吳九新

摘要：現(xiàn)階段，在設計電子電路與系統(tǒng)的過程中電子計算機輔助分析與設計技術得到越來越廣泛的應用范圍。隨著CDA技術的不斷發(fā)展，包括EDA技術在內的計算機軟件系統(tǒng)也在不斷地完善，EDA技術是以計算機為平臺融合了計算機技術、信息處理技術、應用電子技術以及智能化技術等技術最新成果與一體的進行電子產品自動化設計的技術。在EDA技術中Multisim是一個相對較為完整的電子設計工具軟件，它的應用特點是電子儀器庫與電子元器件庫提取方便、種類齊全，儀器或器件可以在一個較大的范圍內修改參數(shù)。555定時器又被稱為集成定時器或者集成時基電路，它是一種應用較為廣泛的數(shù)字、模擬混合式集成電路。在集成時基電路外部配上適當?shù)淖枞菰H能夠構成一個精確的、性能穩(wěn)定的多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器或者施密特觸發(fā)器等。

關鍵詞：555定時器；功能；特點

中圖分類號：TB34 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）9（b）-0000-00

引言

555定時器使用較為靈活且邏輯性較強，它是一種數(shù)字電路與模擬電路相結合的混合式集成電路，它可以依據實際需求組成不同種類地邏輯功能電路。傳統(tǒng)使用功能表的方法來表示出555定時器的邏輯功能，但利用這種方法來分析555定時器的邏輯功能就容易造成電路工作原理難以理解、解釋繁瑣不直觀形象，進而限制了555定時器的進一步應用及發(fā)展。

1. 555定時器的電路結構及邏輯功能

1.1 555定時器的基本組成

555定時器主要是由電壓比較器、放電三極管、電阻分壓器、輸出緩沖器以及基本R-S觸發(fā)器等部分組成。比較器C1和C2決定了定時器的的主要功能，比較器C1和C2的輸出會直接控制放電三極管T的狀態(tài)及基本R-S觸發(fā)器的狀態(tài)，從而對整個電路的輸出狀態(tài)產生決定性的影響[1]。555定時器的內部框圖如圖所示。

1.1.1電阻分壓器

電阻分壓器是由阻值為5kΩ的三個電阻串聯(lián)構成的分壓器，分壓器為電壓比較器提供相應的參考電壓。為避免外界的干擾，在不外加控制電壓時，會在分壓器中加入一個小電容接地，從而避免旁路高頻干擾。

1.1.2電壓比較器

電壓比較器是有結構完全相同的兩個理想的運算發(fā)達器組成的，當運算放大器的同相輸入大于反相輸入時，運算放大器的輸出為高電平1信號，當運算放大器的同相輸入小于反相輸入時，運算放大器的輸出為低電平0信號。在電壓比較器的C1同相輸入端接入參考電壓時，將閥值輸入端與反相輸入端相連，則電壓比較器的輸出端的狀態(tài)由閥值輸入信號比較結果的影響，當參考電壓大于閥值輸入端時，電壓比較器的輸出端狀態(tài)是高電平1信號，當參考電壓小于閥值輸入端時，電壓比較器的輸出端狀態(tài)是低電平0信號[2]。若在將電壓比較器的同相輸入端與觸發(fā)輸入端相連，參考電壓接反相輸入端，則電壓比較器的輸出端狀態(tài)受觸發(fā)信號的比較結果影響，當觸發(fā)輸入信號大于參考電壓時，則電壓比較器的輸出狀態(tài)為高電平1信號，當觸發(fā)輸入信號低于參考電壓時，則電壓比較器的輸出狀態(tài)為低電平0信號。

1.1.3基本R-S觸發(fā)器

基本R-S觸發(fā)器是由兩個與非門構成的低電平觸發(fā)器，比較觸發(fā)器的輸入信號可以得到電壓比較器的輸出，為電路輸出端狀態(tài)的觸發(fā)器一端的狀態(tài)控制著放電三極管的導通與截止[3]。當觸發(fā)器的外部置零輸入端為低電平時，定時器輸出可以不受其他輸入端的影響直接復位。

1.1.4放電三極管T

泄放電路由放電三極管T組成，若在放電三極管T的集電極電源處外接一個電阻，則可以重新組成一個反相器，且放電三極管T的集電極的邏輯狀態(tài)與輸出端的狀態(tài)相同。

1.1.5輸出緩沖器

輸出緩沖器主要是為了提高555定時器的負載能力，隔離負載對555定時器的影響。

1.2 555定時器的邏輯功能

阻值為5kΩ的三個電阻構成了分壓電路，給555定時器分別提供了參考電平2/3vcc、1/3Vcc。555定時器的輸出端控制著放電管的開關狀態(tài)及R-S觸發(fā)器的狀態(tài)[4]。當555定時器不外借控制電壓時的邏輯功能如表一，當555定時器外借控制電壓時的邏輯功能如表二。

表一：當555定時器不外借控制電壓

輸入

輸出

VTH

VTR

RD

OUT

放電三極管T

d

d

0

0

導通

<2/3Vcc

<1/3Vcc

1

1

截止

<2/3Vcc

>1/3Vcc

1

不變

不變

>2/3Vcc

>1/3Vcc

0

0

導通

表二：當555定時器外借控制電壓

輸入

比較器輸出

輸出

VTH

VTR

RD

R

S

OUT

放電三極管T

d

d

0

d

d

0

導通

1

1

0

1

截止

>VR2

1

1

1

不變

不變

>VR1

>VR2

1

0

1

0

導通

2. 555定時器的應用

2.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是由555定時器構成的，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個穩(wěn)定的狀態(tài)或是一個暫穩(wěn)的狀態(tài)，在遇到外來出發(fā)脈沖的作用下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能有穩(wěn)定狀態(tài)翻轉到暫穩(wěn)狀態(tài)，當單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在暫穩(wěn)狀態(tài)維持一定的時間之后就會自動切換至穩(wěn)定狀態(tài)，電路本身的參數(shù)決定著單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器暫穩(wěn)時間的長短，與觸發(fā)脈沖無關。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理是在555定時器的端口輸入一個低電平信號時，在555定時器的另一個端口輸出一個相對暫態(tài)的高電平信號，即低電平觸發(fā)高電平的方式[5]。由于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器自身的特點，所以在應用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器時主要是用于裝置或數(shù)字系統(tǒng)中，常用于產生一定寬度的方波、將輸入信號延遲一段時間輸出以及變不規(guī)則規(guī)則波形為幅度、寬度相等的脈沖等方面。

2.2報警器電路

報警器電路主要是有兩片555定時器、電容、蜂鳴器、電阻Multisim虛擬元件等部分組成。在報警器電路中兩片555定時器分別構成了振蕩頻率不同的兩個振蕩器，將一個振蕩器的輸出利用電阻接到另一個振蕩器的控制端，并利用振蕩器的輸出電平的高低來控制另一個振蕩器振蕩的頻率不同，從而使蜂鳴器發(fā)出報警的音響效果[6]。

2.3施密特觸發(fā)器

施密特觸發(fā)器是將555定時器內部的兩個管腳相連當作信號輸出端而形成的。施密特觸發(fā)器是一個同時具有兩種穩(wěn)態(tài)的電路，當施密特觸發(fā)器的電路導通電壓小于輸入電壓時，則施密特觸發(fā)器的輸出維持在一個不變的電壓值。當施密特觸發(fā)器的電路截止電壓大于輸入電壓時，則施密特觸發(fā)器的輸出則維持另外一個不變的電壓值[7]。施密特觸發(fā)器是一種脈沖整形電路，它可以將緩慢變化的輸出波形轉換為變化較大的矩形波輸出，主要是用于脈沖波形的整形或變換。與一般的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器相對比施密特觸發(fā)器主要有兩個優(yōu)勢，首先它屬于電平觸發(fā)，施密特觸發(fā)器在面對緩慢變化的信號也適用。當輸入的電平信號觸發(fā)施密特觸發(fā)器的電平時，施密特觸發(fā)器的輸出信號就會從一個穩(wěn)態(tài)變?yōu)榱硪粋€穩(wěn)態(tài)，此外施密特觸發(fā)器穩(wěn)態(tài)的維持也離不開外加的觸發(fā)輸入信號[8]。其次是其具有滯回特性，即施密特觸發(fā)器的輸出電壓當由高電平向低電平轉換時與其相匹配的輸入電壓與當輸出電壓由低電平向高電平轉換時與之相匹配的電壓是不一樣的，這種特性就叫做施密特觸發(fā)器的滯回特性。

3結語

555定時器在定時、防盜報警、工業(yè)自動控制以及仿聲等方面都有著十分廣泛的作用，隨著555定時器應用范圍不斷變大的同時在分析555定時器應用電路時運用555定時器功能模型可以觀察出出用這種方法使用的優(yōu)點是更加形象、更加直觀以及更易于掌握，此外得出的結果也是更加的契合實際的邏輯關系。初學者在運用這種模型時能極快的提高自身的識圖能力，快速掌握這種技術，進而使得學者更加有效地掌握555定時器應用電路的工作原理，從而對555定時器進行深入的研究開發(fā)。

參考文獻

[1]艾華.嵌入式技術在便攜式多參數(shù)監(jiān)護儀開發(fā)中的應用[D].中國醫(yī)科大學，2008.

[2]王全宇.555多諧振蕩器在溫控報警電路中的應用[J].大學物理實驗，2012，05：7-8+18.

[3]葉飛.基于ATMEGA128系統(tǒng)的電容式糧食水分檢測儀的研究[D].合肥工業(yè)大學，2014.

[4]于明湖.直線壓縮機用橫向磁通永磁直線振蕩電機系統(tǒng)研究[D].浙江大學，2011.

[5]徐利，呂中樞，趙君有，王春玲.基于SIMULINK的555定時器仿真[J].沈陽工程學院學報（自然科學版），2007，03：245-247.

[6]周漢清，陶國彬，周云，劉英.基于非平衡RS觸發(fā)器的555定時器的功能圖[J].大慶石油學院學報，2005，05：94-95+99+131-132.

[7]張云，左憲章，李建增.突出“三層次”能力培養(yǎng)的555定時器教學設計[J].高師理科學刊，2015，02：94-97.

[8]趙小杰，黃曉艷，樊樓英.基于RS觸發(fā)器模型的555定時器教學探索[J].麗水學院學報，2015，02：83-86.