数电课程设计--用555定时器接成的单稳态触发器

数电课程设计--用555定时器接成的单稳态触发器数字电子技术课程设计报告题目：用555定时器设计的单稳态触发器学院电气工程学院专业班级电气3班电气工程学院专业课程设计评阅表题目名称用555定时器接成的单稳态触发器一、学生自我总结二、指导教师评定目录一、设计目的 (1)二、设计要求和设计指标 (1)三、设计内容 (1)3.1 变频电路工作原理 (2)3.1.1工作原理 (2)3.1.2 输出脉冲宽度 (3)3.1.3 555定时器 (3)3.2仿真结果与分析 (4)四、本设计改进建议 (6)五、总结（感想和心得等） (6)六、主要参考文献 (7)附录用555定时器设计的单稳态触发器元器件明细表 (7)一、设计目的1、进一步巩固和加深对数字电子技术基础知识的理解，提高综合运用所学知识的能力，培养学生独立分析问题、解决问题的能力。

2、通过上网查找资料、选方案、设计电路、仿真或调试、写报告等环节的训练，熟悉过程、步骤。

为今后从事电子线路的设计、研制电子产品打下良好的基础。

3、亲自动手设计数字电子电路，实现特定功能。

学习这一技能，积累这方面的经验。

4、以数字逻辑电路技术为基础，设计用555定时器接成的单稳态触发器。

二、设计要求和设计指标2.1 设计要求1、用555定时器设计一个单稳态触发器。

2、构成的单稳态触发器输出的脉冲宽度在1-10s的范围内可手动调节，当调节输出脉冲宽度时，可通过改变外接电阻或改变外接电容的大小实现，在此设计中将采用改变外接电阻的大小调节输出脉冲宽度。

3.按照以上技术要求设计电路，绘制电路图，对设计的电路用Multisim或OrCAD/PspiceAD9.2进行仿真。

2.2 设计指标1、电源选用一个12V的电源，一个信号发生器，一个示波器，外电路中，选用用于改变输出脉冲宽度的外接电阻为可变电阻，电容选用200nF容量的电容，555定时器电路中，电容选用10nF容量的电容，电阻选用100Ω的电阻，定时器选用555定时器。

2、设计后运用于现实生活中，例如：用于TTL系统的接口，整形电路或脉冲鉴幅等。

三、设计内容当触发信号输入时，该信号会被送到555定时器中的比较器中与阀值电压比较，比较器输出比较结果（高电平或低电平，视具体设计）到SR锁存器（S端或R端，视具体设计），SR锁存器将信号传到与非门中，经过与非门后信号将传到一个非门和由一个三极管和一个电阻组成的反相器，反相器输出的电压将传送到555定时器的另一个比较器中，同时在该电压对地接入电容，传到非门的信号将作为输出信号输出。

图1为由555定时器构成的单稳态触发器。

图1 由555定时器构成的单稳态触发器3.1 变频电路工作原理3.1.1工作原理由555定时器构成的单稳态触发器如图2所示。

其工作原理为输入触发信号（低电平有效）尚未加入时，ui为高电平，既u2=ui>1/3Udd，而u6的大小由Uc来决定，若Uc=0v（未充电），则u6=Uc<2/3Udd，则电路处于保持状态。

若Uc≠0（假设>2/3Udd）,则电路输出U0为低电平，放电管VT处于导通状态，故Uc>2/3Udd不能维持而将至0v，电路也处于保持状态，电路输出u0仍然为低电平。

因此该状态只要输入触发信号未加入，输出为“0”的状态一直可保持，故称为稳定状态。

当输入触发脉冲（窄脉冲）加入后，u2=Ui<1/3Udd，因为此时u6=uc=0v<1/3Udd，输出u0为高电平，此时，VT截止，C充电，充电回路Udd→R→C→地，充电时间常数为τ=RC。

电路进入暂稳态。

当uc上升至>2/3Udd，此时ui已回到高电平，故u2=ui>1/3Udd，则输出u0回到低电平，暂稳态结束，放电管VT导通，C经VT放电，由于放电回路等效电阻很小，放电极快。

电路经短暂的恢复过程后，自动返回至稳态。

单稳态触发器的工作波形如图3所示。

图 2 电路图图3 工作波形3.1.2 输出脉冲宽度输出脉冲宽度tw计算公式为t w=1.1RC由此可见，单稳态触发器的输出脉冲宽度即暂稳态时间与电源电压大小和输入脉冲宽度（应为窄的负脉冲，且tp≤tw）无关，仅由电路自身RC参数决定。

应该注意，触发输入脉冲宽度应小于输出脉冲宽度，否则电路工作不正常。

通常R的取值在几百欧姆到几兆欧姆之间，电容的取值范围为几百皮法到几百微法，Tw 的范围为几微秒到几分钟。

但必须注意，随着Tw的宽度增加它的精度和稳定度将随之下降。

3.1.3 555定时器555定时器是一种模拟-数字混合式中规模集成定时电路，用途十分广泛。

它不但可以方便地构成多谢振荡器、单稳态触发器和施密特触发器等脉冲电路，而且在工业自动控制、定时、延时、报警、仿声、电子乐器等方面也有着广泛的应用。

555定时器的产品有双极型和CMOS两种。

双极型定时器电源电压在5~16V 之间，最大负载电流可达200mA，输出电流大，驱动负载能力强，典型产品有NE555、5G1555等。

CMOS定时器电源电压在3~18V之间，最大负载电流在4mA以下，输出电流较小，功耗低，典型产品有CC7555，CC7556等。

555 定时器的功能主要由两个比较器决定。

两个比较器的输出电压控制RS 触发器和放电管的状态。

在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的反相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的同相输入端的电压为VCC /3。

若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。

如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。

图4为555定时器引脚图图4 555定时器引脚图它的各个引脚功能如下：1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。

2脚：低触发端3脚：输出端Vo4脚：是直接清零端。

当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。

5脚：VC为控制电压端。

若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。

6脚：TH高触发端。

7脚：放电端。

该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。

8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 ~ 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 ~ 18V。

一般用5V。

在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下，555时基电路的功能表如表1示。

表1 555定时器功能表555定时器的单稳态模式：在此模式下，555功能为单次触发。

应用范围包括定时器，脉冲丢失检测，反弹跳开关，轻触开关，分频器，电容测量，脉冲宽度调制（PWM）等。

3.2仿真结果与分析3.2.1 仿真结果我们把设计好的电路放到multisim中仿真。

在仿真电路中按设计要求中要实现的功能一一测试。

经过几次修改后我们终于得出正确的输出波形，开始的时候，我们发现没有仿真成功，示波器显示的波形不是理想的波形，后来经过正确的修改电阻和电容的值，我们得出了正确的输出波形。

仿真图如图5所示。

图5 仿真电路示波器显示的输出波形如图6所示。

图6 输出波形四、本设计改进建议1、要熟悉对仿真软件的使用，要不然很难得到准确的仿真结果。

2、要改变输出脉冲的脉宽，不仅可以通过改变外接电阻的值，还可以通过改变外接电容的值来改变输出脉冲脉宽，既把电容换成一个可变电容。

五、总结（感想和心得等）通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。

在课程设计过程中，经常会遇到这样那样的情况。

老按自己想的方法去做，但实际情况并不是这样，总是查阅资料，一次又一次的改正，因此耗费了大量的时间在这上面。

通过做课程设计不仅是对课本知识的巩固和加强，更是将学到的理论知识应用到实践中去的完美结合。

由于课本上的知识太多，平时的学习并不能很好的了解和运用，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更深入的了解。

经过这次课程设计，我深深认识到生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。

劳动是人类生存生活永恒不变的话题。

经过自己的努力，我才真正领略到“艰苦奋斗”后的果实的甜蜜。

这次课程设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们还可以以团队的形式去完成任务。

一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，共同配合，让我真正体会到合作的魅力。

我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。

团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。

这次课程设计正好锻炼到了我们这一点，这也是非常宝贵的。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实践相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的。

只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在课程设计的过程中难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

平时看课本时，很多问题一知半解，做完课程设计后，那些问题就迎刃而解了。

认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。

对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。

挫折是一份财富，经历是一份拥有。

这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！六、主要参考文献[1]施齐云潘大鹏黄湘松 . 数字电子技术实践教程[M]. 哈尔滨工程大学出版社2011.10[2]汤光华宋涛. 电子技术[M]. 化学工业出版社 2005.5[3]包晓敏王开全. 数字电子技术[M]. 北京：机械工程出版社 2011.11[4]阎石清华大学电子学教研组. 数字电子技术基础（第五版）[M]. 高等教育出版社[5]华南理工大学广州学院电气工程学院. 电工电子技术实验指导[M]. 华南理工大学出版社附录用555定时器设计的单稳态触发器元器件明细表。