 8 变音门铃电路
S
C3
C2
R3
R4
R2R1
24k
+5V8 4
7
62
3
5
1
555(1)
C1
VCC
8 4
762
3
5
1
555(2)
C4
103C5
103
用 555 或 556 定时器设计电子门铃电路。功能：当按下按钮 S 时，电子门铃以 1kHz的频率响 10s 。
项目 9 警铃电路 用 556 定时器的两个时基电路构成的低频对高频调制的救护车警铃电路
C4 100μ
C3
104
Rp
22kR4
10kR2
100k
R1
10k
+5V14 4
1
26 3
5
7C1
100μ
VCC
10
13
128
9
118O
LM556VDR3
5k1C2
103
AB
LM556