555定时器原理与应用.docx
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555定时器原理与应用
德州科技职业学院（青岛）
毕业设计（论文）
题目：
555定时器原理与应用
学习中心：
德州科技（青岛）信息工程专修学院奥鹏学习中心
年级专业：
09级电子信息工程
学生姓名：
马克学号：
090406009
指导教师：
云立波职称：
讲师
导师单位：
德州科技职业学院信息工程系（青岛）
德州科技职业学院（青岛）
论文完成时间：
2012年3月24日
德州科技职业学院（青岛）
现代远程教育
毕业设计（论文）任务书
发给学员马克
1．设计（论文）题目：
555定时器原理与应用
2．学生完成设计（论文）期限：
2012年3月5日至2012年4月5日
3．设计（论文）课题要求：
论文要内容鲜明，文字流畅，阐述清楚，严格围绕题目述写，逻辑性思维强，内容理论联系实际，涉及他人观点，对本设计有全面的论证。
设计原理、计算、电路和本产品设计独特的优势。
格式严格按照学校规定排序。
如有不熟悉的知识点，向指导老师请教。
4．实验（上机、调研）部分要求内容：
在学校规定的时间内，利用所学的电路设计软件（PROTEL、EWB、PSPICE等），去设计图形。
用Microsoftword2003排版论文版面和图象处理软件加工文中图表。
5．文献查阅要求：
充分利用课余时间到图书馆查阅相关资料，确保所引用到的一些事例真实；上网查寻与本论题相关的先进的一些资料,确保题材符合当今的发展趋势；材料不宜过多，不可直接把别人的成果直接照搬，论文中引用到他人的观点或者成果要注明出处，以免造成侵权。
6．发出日期：
2011年3月5日
7．学员完成日期：
2012年4月5日
指导教师签名：
云立波
学生签名：
马克
摘要
555定时器是一种应用十分广泛的中规模集成电路。
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。
目前生产的定时器有双极型和CMOS两种类型，其型号分别有NE555、5G555、C7555等多种。
它们的结构及工作原理基本相同。
通常，双极型定时器具有较大的驱动能力，而CMOS定时电路具有底功耗、输入阻抗高等优点。
本文简单介绍了EWB软件，扼要地分析了555定时器的基本原理，最后给出了555定时器在彩灯控制电路中的应用
关键词：
555定时器；EWB；晶闸管；彩灯控制电路
目录
摘要i
目录ii
第一章前言1
第二章EWB软件应用2
2.1EWB简介2
2.2EWB的优势2
第三章集成555定时器4
3.1555定时器的电路结构与工作原理4
3.1.1555定时器内部结构4
3.1.2工作原理5
3.2555定时器的功能7
3.3晶闸管的工作原理及结构图8
第四章555定时器在电路中的应用9
4.1彩灯控制电路的工作原理9
4.2制作电路过程中其注意事项及所需的元件13
4.2.1制作过程应注意的事项13
4.2.2电路中所需的元件14
4.3电路原理图在PCB板上的布线情况：
1
第五章总结1
致谢1
参考文献2
第一章前言
最近十年来,科技发展突飞猛进,全球的电子业发展速度更是惊人。
电子产品从设计生产到投放市场的周期越来越短,设计的复杂性高密度也越来越强,在电子技术应用方面，一些电路经常需要在波形的变化与变换，定时与检测，控制与报警等方面被使用，而555定时器是一种将模拟与逻辑功能巧妙的结合在一起的中规模集成电路。
555定时器是一种时基电路，该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。
因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。
目前生产的定时器有双极型和CMOS两种类型，其型号分别有NE555、5G555、C555等多种。
它们的结构及工作原理基本相同。
通常，双极型定时器具有较大的驱动能力，而CMOS定时电路具有底功耗、输入阻抗高等优点。
555定时器工作的电源电压很宽，并可承受较大的负载电流。
其输出电平可与TTL，CMOS，HTL逻辑电路兼容，振荡精度与外接元件特性有关，具有200MA的吸收或供出电流，可直接推动扬声器，电感等低电阻负载。
双极型定时器电源电压范围为5—16V，最大负载电流可达200MA；CMOS定时器电源电压为3—18V，最大负载电流在4MA以下
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。
采用555定时器为基本元件组成彩灯控制电路。
这种彩灯控制电路的特点是电路简单，成本低，功耗小。
文中介绍了555定时器电路组成，工作原理和参数设计。
第二章EWB软件应用
2.1EWB简介
在20世纪80年代末、90年代初，加拿大（IIT）公司（interactiveimagetechnologies）推出的专门用于电子线路仿真和设计的“电子工作平台”（ewb）软件解决了费时又费力，又增加了产品的成本，再者，因受工作场所、仪器设备等因素的限制，许多实验都不能正常进行等，一系列问题，而且ewb软件更具有其他软件所没有的优势。
2.2EWB的优势
ewb具有功能前面的仿真器，是一个全面的spicea/d仿真系统。
系统紧密结合原理图输入、仿真和波形分析，节约时间和费用，具有很高的效率，拥有工业标准化的spice3和超过16000多个元件的模型等卓越的工具。
软件的价格便宜拥有集成，一体化的设计环境，当用户进行仿真时，波形和原理图同时有效且它将和显示波形实时紧密的结合在一起。
ewb每个设计环节都很完善，采用标准的ms-windows接口，为用户提供
好的操作界面。
智能连线。
层次化的设计，可使复杂的电路设计变得轻而易举。
Ewb能够输入标准的spice网表并且自动地将它们转换为清晰可读的原理图，或将它们输出到其它spice仿真中去。
设计恢复和成组设计，设计恢复包括（使用模型备份，初始化设置信息以及所有spice参数和设置不会改变。
）高度集成,软件中的仿真也能自动地进行信号的转换，能够连接任何一个模拟数字元件或其他任何元件。
采用仿真平台，得到真实的结果丰富的虚拟仪器仪表，如：
示波器、函数发生器、万用表、频谱绘图仪、等仿真与现实世界的逻辑的分析仪一样。
强大的分析功能，能够对直流工作点进行分析，对瞬态分析，对交流频率扫描，傅里叶变换噪声分析，失真分析等功能强大，这些功能使得ewb软件更具实力。
EWB作为EDA技术的内容，它克服了实验室内各种条件的不足，另外又可以针对不同的目的验证、测试、设计、纠错或创新等进行训练，培养，分析，应用和创新的能力。
与传统的实验方式相比，采用EWB进行电子线路的分析和设计既突出了实验的高效性，又能使使用者掌握正确的测量方法和提高学生熟练使用仪器设备的能力。
第三章集成555定时器
555定时器是一种多用途的单片中规模集成电路。
该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。
因而在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器和电子玩具等许多领域中都得到了广泛的应用。
目前生产的定时器有双极型和CMOS两种类型，其型号分别有NE555（或5G555）和C7555等多种。
通常，双极型产品型号最后的三位数码都是555，CMOS产品型号的最后四位数码都是7555，它们的结构、工作原理以及外部引脚排列基本相同。
一般双极型定时器具有较大的驱动能力，而CMOS定时电路具有低功耗、输入阻抗高等优点。
555定时器工作的电源电压很宽，并可承受较大的负载电流。
双极型定时器电源电压范围为5～16V，最大负载电流可达200mA；CMOS定时器电源电压变化范围为3～18V，最大负载电流在4mA以下。
3.1555定时器的电路结构与工作原理
3.1.1555定时器内部结构
555定时器是由分压器，2个比较器和基本RS触发器以及晶体管开关、输出缓冲器组成。
（1）分压器。
是由3个阻值为5K欧的电阻串联在一起构成的，为比较器提供参考电压比较器的同相输入端U-=（2/3）Vcc，比较器W2的反相输入端U-=（1/3）Vcc。
CO端为外加控制端，通过该端的外加电压Uco可改变W1，W2的参考电压。
工作中不使用CO端时，一般都通过一个0.01uf的电容接地，以防旁路高频干扰。
（2）555有两个完全相同的高精度电压比较器W1和W2。
v+＞v－，vo=1；
v+＜v－，vo=0。
当U+>U-时,比价器输出高电平,相反比较器就输出低电平.比较器的输入端基本上不向外电路索取电流，其输入电阻可视为无穷大。
（3）
基本RS触发器。
由两个与非门G1、G2组成，两个比较器的输出信号决定触发器的输出端状态。
/R是专门设置的可从外部进行置0的复位端，当/R=0时，将RS触发器预置为Q=0，/Q=1状态；当/R=1时，RS触发器维持原状态不变。
（4）放电三极管T及缓冲器G。
由V管构成。
当基极为低电平时，V管截止；当基极为高电平时，V管饱和导通。
起到开关的作用。
由非门G3组成，用于增大对负载的驱动能力和隔离负载对555集成电路的影响。
3.1.2工作原理
当5脚悬空时，比较器C1和C2的比较电压分别为2/3Vcc和1/3Vcc。
（1）当vI1>2/3Vcc，vI2>1/3Vcc时，比较器C1输出低电平，C2输出高电平，基本RS触发器被置0，放电三极管T导通，输出端vO为低电平。
（2）当vI1<2/3Vcc，vI2<1/3Vcc时，比较器C1输出高电平，C2输出低电平，基本RS触发器被置1，放电三极管T截止，输出端vO为高电平。
（3）当vI1<2/3Vcc，vI2>1/3Vcc时，比较器C1输出高电平，C2也输出高电平，即基本RS触发器R=1，S=1，触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。
图3—1555定时器的电气原理图和电路符号
（a）原理图（b）电路符号
由于阈值输入端（vI1）为高电平（>2/3Vcc）时，定时器输出低电平，因此也将该端称为高触发端（TH）。
因为触发输入端（vI2）为低电平（<1/3Vcc）时，定时器输出高电平，因此也将该端称为低触发端（TL）。
如果在电压控制端（5脚）施加一个外加电压（其值在0～VCC之间），比较器的参考电压将发生变化，电路相应的阈值、触发电平也将随之变化，并进而影响电路的工作状态。
另外，RD为复位输入端，当RD为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出vo为低电平，即RD的控制级别最高。
正常工作时，一般应将其接高电平。
3.2555定时器的功能
555定时器各个引脚功能如下：
1脚：
外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。
8脚：
外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。
一般用5V。
3脚：
输出端Vo
2脚：
低触发端
6脚：
TH高触发端
4脚：
是直接清零端。
当
端接低电平，则时基电路不工作，此时不论
、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。
5脚：
VC为控制电压端。
若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。
7脚：
放电端。
该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。
在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为2/3Vcc,1/3Vcc的情况下，555时基电路的功能表如表6—1示。
表3—1555定时器的功能表
清零端
高触发端TH
低触发端
Qn+1
放电管T
功能
0
0
导通
直接清零
1
0
导通
置0
1
1
截止
置1
1
Qn
不变
保持
3.3晶闸管的工作原理及结构图
用555电路控制双向晶闸管导通，从而控制彩灯的亮灭。
SCR的伏安特性是当T2极电压高于T1极电压即为正电压用U21表示，若IG大于零，则晶闸管被触发导通，电流是从T2流向T1的。
当T1极电压高于T2极电压，即为反向电压，则用U12表示，若IG小于零，则晶闸管反向导通，电流是从T1流向T2的，它的主要功能是正向反向都能导通。
其结构及符号如图所示：
图3.—2双向晶闸管结构符号
第四章555定时器在电路中的应用
4.1彩灯控制电路的工作原理
下面介绍一个用ewb软件设计、仿真的电路。
设计思想是：
以3个555定时器集成电路为核心，组成循环触发单稳延时电路。
分别控制各路的SCR循环电路，彩灯依次被点亮，形似流水。
图4—1彩灯控制电路工作原理图
下面对于整个电路进行详尽的分析：
整个电路的电源是用220V的交流电进行输入，经过变压器变压，在变压时选择正确的线圈比，在二次电压用一个整流电路进行电流整流，得到一个比较稳定的直流电压，供给电路工作。
C7是滤波电容，它与3个555电路构成一个负载端口，两端的电压即整流出来的平稳的电压。
当整个电路进行工作时，555电路得到电压。
刚开始时，C1上无电荷，所以接通电源时，C来不及充电，这时Vc=0，比较器W1输出为1，比较器W2的输出为0，基本RS触发器为1状态，经非门G2使振荡器输出U0=Uoh，此时，由于与非门G2输出为0。
开关放电管V的基极为0，V管截止，随着充电的进行，Vc逐渐增大，当其上升到（2/3）VCC时，比较器C1的输出跳变为0基本RS触发器立即翻转到0状态，U0=Uol，使V管导通。
C电容开始放电，放电回路是C—TD—地，放电时间较短，基于零，当电容放电到1/3VCC时，比较器C2的输出跳转到0，基本RS触发器立即翻转到1状态（Q=1/Q=0）振荡器输出U0=Uoh,V管截止。
这时C1上的电压高于6脚的阀值电平2/3VDD时，IC1置位，3脚呈高阻状态，SCR导通，控制灯H1、H5灯亮。
由于电容电压一直在变化着，电路处于振荡状态，从而在3脚输出端得到振荡脉冲电路，又由于放电时间很短，得到的脉冲也较窄。
于此同时，3脚的高电位通过R3对C3充电，同理，当充到C3上的电压高于6脚的阀值电平2/3VCC时，IC2置位，输出高电平，SCR2导通，它控制的电灯H2、H5灯点亮。
同理，C5充电，等到SCR3导通时，H3、H6点亮。
如此循环。
导通，点亮。
现将EWB软件仿真开关打开，在220V电源上加上示波器，可观察到其波形图跟分析结果表上的波形图一样。
观察到其波形为：
图4—2彩灯控制电路电源波形图
在U2上加上示波器，其得到的波形是一个无规则的、幅度为12.5伏的电压波形。
其波形如图所示：
图4—3彩灯控制电路整流波形图
经整流电路后，加在负载两端的电压为15V，则555电路进行充电的时间是T=R1C1=5.1*5u=0.251ms其放电时间很短T=Rces*c1=0。
由于脉冲幅度由电容C的放电时间来决定，因此U0即3脚输出一个脉冲宽度很窄的波形。
而且三个555电路输出的波形是一样的。
其波形如下图：
图4—4555电路输出波形图
由555电路电源的工作电压可知：
整流电路输出的电压跟555电路的工作电压相等，则根据整流电路的公式，可得到二次电压为；U0=1.2U2即U2=U0/1.2=15V/1.2=12.5V。
则线圈的比值是N1：
N2=V1：
V2=220：
12.5=18即线圈的比值是1：
18,C7滤波电容的参数是16V/220uf
555电路3脚输出的电压U=15V用来触发双向晶阀管导通，则流过彩灯H1、H4的电流为0.4A。
在彩灯两端加上
电压表和电流表，其数据分别为：
15.1V0.389A同理可测得剩余的4个灯泡的电流和电压。
4.2制作电路过程中其注意事项及所需的元件
4.2.1制作过程应注意的事项
在制作过程中要注意元件库的调用，熟悉各元件库，在电路连接的时候，要注意接点的连接，调用的元件要符合要求。
4.2.2电路中所需的元件
表4—1彩灯控制电路所需的元件
元件名称
元件值
数量
元件名称
元件值
数量
电阻R1
5.1K
1
电容C1
5U
1
电阻R1
250
1
电容C1
0.01U
1
电阻R1
5.1K
1
电容C1
5U
1
电阻R1
250
1
电容C1
0.01U
1
电阻R1
5.1K
1
电容C1
5U
1
电阻R1
250
1
二极管
2N2222
4
电阻R1
20K
1
电灯泡
10W/15V
6
电阻R1
20K
1
电源
AC220V
1
电阻R1
20K
1
二极管
2CP
3
电容C1
5U
1
555集成芯片
555
3
电容C1
0.01U
1
双向晶闸管
SCR
3
4.3电路原理图在PCB板上的布线情况：
图4—5由PROTEL99SE制作的PCB图
第五章总结
数字电子技术是一门应用性很强的专业基础课，其基本理论与实践技能是许多后续课程的基础。
理论与实践相的结合，在本门课程中显的尤为重要。
我们应该从最基本的应用实例出发，有实际问题入手，通过技能训练引入相关知识和理论，由实训引出相关概恋及相关电路，实践部分有理论分析，理论部分有实践作为依托，理论与实践容于一体，互相补充，互相依托。
经过本次论文，我认识到了数字电子技术在生活中的重要性，其在生活中的应用非常广泛，在此次的设计过程中，使我重新温习了555电路，不仅深入了解了其内部的组成及各个引脚的功能，而且对其工作原理有了进一步的了解，了解了555芯片的强大功能，再次增强了自己的动手能力。
同时也体现了理论与实践相结合。
毕业设计是一个实践环节，它搭建了一个电子产品的雏形，巩固和加深在数字电子技术课程中的理论知识基础和实践中的基本技能，训练电子产品制作的动手能力，训练并提高我们在文献检索，资料利用、方案比较和器件选择等方面的综合素质，使我们掌握了通用电子电路的一般方法和步骤。
同时，通过本次毕业使我们将来走上社会道路奠定了重要的基础。
致谢
本次论文的写作过程中，云立波老师给了我极大的帮助，王老师在课余时间帮我们讲解关于555电路的相关资料及论文的写作辅导。
并经常利用休息时间对我们进行辅导，让我们在写做过程中少走了许多的弯路，并对我们的错误方面给予纠正、补充。
以及在写作过程中给予了相关资料的参考。
通过老师的帮助，使我在预定的时间内能够及时完成。
使我学到了许多书本上的知识，以及书本上学不到的知识，让我获益良多。
在此向老师表示感谢。
参考文献
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高等教育出版社
[2]童诗白主编.模拟电子技术基础.北京：
高等教育出版社
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[5]阎石主编.数字电子技术基础.北京：
高等教育出版社
[6]杨志忠主编.数字电子技术.北京：
高等教育出版社
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