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555定时器及基本应用汇总
555定时器及基本应用
摘要：
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5~16V工作，最大负载电流可达200mA，7555可在3~18V工作，最大负载电流可达4mA，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。
关键词：
555定时器，施密特触发器，多谐振荡器，单稳态触发器
引言：
随着电子技术的发展，尤其是消费类电子的日益普及，555定时器的使用量也在飞速增长。
在购买和使用555定时器时，人们对555定时器的性能要求也逐渐提高。
555定时器最重要的两个性能为电池的容量和电池的内阻，电池容量与电池内阻存在密切的关系。
一般而言,电池的容量越大,内阻就越小。
电池内阻的大小及其变化可反应电池内部的变化。
电池内阻大，电池放电电压平台低，电池输出功率小，电池充电时电压高，高倍率快速充电时，电池会产生大量的热，使充电效率降低，降低电池性能。
可见电池内阻的大小是衡量电池性能好坏的重要指标,准确测量电池内阻具有重要意义。
目前,测量电池内阻的方法主要有加载降压法、短路电流法、电桥法、交流电流法、双量程测量法、电位差计法等。
这些方法各有利弊,普遍问题是测量步骤较繁琐,有些测量方法存在着不可忽视的测量误差,甚至某些测量方法（因电池放电时间过长等）对电池的寿命有一定影响。
本文将以论证的方式介绍一种较容易、准确测量电池内阻和电池容量的方法。
一、555定时器简介
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。
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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C1的同相输入端的电压为2VCC/3，C2的反相输入端的电压为VCC/3。
若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器C2的输出为0，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C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。
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。
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。
集成555定时器是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合
在一起的中规模集成电路，因集成电路内部含有3个5千欧
电阻而得名，在控制、定时、检测、放声、报警等方面有着
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广泛的应用。
1.电路组成：
图一是555定时器的电路结构图，它由五个部分组成:
（1）比较器：
电压比较器C1和C2是两个结构完全相同的理想运算放大器。
比较器有两个输入端，分别用U+和U-表示相应输入端上所加的电压，用uc表示比较器的比较结果。
当U+>U-时,uc=uh;而U+（2）分压器：
三个阻值均为5kΩ的电阻串联起来构成分压器，为比较器C1和C2提供参考电压。
工作中不用CO端时，一般都通过一个0.01μF的电容接地，以旁路高频干扰。
（3）基本RS触发器：
由两个与非门组成，是可从外部进行置0的直接复位端。
当R=0时，使Q=0；当S=1时，Q=1。
（4）晶体管开关（放电管）:
晶体管TD构成开关，其状态受端控制。
当Q＝1时，晶体管截止;而当Q＝0时，晶体管导通。
（5）输出缓冲器：
输出缓冲器就是接在输出端的反相器G3，其作用是提高定时器的带负载能力和隔离负载对定时器的影响。
2:
功能分析
当RD=0时,Q=0,输出电压Uo=UoL为低电平,TD饱和导通;
当RD=1,UTH>2/3Vcc,UTR>1/3Vcc时,电压比较器C1输出有效低电平,
C2输出高电平,基本RS触发器的R端输入有效电平,所以Q=0,Uo=UOL,TD饱
和导通;
当RD=1,UTH<2/3Vcc,UTR>1/3Vcc时,C1和C2均输出高电平（均为无效电平）,基本RS触发器保持原来状态不变,因此Uo和TD也保持原来状态不变;
当RD=1,UTH<2/3Vcc,UTR<1/3Vcc时,C1输出高电平,C2输出有效低电平,基本RS触发器的S端输入有效电平,所以Q=1,Uo=UoL,TD截止;
当RD=1,UTH>2/3Vcc,UTR<1/3Vcc时,C1和C2都输出低电平,对基本RS触发器而言其输入是约束要避免出现的情况.此时Q=1,Uo=Uoh,TD截止,但UTH、UTR同时变为无效时,其状态不能确定.这
输入
输出
UTH
UTR
RD
U0
TD状态
×
×
0
0
导通
>2/3Vcc
>1/3Vcc
1
0
导通
<2/3Vcc
<1/3Vcc
1
1
截止
<2/3Vcc
>1/3Vcc
1
不变
不变
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二555定时器的应用
（一）、用555定时器构成施密特触发器
施密特触发器可将输入缓慢变化的波形整形成为符合数字电路要求的矩形脉冲。
由于其具有滞回特性，所以具有较强的干扰能力，因此，它在脉冲的整形和产生方面有着广泛的应用。
1.具体分析：
将555定时器的UI1和UI2输入端连在一起作号的输入端，即可组成施密特触发器，如图示2示。
为了防止高频干扰，提高比较器参考电压的稳定性，通常将5脚通过0.01uF电容接地。
如果输入电压是一个正弦波，当UI从0逐渐增大时，若uI2Vcc/3时，比较器C1输出低电平，C2输出高电平，基本RS触发器置0，则输出u0=0.
当uI从高电平逐渐下降到Vcc/3若uI继续减小到UI从工作波形可以看出：
上限阈值电压=2Vcc/3，下限阈值电压=Vcc/3,回差电压=Vcc/3.
如果在5脚UIc加上控制电压，则可改变回差电压的值，回差电压越大，电路的抗干扰能力越强。
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2.施密特触发器的应用
1.波形变换：
可将三角波、正弦波等变成矩形波。
2.脉冲波的整形：
数字系统中，矩形脉冲在传输中经常发生波形畸变，出现上升沿和下降沿不理想的情况，可用施密特触发器整形后，获得较理想的矩形脉冲。
3.脉冲鉴幅：
幅度不同、不规则的脉冲信号时加到施密特触发器的输入端时，能选择幅度大于欲设值的脉冲信号进行输出。
（二）、多谐振荡器
用555定时器可方便地组成多谐振荡器、单稳态触发器和施密特触发器等脉冲产生和整形电路。
这些电路在工业控制、定时、仿声、电子乐器、防盗报警等方面有着广泛的应用。
多谐振荡器是555应用的基本电路，是指电路没有稳定状态（即方波发生器），只有两个暂稳态，其功能是产生一定频率和幅度的矩形波信号，其输出状态不断在“1”和“0”之间变换。
在加电状态下，由于电容C上电压不能突变，故555芯片处于置位状态，u。
=1，放电管TD截止（7脚与地断开），Vcc通过R1，R2对电容C进行充电，当uc上升到时，u0=0，TD导通，电容C端电压通过R2和放电管TD对地进行放电，uc下降。
当uc下降到时，u0又由0变为l，TD截止，Vcc又经R1和R2对C充电。
如此重复上述过程，在输出端u0产生了连续的矩形脉冲。
其中，R1，R2和C是定时元件，它们决定了电路的充放电时间。
其中，Tl≈0．7（Rl+R2）C，T2≈0．7R2C。
555构成多谐振荡器工作可靠，调节方便，在信号产生、工业控制、电源变换、仿声等领域获得了广泛的应用，但其振荡频率不能太高，一般不超过几百千赫兹；且其频率稳定性较差，易受电源波动、温度变化等影响。
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接通电源后，假定是高电平，则T截止，电容C充电。
充电回路是VCC—R1—R2—C—地，按指数规律上升，当上升到时（TH、端电平大于），输出翻转为低电平。
是低电平，T导通，C放电，放电回路为C—R2—T—地，按指数规律下降，当下降到时（TH、端电平小于），输出翻转为高电平，放电管T截止，电容再次充电，如此周而复始，产生振荡，经分析可得输出高电平时间、输出低电平时间与振荡周期输出方波的占空比为
如果R1>>R2，uc近似为锯齿波。
（三）、单稳态触发器：
555定时器构成单稳态触发器，用于定时延时整形及一些定时开关中。
555定时器组成的单稳态触发器可用于定时延时整形及一些定时开关中。
电源刚接通时，VCC通过电阻R给电容C充电，当电容上的电压上升到VREF1时，555定时器内部的比较器C1输出高电平，由于此时无触发脉冲，比较器C2输出低电平，即RS=10，基本RS触发器被复位，v0输出低电平，同时放电管T28导通，将电容C上的电荷迅速放掉，使得比较器C1输出低电平，此时RS=00，基本RS触发器处于保持状态，输出不再发发生变化，电路进入稳定状态。
若在单稳态触发器输入端v1施加触发脉冲，当触发脉冲的下降沿到来时，由于2脚电位低于VREF2，比较器C2输出高电平，此时RS=01，基本RS触发器被置位，Q输出低电平，电路开始进入暂稳态，输出v0高电平，放电管T28截止。
VCC通过电阻R开始给电容C充电，电容上的电压vC按指数规律上升，当vC上升到VREF1时，比较器C1输出高电平，由于此时外部触发脉冲已经撤销，比较器C2输出低电平，即RS=10，基本RS触发器被复位，暂稳态过程结束，电路又自动返回到初始稳态，v0变为低电平，放电管T28导通。
这种电路产生的脉冲宽度可以从几个微秒到数分钟，精度可达1℅。
控制电压输入端（5脚）通过0.01μF电容接地，以防止脉冲干扰。
总结
555应用电路采用这3种方式中的1种或多种组合起来可以组成各种实用的电子路，如定时器、分频器、脉冲信号发生器、元件参数和电路检测电路玩具游戏机电路、音响告警电路电源交换电路、频率变换电路、自动控制电路等。
参考文献
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[2]邹逢兴数字电子技术基础2003
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[9]555定时器的自动化设计及其应用-现代电子技术2007,30（18）
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