实验七 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。
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；
5K
5K
5K
R
S
RE S
Vcc CONT RESET
THRES
TRIG GND DISCH
OUT 12
6
5
84
3
7
（a ）引脚排列
（b ）内部框图
图8-1 NE555引脚排列及内部框图
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，大多数双极型芯片最后3位数码都是555，大多数CMOS型芯片最后4位数码都是7555（还有部分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。
（一）基本实验任务
1. 555构成的单稳态触发器
555构成的单稳态触发电路如图8-3电路所示，当555的触发端TRI 施加一触发信号，
TRI 端的电压＜
3
1
Vcc ，555被触发，进入暂态，其Out 端输出一个高电平，同时DIS 放电端截止，5V 电源通过R 对C 进行充电，当C 两端电压由0V 充电至≥3
2
Vcc 时，Out 端输
出高电平翻转为低电平，同时电容C 通过导通的DIS 放电端放电至0V ，电路进入稳态，为下一次触发脉冲的到来做好准备。图8-3单稳态触发电路的暂态持续时间t w ≈1.1RC （R 单位K Ω，C 单位uF ，则t 的单位为ms ），若Ui 端输入一个时钟脉冲信号CP ，则图8-3单稳态触发器电路可作为分频器使用，t w 应满足NT-0.5T ≤t w ＜NT ，其中N 为分频数，T 为时钟脉冲CP 周期，TRI 端每输入N 个脉冲，Out 端就输出一个宽度为t 1=NT-t w 的低电平信号。 2. 555构成的多谐振荡器
555构成的多谐振荡器如图8-3电路所示，假设
上电前电容C 两端电压Vc 为零，上电后Vc ＜3
1
Vcc ，
DIS 端截止，5V 电源通过R1、R2给C 充电，Out
端输出高电平，当C 两端电压充电至Vc ≥3
2
Vcc 时，
Out 端高电平翻转为低电平，同时电容C 通过R2经导通的DIS 端到地放电，直至Vc 再次≤
3
1
Vcc ，DIS 端截止，5V 又重新通过R1和R2对C 充电，Out 端
图8-3 单稳态触发电路
输出高电平，如此往复循环，Out 端就会输出一个连续方波信号。 3. 占空比可调的多谐振荡器
占空比可调的多谐振荡器如图8-5所示，它是在图8-4多谐振荡器电路的基础上利用两个二极管D 1和D 2将C 的充电回路和放电回路隔离开，电容充电期间Uo 为高电平，其高电平保持时间记为t on ，则t on =（R 1+Rp A ）Cln2，电容放电期间Uo 输出低电平，其低电平保持时间记为t off =（R 2+Rp B ）Cln2，OUT 端输出的方波周期T=t on +t off =(R 1+Rp+R 2)Cln2。
由图8-5充放电过程分析可知，调节Rp 可以改变Rp A 和RP B 的比值，从而实现对t on
和t off 的改变，但R 1+Rp+R 2始终保持不变，故T=t on +t off 也不变。这里占空比用q 表示，其定义式为：q=
T t on ，当电路中的C 保持不变，则占空比q 表达式还可写为：q=2
11R R R R R P PA
+++ 最小占空比q min =211R R R R P ++，最大占空比q max =2
11R R R R R P P
+++。
（二）扩展任务
1. 555构成的脉冲宽度调制（PWM —Pulse Width Modulation ）器。
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
Uo
图8-5 占空比可调的多谐振荡器
