实验六集成定时电路

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1、实验六集成定时电路一、实验目的和要求掌握集成定时器555构成的多谐振荡器、大范围可变占空比方波发生器、数字逻辑笔测试电路的计算机仿真设计与分析方法。重点掌握555构成的多谐振荡器的计算机仿真设计与分析方法。二、实践内容或原理1．555定时电路原理集成时基电路又称为集成定时器或555电路，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，应用十分广泛。模拟功能部件包括电阻分压器、电压比较器和集电极开路的放电管。数字功能部件包括G1和G2组成的基本RS触发器、输出缓冲级G3 和为直接置0端。它是一种能产生精确时间延迟和多种脉冲信号的电路，由于内部电压标准使用了三个5K电阻，故取名555

2、电路。其电路类型有双极型和CMOS型两大类，二者的结构与工作原理类似。几乎所有的双极型产品型号最后的三位数码都是555或556；所有的CMOS产品型号最后四位数码都是7555或7556，二者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。555和7555是单定时器。556和7556是双定时器。双极型的电源电压VCC＝+5V～+15V，输出的最大电流可达200mA，CMOS型的电源电压为+3～+18V。一般用5V。555电路的内部电路结构图如图8.1所示。它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关管VT，比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成的分压器提供。它们分别使高

3、电平比较器A1的同相输入端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为和，A1与A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号自6脚输入，即高电平触发输入并超过参考电平时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电开关管截止。RST是复位端（4脚），当RST＝0，555输出低电平。平时RST端开路或接VCC。CON是控制电压端（5脚），平时输出作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接

4、一个0.01μf的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。VT为放电管，当VT导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电通路。555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路，并由两个比较器来检测电容器上的电压，以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路，可方便地构成单稳态触发器，多谐振荡器，施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路。（a）内部结构图图（b）引脚排列图8.1555电路的内部电路结构图2．555构成多谐振荡器多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路，由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波，故称为多谐

5、振荡器。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之间来回转换，故又称它为无稳态电路。由555定时器构成的多谐振荡器如图8.2所示，R1，R2和C1是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚）和低电平触发端（2脚）并接后接到R2和C的连接处，将放电端（7脚）接到R1，R2的连接处。由于接通电源瞬间，电容C1来不及充电，电容器两端电压UC1为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出Uo为高电平，放电管VT截止。这时，电源经R1，R2对电容C1充电，充电回路：VCC—R1—R2—C1，使电压UC1按指数规律上升

6、，当UC1上升到（2/3）Vcc时，输出Uo为低电平，放电管VT导通，把UC1从（1/3）Vcc上升到（2/3）Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关。充电时间常数T充=（R1＋R2）C。图8.2555定时器构成的多谐振荡器电路由于放电管VT导通，电容C1通过电阻R2和放电管放电，电路进人第二暂稳态。其维持时间TPL的长短与电容的放电时间有关，放电时间常数T放＝R2C1。随着C1的放电，UC1下降，当UC1下降到（1/3）Vcc时，输出Uo为高电平，放电管VT截止，Vcc再次对电容C1充电，电路又翻转到第一暂稳态。不难理解，接

7、通电源后，电路就在两个暂稳态之间来回翻转，则输出可得矩形波。电路一旦起振后，UC1电压总是在（1/3～2/3）Vcc之间变化。根据三要素法计算输出信号的时间参数为TPH＝0.7(R1＋R2)C，TPL＝0.7R2CT＝TPH＋TPLLM555CN电路要求R1与R2均应大于或等于1KΩ，但R1＋R2应小于或等于3.3MΩ。三、实践步骤或环节1.按照图8.1构造多谐振荡器电路。2．改变图8.1中R1、R2、C1的数值，观察多谐振荡器频率的变化。四、仿真结果分析与处理图8.1所示电路的仿真结果如图8.3所示。8.3多谐振荡器的仿真工