定时器

一、实验目的

1.熟悉555型集成时基电路的电路结构、工作原理及其特点。

2.掌握555型集成时基电路的基本应用。

二、实验内容

以下实验均在扩展板上进行，具体的芯片插法与前述实验相同，区别在于芯片的功能，引脚不同，芯片之间的连接方法不同。

1、测试74LS90的逻辑功能

计数脉冲由单次脉冲源提供，如果从A端输入，从QA端输出，则是二进制计数器；如果从B端输入，从QD，QC，QB输出。则是异步五进制加法计数器；当QA和B端相连，时钟脉冲从A端输入，从QD，QC，QB，QA端输出，则是8421码十进制计数器；当A端和QD端相连，时钟脉冲从B端输入，从QD，QC，QB，QA端输出，则是5421码十进制计数器。输出端QD、QC、QB、QA接一译码器74LS248（或74LS48），经过译码后接至数码管单元的共阴数码管。按表5-1逐项测试并判断该集成块的功能是否正常。具体的接法请参考附录和有关资料。

2、用74LS90设计百进制计数功能，画出电路图，测试逻辑功能并记录

3、设计一个五进制计数器，通过74LS192十进制计数器设计接成5进制计数器，测试逻辑功能并记录。

图1

4、设计一个可控制进制的计数器，当控制量M=0时为五进制，当M=1时为十五进制

由于最大是十五进制，需要用十六进制计数器进行改接，选择芯片7EHC161芯片，测试并记录

图2

1.单稳态触发器

（一）按图19-2连线，取R=100K，C=47uf，输出接LED电平指示器。输入信号Vi由单次脉冲源提供，用双踪示波器观测Vi，Vc，Vo波形。测定幅度与暂稳态时间。

（二）将R改为1K，C改为0.1uf，输入端加1KHz的连续脉冲，观测Vi，Vc，Vo波形。测定幅度与暂稳态时间。

2.多谐振荡器

（1）按图19-4接线，用双踪示波器观测Vc与Vo的波形，测定频率。

（2）按图19-6接线，组成占空比为50℅的方波信号发生器。观测Vc、Vo波形。测定波形参数。

（3）按图19-7接线，通过调节RW1和RW2来观测输出波形。

3.施密特触发器

按图19-8接线，输入信号由音频信号源提供（也可以由实验箱中信号源部分的正弦信号模拟），预先调好Vi的频率为1KHz，接通电源，逐渐加大Vs的幅度，观测输出波形，测绘电压传输特性，算出回差电压△U。

4.利用555定时器设计制作一触摸式开关定时控制器，每当用手触摸一次，电路即输出一个正脉冲宽度为10S的信号。试画出电路并测试电路功能。

5.多频振荡器实例－双音报警电路

电路图如下：

图3

6.分析它的工作原理及报警声特点。

（1）观察并记录输出波形，同时试听报警声。

（2）若将前一级的低频信号输出加到后一级的控制电压端5，报警声将会如何变化？试分析工作原理。

图4

图5

三、实验原理及说明

555集成时基电路称为集成定时器，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，其应用十分广泛。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器，因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。它的内部电压标准使用了三个5K的电阻，故取名555电路。其电路类型有双极型和CMOS型两大类，两者的工作原理和结构相似。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7556，两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。双极型的电压是+5V~+15V，输出的最大电流可达200mA，CMOS型的电源电压是+3V~+18V。

图6

1.555电路的工作原理

555电路的内部电路方框图如图19-1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T，比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器A1同相比较端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为     和         。A1和A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过             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。

 

    是复位端，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接VCC。

Vc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，通常接一个0.01uf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。

T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路。

2.555定时器的典型应用

（1）构成单稳态触发器  

图7

上图为由555定时器和外接定时元件R、C构成的单稳态触发器。D为钳位二极管，稳态时555电路输入端处于电源电平，内部放电开关管T导通，输出端Vo输出低电平，当有一个外部负脉冲触发信号加到Vi端。并使2端电位瞬时低于 ，低电平比较器动作，单稳态电路即开始一个稳态过程，电容C开始充电，Vc按指数规律增长。当Vc充电到 时，高电平比较器动作，比较器A1翻转，输出Vo从高电平返回低电平，放电开关管T重新导通，电容C上的电荷很快经放电开关管放电，暂态结束，恢复稳定，为下个触发脉冲的来到作好准备。波形图见图19-3。

图8

暂稳态的持续时间Tw（即为延时时间）决定于外接元件R、C的大小。

Tw=1.1RC

通过改变R、C的大小，可使延时时间在几个微秒和几十分钟之间变化。当这种单稳态电路作为计时器时，可直接驱动小型继电器，并可采用复位端接地的方法来终止暂态，重新计时。此外需用一个续流二极管与继电器线圈并接，以防继电器线圈反电势损坏内部功率管。

（2）构成多谐振荡器

如图19-4，由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外接触发信号，利用电源通过R1、R2向C充电，以及C通过R2向放电端     放电，使电路产生振荡。电容C在     和     之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波。

图9

输出信号的时间参数是：    T=    

    =0.7（R1+R2）C

        =0.7R2C

其中， 为VC由 上升到 所需的时间， 为电容C放电所需的时间。

555电路要求R1与R2均应不小于1KΩ，但两者之和应不大于3.3MΩ。

外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力。因此，这种形式的多谐振荡器应用很广。

（3）组成占空比可调的多谐振荡器

电路如图19-6，它比图19-4电路增加了一个电位器和两个引导二极管。D1、D2用来决定电容充、放电电流流经电阻的途径（充电时D1导通，D2截止；放电时D2导通，D1截止）。

图10

占空比q=   /   ≈0.7（R1+Rw1）C/0.7（R2+Rw2）C

可见，若取       ，电路即可输出占空比为50℅的方波信号。

（4）组成占空比连续可调并能调节振荡频率的多谐振荡器

如下图所示：

图11

对C1充电时，充电电流通过R1、D1、RW2和RW1，放电时通过RW1、RW2、D2、R2。当R1=R2、RW2调至中心点时，因为充放电时间基本相等，其占空比约为50℅，此时调节RW1仅改变频率，占空比不变。如RW2调至偏离中心点，再调节RW1，不仅振荡频率改变，而且对占空比也有影响。RW1不变，调节RW2，仅改变占空比，对频率无影响。因此，当接通电源后，应首先调节RW1使频率至规定值，再调节RW2，以获得需要的占空比。若频率调节的范围比较大，还可以用波段开关改变C1的值。

（5）组成施密特触发器

电路如图所示，只要将脚2和6连在一起作为信号输入端，即得到施密特触发器。图19-9画出了     、Vi和Vo的波形图。

设被整形变换的电压为正弦波 ，其正半波通过二极管D同时加到555定时器的2脚和六脚，得到的Vi为半波整流波形。当Vi上升到 时，Vo从高电平转换为低电平；当Vi下降到 时，Vo又从低电平转换为高电平。

回差电压：

△V=2/3VCC-1/3VCC=1/3VCC

图12

四、实验设备

一台安装Multisim的PC机。