实验08 555定时器及其应用

实验08 555定时器及其应用实验08 555定时器及其应用实验八 555定时器及其应用一、实验目的 1(熟悉并掌握555时基电路的工作原理; 2(熟悉并掌握555构成的单稳态触发器、多谐振荡器、占空比可调的多谐振荡器三种典型电路结构及工作原理; 3(学会应用555时基集成电路。二、实验任务(建议学时:4学时) (一)基本实验任务 1. NE555构成的单稳态触发器逻辑功能测试; 2. NE555构成的多谐振荡器及参数测试; 3. NE555构成的占空比可调的多谐振荡器及参数测试; (二)扩展实验任务() 1. 55...

实验08 555定时器及其应用实验八 555定时器及其应用一、实验目的 1(熟悉并掌握555时基电路的工作原理; 2(熟悉并掌握555构成的单稳态触发器、多谐振荡器、占空比可调的多谐振荡器三种典型电路结构及工作原理; 3(学会应用555时基集成电路。二、实验任务(建议学时:4学时) (一)基本实验任务 1. NE555构成的单稳态触发器逻辑功能测试; 2. NE555构成的多谐振荡器及参数测试; 3. NE555构成的占空比可调的多谐振荡器及参数测试; (二)扩展实验任务() 1. 555构成的脉冲宽度调制(PWM—Pulse Width Modulation)器。 2. 利用555时基电路设计一个驱动电路，能够实现对LED灯的亮度调节。 3. 利用555时基电路设计一个线性斜坡电压(Linear Ramp)发生器。三、实验原理 1(555定时器又称为时基电路，由于它的内部使用了三个5K的电阻，故取名555。 VccCONTRESET 4855K RES THRESR 6 OUT5K3S TRIG2 5K(a)引脚排列 (b)内部框图图8-1 NE555引脚排列及内部框图 GNDDISCH17 NE555引脚功能说明: GND:电源地;TRIG:触发端;OUT:输出端;RESET:清零端，低电平有效; CONT:控制端;THRES:阈值电压输入端;DISCH:放电端;Vcc:电源正极; 1 555定时器集成芯片型号很多，例如LM555、NE555、SA555、CB555、ICM7555、LMC555等等，尽管型号繁多，但它们的引脚功能是完全兼容的，在使用中可以彼此替换，大多数双大多数CMOS型芯片最后4位数码都是7555(还有部分极型芯片最后3位数码都是555，定时器芯片的命名采用C555来表示CMOS型555定时器，例如LMC555)。另外，还有双定时器型芯片双极型的556和CMOS型的7556、四定时器NE558。 555的引脚排列和内部框图见图8-1，556的引脚排列见图8-2。图8-2 NE556双定时器引脚排列 2(双极型与CMOS型555定时器芯片的区别 1)双极型555定时器工作电压范围5~15V，其驱动能力强，最大负载电流达?200mA，其构成的多谐振荡器工作频率较低，极限大约为300kHz(不同厂商生产的555定时器其最高振荡频率不一定相同，具体值需要通过查阅厂商提供的芯片参数手册); 2)CMOS型555定时器工作电压范围3~16V，其驱动能力弱，最大负载电流仅有?4mA，其构成的多谐振荡器工作频率较高，可达500kHz(不同厂商生产的555定时器其最高振荡频率不一定相同，具体值需要通过查阅厂商提供的芯片参数手册); 由于CMOS型的555定时器驱动能力很弱，因此，使用CMOS型的555定时器时，当负载工作电流最大值超过?4mA时，需要在CMOS型555定时器的Out端和负载之间加一级缓冲电路以提高CMOS型555定时器的驱动能力。注意，这里的负载电流正负表示的含义为:负载电流为正时，表示电流由Out端流出，负载电流为负时，表示电流流入Out端。 2 (一)基本实验任务表8-1 555逻辑功能表 1. 555构成的单稳态触发器输入输出 Reset Thres Trig Out Disch 0 × × 0 导通 12Vcc > Vcc >0 导通 1 33 1保2Vcc 1 保持持 33 12Vcc 分析可知，调节Rp图8-5 占空比可调的多谐振荡器可以改变Rp和RP的比值，从而实现对tABon 和t的改变，但R+Rp+R始终保持不变，故T=t+t也不变。这里占空比用q表示，其off12onoff tR，Ron1PA定义式为:q=，当电路中的C保持不变，则占空比q表达式还可写为:q= R，R，RT1P2 RR，R11P最小占空比q=，最大占空比q=。 minmaxR，R，RR，R，R1P21P2 (二)扩展任务 5V1. 555构成的脉冲宽度调制(PWM—Pulse Width Modulation)器。 8RLR1VCC1kΩ3.9kΩ 43RSTOUTUo 7DIS R26THR1kΩU1 2TRILM555CMUi5CON GND10nF C 1 (a)电路原理图 (b)Ui波形图图8-6 PWM调制器(Ui 1kHz，2Vpp) 555构成的脉冲宽度调制器简称PWM如图8-6所示，在图8-4多谐振荡器电路中将5 4 脚与地之间的C1去掉，并在5脚(CON端)输入一个如图8-6 (b)所示的正弦波，则 555的OUT端输出方波信号的占空比受CON端输入的正弦信号调制，方波信号的占空比按 (c)Ui、Uc、Uo波形图图8-6 PWM调制器正弦规律变化。Uo、Ui、Uc波形如图8-6(c)图所示 2. 利用555时基电路设计一个驱动电路，能够实现对LED灯的亮度进行调节。当LED正常发光时，其两端电压(正向压降U)基本保持不变，不同发光颜色的LEDF 灯，其U不同，通常情况下:红色LED的U约2~2.2V、蓝色LED的U约3~3.3V、白色FFFLED的U约3~3.3V、绿色LED的U约2.8~3V。 FF LED灯属于电q=0.5q=0.3q=0.2q=0.1 流型器件，一般普通ton LED灯的正向工作T IMAX电流I极限值约为F 50mA，其光衰电流不能大于I/3(约FIMAX 15,18mA)。当LED 灯的IF,17mA时，灯正向平均电流LED 其发光强度与它的图8-7 WM调光原理 I几乎可近似为线F 性关系(实际上LED的正向电流和光输出并不是完全正比关系，且不同的LED会有不同的正向电流和光输出关系曲线)，但当IF，20mA时，LED亮度的增强肉眼已无法分辨，因此， 5 LED的工作电流一般选择在15mA左右，此时LED的电光转换效率较高，且光衰电流合理。综上所述，要实现对LED的亮度调节最简单的方法就是调节其正向电流I的大小，但F直接调节I大小会导致LED发光色谱产生偏移(具体原因可自行上网查阅相关资料)。目F 前广泛使用的LED调光技术都是基于PWM方式来调节LED亮度的，其原理如图8-7所示。设计要求:利用NE555设计一个占空比q在0.25~0.75可调，一个周期T内对应LED的平均I在5~15mA之间，NE555工作电源电压为5V，LED的I最大值Imax取20mA，FF PWM的周期T应足够小，以保证人眼不会觉察到LED有明显的闪烁感。 3. 利用555时基电路设计一个线性斜坡(Linear Ramp)信号发生器(锯齿波发生器)。利用NE555设计一个线性锯齿波发生器，提示:如图8-8所示电路，用NE555构成多谐振荡器，并用恒流源对电容C进行恒流充电，电容两端电压Uc就会线性增大。图8-8 锯齿波发生器四、实验预习 1(熟悉555芯片引脚排列及引脚功能。 2(复习555内部电路结构及工作原理。，电路为几分频器, 3(当图8-3电路作为分频器使用时，试分析Ui为10kHz方波信号时 4(估算图8-4多谐振荡器的方波信号周期T及占空比q。 5(估算图8-5电路的占空比调节范围，及方波信号周期T。 6(利用Multisim仿真软件对扩展任务1进行电路仿真，观察并了解Uo、Uc、Ui波形之间的关系。 7(在扩展任务2、3项中任选一个，并利用Multisim仿真软件进行电路设计、仿真和调试直至电路功能符合设计要求为止，画出仿真电路图(电路图使用模块化画法)，列出电路所需元件清单，设计出实验测试用数据表格。 6 五、实验器材 1(数字电路实验箱 2(数字万用表 3(集成电路芯片 1)NE555 2只; 2)三极管S8550 1只; 3)1N4148 2只; 4)10kΩ电位器 1只; 5)阻容元件若干; 6)面包实验板 1块; 7)导线若干。六、实验内容与步骤 (一)基本实验任务 1(NE555构成的单稳态触发器功能测试。 1)按图8-3在面包板上接好线路，给NE555的TRI端输入一个10kHz的连续脉冲信号，观察并记录Uo和Ui波形; 2)将电路中的R由10k更换为5k1，Ui保持不变，观察并记录Uo和Ui波形; 3)将电路中的R更换为1M，C更换为10uf，去掉TRI端的Ui信号，并将实验箱中的单脉冲(下降沿)插孔用导线接至NE555的TRI端(2脚)，NE555的Out端经过一470欧姆的电阻与LED灯正极相连，LED负极接地。电路通电后，给TRI一个低电平触发脉冲的同时用手机秒表功能对电路暂态t(LED灯点亮)进行计时，并记录数据，共进行10次计时，w 取其平均值最为t的最终测试结果。 w 2. NE555构成的多谐振荡器及参数测试。按图8-4电路在面包板上接线，并用示波器观察并记录Uo、Uc的波形。 3. NE555构成的占空比可调的多谐振荡器及参数测试。按图8-5电路在面包板上接线，检查接线无误后，用示波器观察并记录Rp最大和最小时对应的Uo、Uc的波形。 7 (二)扩展实验任务 1. 555构成的脉冲宽度调制(PWM—Pulse Width Modulation)器。 1)按照图8-6所示电路在面包板上接线，CON端输入一如图8-6(b)图所示正弦波Ui，其Vpp=2V，f=1kHz。Ui可利用函数信号发生器获得，现将其Vpp调至2V，然后利用信号发生器的DC Offset功能将其幅值向大于0V方向偏移3V。 2)用示波器观察并记录Uo、Uc、Ui的波形。 2(扩展任务选做项。根据事先设计好的电路在实验箱或面包板上连线，按自拟实验步骤对电路进行测试，并将测试结果记入自拟的测试表格中。七、注意事项 1(实验电路连线事先用万用表“二极管”挡进行检测，保证连接电路的连线完好，正式连接实验线路前，必须对所用芯片进行逻辑功能的验证，保证接入电路的芯片功能完好。 2(将芯片插入插座，或者从插座上拔出芯片时，用力要均匀，避免用力不均导致芯片引脚弯曲变形甚至折断。 3(注意集成芯片在集成芯片插座上的安装方向不要弄反，器件和连线要插牢，仔细核对芯片各引脚功能，先将芯片的电源引脚和地引脚分别接至5V正、负极上，其余引脚也不能接错。 4(芯片输出端不允许并联使用(非OC门)，更不允许直接接地或接电源，为了提高电路的抗干扰能力，电路中多余输入端最好不要悬空。 5(实验中，必须遵循“先连线后通电，先断电后拆线”的操作原则，严禁带电操作。八、实验报告要求 1(将所有实验中观察记录的波形和测试数据整理到实验报告上，所有波形均用铅笔绘制。 2(在实验报告上用铅笔工整、清晰地画出设计的电路，并将自拟测试表格及数据、波形整理到实验报告上。 3(总结本次实验情况，写出心得体会。包括实验中遇到的问题的处理方法和结果。 8

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