555计时器

555计时器 555計時器 本實驗講義共計15頁 2005.8最新修訂 一、實驗目標 瞭解的原理及其基本電路。555 Timer 二、實驗提示及操作練習 計時器乃公司於年首次推出,不出十年工夫,已普及全世界。555Signetics1972555的主要功能是做為方波產生器、振盪器或計時器,在早期的數位電路中佔有重要地位,近年來雖然多半被大型或超大型積體電路取代,但是其原理與應用方法仍是初學者所不能不知的。 1通常做成::的出售,一共有;也有兩個封555DIPDual-in-line PackageIC8 pin555在一片之內的型式,稱為,其功能和兩顆獨立的相同。的主要優點為:IC556555555 穩定性:對溫度的漂移度為?。1. 55ppm/ 精確性:實際與理論的一致性達以上。2. 99% 適應性:電源:可從至:和輸出電位都使它可適用於類比和數位電3. 4.5V15V 路。 大輸出:輸出端能輸出或吸入電流。4. 200mA 週期:從數小時到數微秒。5. 6-1 是的接腳圖,各腳的命名與動作我們在後文會陸續說明。是內部Fig.6-1555Fig. 2方塊圖,在內部有三個等值電阻將分壓,接到一個比較器的反相端,555V2/3VCCCC 接到另一個比較器的非反相端,兩個比較器剩下的輸入分別就是的輸入端1/3V555cc :第腳和第腳:,它們的輸出則是接正反器。2Trigger6ThresholdRS Ground V 1 8 CC Trigger Discharge 2 7 555 Timer Threshold 3 6 Output 4 Control Voltage Reset 5 Fig.6- 1 555的接腳圖 (8) VReset(4) CC R Threshold(6) Ck Control Q R Output(3) Voltage(5) R Q S Trigger(2) Discharge(7) 100, Q 14R Ground(1) Fig.6- 2 555的內部方塊圖 根據我們來想像一下各腳位的動作規則:-2555 Fig. 6 當第、腳皆大於時,正反器,輸出為低電位,同時讓飽和,1. 262/3VSR=01QCC14 第腳如同短路至地,可吸入,的電流,相當大。73555mA 當第、腳皆小於時,正反器,輸出為高電位,同時讓截止,2. 261/3VSR=10QCC14 第腳如同斷路。7 當第、腳電位位於、中間時,因為有正反器的緣故,所以輸出3. 261/3V2/3VCCCC 和都維持前一狀態不變。Q 14 6-2 【應用電路】555的應用電路 方波產生器:無穩態多諧振盪器,, Astable :Multivibrator V CC R 1 8 4 7 3 R2 6 5 1 2 C Fig. 6-3 方波產生器 方波產生器也叫做無穩態多諧振盪器::。請參考,Astable MultivibratorFig. 6-3電路振盪的動作說明如下: 開機瞬間如同短路,輸入電壓為零,即第、腳皆小於,所以輸出為1. C261/3VCC 高電位,且截止。Q 14 經由和向充電,第、腳電壓上升,當上升至時,輸出就變為2. VRRC262/3VCC12CC 低電位,且飽和,第腳電位近乎為零。Q7 14 由於第腳近於接地,因此被迫經由放電,第、腳電壓開始降低,所以3. 7CR262 輸出維持不變,且放電繼續。 當、腳電壓降至時,輸出馬上變為高電位,斷流,又被充電,如4. 261/3VQCCC14 此循環不息。 特別注意:當飽和時,第腳的電位近乎為零,此時有兩股電流被吸入,一股來自Q714 ,經由,一股來自電容,經由。此時,為了避免因電流過大而燒燬,和VRRQRCC12141的數值均應有所限制,它們的最小值為:R 2 不得低於Ω,不得低於ΩR5kR3k 12 此外,當截止時,它的電流:雖小:限制著和的最大值。這是因為如果電流太QRR1412 小,電容將無法被充電至,如此一來,振盪便會中止。所以,一般而言,加2/3VRCC1之和的最大值在數Ω左右。實際操作時,有些同學可能用可變電阻代替、,RMRR212那麼務必請串聯上一固定電阻,以防不慎事件發生。 的振盪電路除了、與之外,還有一些在的其他應用電路裏也常會見Fig. 1RRC55512 到的接線,茲分別解釋如後: 第、腳與地之間接有電容,這是穩定電位用的。由於內部正反器在轉態1. 58555 6-3 時會使消耗電流瞬間增大或減小,這種現象極易使電壓不穩,進而影響內VCC 部據以比較的、位準。在、腳與地之間並聯電容可以改善這種1/3V2/3V58CCCC 現象。在接下來的實作中,不管電路圖上是否標明,只要用到之處,都555 必須加上這兩個電容,否則實驗結果會和理論值出入極大。 輸出端與之間接有一個電阻:以虛線示出:,這個電阻的作用在於,可使2. V CC 輸出的高電位提升到。在實作中,這個電阻可加可不加,若不加則高電位VCC 約比低。V0.5V CC 第腳取名重置::,若將之接地,則恆為飽和且輸出恆為低電位。同3. 4ResetQ14 學們在這裡會發現一個矛盾:「飽和時會放電,使第腳低於,此QC21/3V14CC 時,輸出不是高電位嗎,」這個問題的正確 答案 八年级地理上册填图题岩土工程勘察试题省略号的作用及举例应急救援安全知识车间5s试题及答案 為:「重置」勝過其它接腳的 功用。由此可以推論:第腳不用時應該接到,不應該讓它浮接,以防雜訊4VCC 由此導入來影響其它接腳。 TT12 Vcc V3 2/3V ccV2 =V1/3V6cc GND Fig.6- 4電路的振盪波形 是電路的振盪波形,水平軸為,垂直軸為,零位是Fig. 6-4Fig. 6-30.5ms/div2V/div 下方的水平線,各點波形以同一示出。若將的電源獨立出來,則這個電路的頻scaleR1 率將隨外加的電壓而改變,但方波的振幅不變,因此提供了一個:RVCOVoltage 1 ;壓控振盪器:的可行性,只可惜這個的關係是非線性的。Controlled OscillatorVCO 的振盪器有一個缺點,那就是它的充放電路徑所經過的電阻無法相等:試Fig.6-3 想為什麼呢,:,所以我們無法得到一個對稱方波。為了改善這個缺點,可以用Fig. 6- 的電路代替:5 6-4 Vcc chargeR 1discharge 7 R555 32 6 2 Fig. 6-5 可調整Duty Cycle的方波產生器 的電路是令充放電的路徑獨立,如此可使方波對稱,或是放電時間較短於充電Fig. 6-5 時間,也就是大於。Duty Cycle50% 單穩態多諧振盪器::, Monostable Mutlivibrator 的接法稱為「單穩態多諧振盪器」::。所謂“單Fig. 6-4Monostable Mutlivibrator穩態”的意思,是指這個電路只有一個穩態:輸出為時:,當輸出為高電位時是0V “不穩態”,只能維持短時間,隨即掉回穩態:低電位:。這個電路也被稱為計時電路,是最典型的應用電路。555 (a) (b) Fig. 6-6 Monostable Mutlivibrator 開機瞬間,視為短路,輸入電壓為零,即第、腳皆小於,所以輸出為高電C261/3VCC 位,且截止;經由被充電,使第腳的電位上升;當第腳的電位升至QCRV662/3V143CCCC後,輸出定在低電位,吸去電容上的電荷。此時如果沒有外加訊號,便一直維Q55514 持在此狀態。 接下來我們來看觸發後的不穩態分析。加一負向的觸發信號於第腳,使其低於2 ,則輸出立刻被激發到高電位,此刻是計時的「開始」。因截止,受到1/3VQCVCC14CC的充電而使第腳的電位上升;當第腳升至,輸出立刻落回低電位,此刻是計662/3VCC 6-5 時的「結束」,又被放電,一切恢復穩態。C 在計時之內因內有正反器的關係,輸出維持高電位,縱使你移去觸發信號,輸555 出不會跟著落回,所以觸發的長短是不重要的:但是不能比計時週期長,否則可能影響計時週期:。對於觸發訊號較嚴格的要求是觸發位準的正確與否,是一些例Fig.6-7子,這些波形並非全部皆適合做為觸發訊號,你能指出哪些才能正確觸發的電Fig.6-6路嗎, Fig. 6-7 觸發訊號 trigger output threshold voltage Fig.6- 8電路的振盪波形 是單穩態振盪器的輸出波形。最上方是第腳的觸發信號,中央是第腳的Fig.6-823輸出訊號,下方是第腳的電容電壓。根據可知:6Fig.6-8 若沒有第二次的觸發,輸出便恆停在穩態,此圖是為了配合示波器重複掃描的1. 特性,使用週期性觸發。 經由簡單的計算,不穩態維持的時間為:2. T=1.1RC -------------(6-1) 3 電容放電相當快,快得來不及留下光跡,可証明飽和時,電阻近乎零,吸3. Q14 入電流的能力很大,所以應該注意不可小於Ω。R5k 3 注意:零位未示出,但你可從知道在那裡。Fig. 6-2 6-6 可再觸發單穩態複振器:, Retriggerable :Multivibrator 是不可再觸發型::的複振器,什麼是“不可再觸發”呢Fig. 6-9Unretriggerable?我們以下圖來說明: 觸發 訊號 輸出 訊號 第六 第六腳 }電位電位 Fig.6- 9 不可再觸發型複振器的波形 如果觸發是週期性且頻率太快,就可能在前一個觸發所引起的不穩態還未結束,下一個觸發就又進來了。以來看,當第個觸發已到,而第個觸發未來之時,不穩Fig.6-912 態已在進行,即輸出高電位:中間的波形:,電容正在充電:下面的波形:。這時,第個脈衝進來,對不穩態毫無影響,等於浪費了一樣。同理第個脈衝也浪費掉。然23 後第個脈衝進來,因為已經回到了穩態,所以能夠再觸發;同理,第和第個脈衝又456浪費掉,第個脈衝能夠觸發,……,像這種必須等到計時結束才能再觸發的特性,就7 稱為不可再觸發型複振器。 我們可以利用不可再觸發的特性來完成兩個目的: 用作計數器::,正如數位系統般的計數器,任何數目的分頻都是可1. Counter 行的。 用作同步器,輸出被輸入強迫同步:整數倍:。2. 除了上述電路,有時我們也需要可再觸發型複振器:Retriggerable :。這種電路顧名思義,就是在不穩態週期尚未結束前,如果又有觸發Multivibrator 訊號進來,可以接受新的觸發訊號並重新計時。 是可再觸發型單穩態複振器,用了兩顆。其中,部份的接線圖同Fig.6-10555BFig ,它的觸發源來自於部份的輸出。唯一不同的地方在於,部份充電用的電容多接6AB 一條線到部份的第腳,造成“欲使充電,必須兩顆的第腳都截止”才行,正A7C5552 因為這條線,使它成為可再觸發。 6-7 VccR 38484RL66 2323Vo 77 11 555A555B Fig. 6-10 Retriggerable Multivibrator 的輸出結果顯示在。Fig. 10Fig. 6-11 0.5ms/div 0.5ms/div (a) (b) 的輸出結果Fig. 6-11 根據,說明電路動作如下:Fig. 6-11 觸發信號是正向脈衝,且含有直流偏壓。未觸發時應使第腳低於1. 555(A)2 ,觸發信號來時使其高於。1/3V1/3V CCCC 穩態時有一矛盾情形:未觸發時,第腳,此時輸出為高電位,2. 555(A)2<1/3VCC 同時截止;但第腳,會使得輸出為低電位,且飽和;對Q555(A)6>2/3VQ14CC14 於一般正反器而言,這會造成輸入皆為的“不確定”情況。但是內部SR1555 的正反器是經過特別設計的,當正反器輸入皆為時,其輸出是,與輸(1,1)(1,0) 入是時相同,你也可以看成優先次序是腳優於腳。(1,0)26 觸發訊號來時,第腳立刻有反應,第腳則否,後者要等到觸發3. 555(A)3555(B)6 訊號結束後才開始充電。由可以看出,如果充電未達時觸發訊Fig.6-9(a)2/3VCC 號就進來,則第腳就會迅速被第腳放電,等到脈衝離去才又恢555(B)6555(A)7 復充電,於是第腳一直保持高電位。如果觸發訊號的間隔較計時週期555(B)3 6-8 長,則情況如所示,第腳先充電到,然後回穩態等待Fig.6-11(b)555(B)62/3VCC 下一次觸發。 根據,總共計時週期為:4. Fig.6-11(a)555(B) 觸發脈寬 T=+1.1RC ----------(6-2) 這不同於不可再觸發的式。由此也可以知道,這個電路的計時是在觸發訊(i) 號結束後才開始的,因此並無觸發脈寬長短的問題。 一次成功的觸發所需最短脈寬約μ,故知只適用在低頻,其不穩態振5. 2-3s555 盪的極限約左右。100kHz 鎖鑰振盪器::, Keyed Oscillator 如Fig.6-12,前級的輸出端接到後級的重置端,兩級都是不穩態複振器,且前級的 頻率較低。當前級輸出高電位時,鑰啟後級的振盪;當前級輸出低電位時,鎖止後 級;這種電路稱為鎖鑰振盪器:Keyed Oscillator:。 Fig. 12 鎖鑰振盪器 6-9 555計時器 PRELAB 班級: 組別: 姓名: 學號: 同組組員: 學號: ◎預習一 試說明方波產生器電路的工作原理。1. Fig. 6-3 一個如下圖的電路:2. RC VRVio C t,當它充電時,電壓與時間的關係是:;當它放電時,電壓與時間VVe,,()1oiRCt,的關係是:。請你利用這兩個公式,參考,證明電路的 Fig. 6-4Fig. 6-3VVe,oiRC 、符合、式:TT(6-3)(6-4) 12 (6-3) TRRC,，0693.()112 (6-4) TRC,0693.22 若在的第腳加上一電壓,則內兩比較器之參考電壓分別為、,因3. 5555V555V1/2VRRRVV此電容的充放電在此二者之間。請證明、變為:TT 12 ,2CCR (6-5) TRRC112 6-6) ( TRC,0693.,，，()ln22 VV ,CCR 6-10 ◎預習二 比較與兩電路有何差別。1. Fig.6-3Fig.6-5 根據預習一的推導,電路中的、的值應為何2. Fig.6-5TT? 12 ◎預習三 電路,請你推導出式。參考預習一的推導及Fig. 6-6P6-6 (6-1) 6-11 555計時器 LAB , 本實驗的圖形記錄,請注意保持各個腳位之間的時序關係正確 ?實作一方波產生器 (1) 接線如,、用,用,用。先測量第腳電位,看是1. Fig. 6-3RR10K,C0.05,FV12V512CC 否為。2/3V CC 觀察並畫下第、腳即電容的跨壓波形,標明此波形最高值與最低值。2. 26() 觀察並畫下第腳之輸出波形,記錄高電位週期與低電位週期,利用導3. 3TTPRELAB12出的週期公式、驗證之。(6-3)(6-4) 調整無關。請勿超出範圍,證明週期和4. V(5~15V)V CCCC 請加一電壓於第腳,重新測與。利用中的、式驗證。5. 10V5TTPRELAB(6-5)(6-6) 12 ?實作二方波產生器 (2) 接線如,兩電阻都用,用,用。1. Fig. 6-510K,C0.05,FV12V CC 觀察輸出波形,記錄高電位週期與低電位週期,與推測的結果比較。2. TTPRELAB 12 自行改變電容、電阻值,設計出為,頻率為的方波產生器,記3. Duty Cycle20%1KHz錄下你所用的電容電阻值。 ?實作三單穩態複振器 接線如,用,用。1. Fig. 6-6R10K,C0.05,F 3 利用的鈕與鈕調整出適當頻率、位準、脈寬的觸發訊號輸入,2. FGDC-offsetSymmetry 觀察輸出訊號。請在同一時間軸上畫下輸入、輸出以及第腳的波形。6 測量並記錄計時週期,利用式驗證。3. (6-1) ?實作四可再觸發型單穩態複振器 接線路,仍用,用,在與輸出間接一。1. Fig. 6-10R10K,C0.05,FVR=1K, 3CCL當觸發脈衝的間隔較計時週期長時,畫下、、、各腳之波形代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 2. A2A3B6B3(A2 的第腳,餘類推。555(A)2) 拔去,看看對輸出有何影響,3. R L 記錄觸發脈寬與計時週期,驗證式。4. (6-2) 調整觸發訊號頻率,觀察可再觸發的現象。即觸發脈衝的間隔較計時週期短時,5. ”” 你看到的輸出波形為何,畫下、、、各腳之波形。A2A3B6B3 求出一次成功的觸發所需的最短脈寬加大觸發源的頻率,使脈寬變窄,直到無法觸6. ( 6-12 發為止想一想不成功的觸發會產生什麼狀況。—? ) ?實作五鎖鑰振盪器 接線如,的兩個電阻取,的兩個電阻用,電容一律用。1. Fig. 6-12A47K,B5K,0.05,F 使用示波器的兩個同時觀察、腳的波形。注意此時要小心調整示波器2. ChannelA3B3 的觸發源,否則看到的波形會不正確。畫下、腳的波形。A3B3 6-13 555計時器 REPORT ?實作一方波產生器 (1) 第腳電壓:1. 5__________ 第、腳波形;最高值:;最低值:2. 26____________________ 第腳波形;;3. 3T=__________T=__________ 12 ;5. T=__________T=__________ 12 ?實作二方波產生器 (2) ;2. T=__________T=__________ 12 ;;3. R=__________R=__________C=__________ 12 ;;T=__________T=__________f=__________ 12 ?實作三單穩態複振器 第、、腳波形:2. 236 3. T=__________ ?實作四可再觸發型單穩態複振器 、、、各腳位波形:2. A2A3B6B3 的影響3. R: L 觸發脈寬:;計時週期:4. ____________________ 、、、各腳位波形:5. A2A3B6B3 最短觸發脈寬:6. __________ ?實作五鎖鑰振盪器 6-14 、腳的波形A3B3 1:;雙列式包裝:,包含兩排並列的接腳::;常見的有、、、 DIP Dual In-Line Package Pin141620 、、、等接腳數目。其腳位的判讀,是將缺口端置於左手邊,再由下至上成逆時鐘方向24284064 計數;至於各腳位的作用,則需參照廠商所附的規格表:或:。 Data Book Data Sheet 141311981210 1274563 的包裝Fig. 3 IC 6-15