https://en.wikipedia.org/wiki/555_timer_IC555定时器IC是一种集成电路(芯片),可用于各种定时器、延迟、脉冲产生和振荡器应用。
其衍生品有2路的556和4路的558。
该设计最早于1972年由Signetics公司推出。
自此,许多公司生产了原始的双极定时器,以及类似的低功耗CMOS定时器。
据估计,在2017年,每年生产的定时器超过10亿个,这种设计“可能是有史以来最受欢迎的集成电路”历史555定时器IC是在1971年由Hans Camenzind根据Signetics的合同设计的。
1968年,他受雇于Signetics公司,开发锁相环(PLL)集成电路。
他为锁相环设计了一个振荡器,使频率不依赖于电源电压或温度。
由于1970年的经济衰退,Signetics公司随后裁掉了一半的员工,PLL的开发因此被冻结。
Camenzind提议开发一种基于锁相环振荡器的通用电路,并要求他独自开发,并从Signetics公司借来设备,而不是让他的薪水减半。
Camenzind的想法最初被拒绝了,因为其他工程师认为,产品可以用公司出售的现有部件制造出来,但是,市场经理还是同意了这个想法。
555的第一个设计在1971年夏天被审查。
评估无误后,进行布局设计。
几天后,Camenzind到了直接用电阻代替恒流源的办法,并发现它的工作效果令人满意。
设计上的改变将需要的9个外部引脚减少到8个,因此IC可以装入8引脚的封装而不是14引脚的封装。
该修订版通过了第二次设计审查,原型于1971年10月完成,成为NE555V(塑料DIP)和SE555T(金属TO-5)。
9针版本已经由另一家公司发布了,这家公司的创始人是一位参加了第一次评审的工程师,他已经从Signetics退休了。
这家公司在555发布后很快就撤回了它的版本。
555定时器在1972年由12家公司生产,并成为最畅销的产品。
名称一些书上说555芯片的名字源自其内部3个5K欧的电阻,然而,在采访录音中,Hans Camenzind说:“这只是随意选择的。
是Art Fury(市场经理)认为这个IC会卖得很好,于是选择了“555”这个名字。
”设计根据制造商的不同,标准555封装包含25个晶体管,2个二极管和15个电阻封装成一个8针双列直插封装(DIP-8)。
可供选择的型号包括556 (DIP-14在一个芯片上集成了两个完整的555),和558 / 559(两个变体都是DIP-16,在一个芯片上结合了四个降低功能的计时器)NE555部件为商用温度范围,0℃~ +70℃,SE555部件编号为军用温度范围,−55℃~ +125℃。
这些芯片有高可靠性的金属罐(T封装)和便宜的环氧塑料(V封装)两种形式。
因此,完整的零件编号为NE555V、NE555T、SE555V和SE555T。
低功耗CMOS版本的555现已上市,如Intersil ICM7555和德州仪器LMC555, TLC555, TLC551。
内部原理图555定时器的内部框图和原理图在所有三张图上用相同的颜色突出显示,以阐明芯片是如何实现的555内部结构框图555极性版内部原理图555 CMOS版内部原理图分压电路(Voltage Divider):在电源正极VCC和负极地GND之间有一个分压器,由三个相同的电阻组成(双极定时器为5 kΩ, CMOS为100 kΩ或更高),为比较器提供参考电压。
“控制CONT”引脚连接在两个电阻之间,允许控制参考电压:当“控制”引脚未使用时,该分压器产生2 / 3 VCC的upper参考电压和1 / 3 VCC的lower参考电压。
当 “控制”引脚被使用时,upper参考电压将为Vcont,而下参考电压将为1 / 2 Vcont。
阈值比较器(Threshold Comparator):比较器的负输入接分压器的上参考电压,比较器的正输入接“阈值”引脚。
触发比较器(Trigger Comparator):比较器的正输入接分压器的下参考电压,比较器的负输入接“触发”引脚。
Flip-Flop:SR触发器存储定时器的状态,并由两个比较器控制。
“Reset”引脚将覆盖比较器的两个输入,因此触发器(以及整个计时器)可以在任何时候重置。
输出(OUTPUT):触发器的输出之后是一个带有推挽(push-pull)输出的驱动电路,可以为双极定时器提供高达200 mA的“输出”引脚,对于CMOS定时器更低。
放电(Discharge):触发器的输出连接到一个接地用于“放电”的三级管。
引脚555引脚图556引脚图引脚功能555 pin#556:1st pin#556:2nd pin#Pin namePin dirPin desc17GND电源地,0V268TRIGGERINPUT当该引脚电压低于CONTROL的1 / 2电压时(如果不使用control参考电压,则为1 / 3 VCC),OUTPUT输出高,并开始计时。
只要这个引脚继续保持在一个低电压,输出将保持在高电压。
359OUTPUTOUTPUT这个引脚是一个推挽(p.p)输出低电平(GND)或高电平(对于双极计时器,约VCC-1.7伏,对于CMOS计时器,则等于VCC)。
对于双极计时器,这个引脚可以输出高达200 mA,但CMOS计时器则更小(随芯片而变化)。
对于双极计时器,如果这个引脚驱动上升/下降沿敏感的数字逻辑芯片,可能需要添加一个100到1000 pF的解耦电容(在这个引脚和GND之间)来防止双触发。
4410RESETINPUT通过将该引脚连接到GND,可以复位计时间隔,但直到该引脚上升到约0.7伏特以上,计时才再次开始。
这个引脚覆盖TRIGGER,而TRIGGER又覆盖THRESHOLD。
如果这个引脚没有使用,应该连接到VCC,以防止电气噪声意外引起复位5311CONTROLINPUT这个引脚提供访问内部分压电路(默认2 / 3 VCC),通过对这个引脚施加电压,可以改变时序特性。
在非稳态模式下,这个引脚可以用来调频输出状态。
如果不使用该引脚,应将其连接到10nf解耦电容器(在该引脚和GND之间),以确保电气噪声不影响内部分压器。
6212THRESHOLDINPUT当这个引脚上的电压大于CONTROL处的电压(2 / 3 VCC如果未使用CONTROL参考电压控制),OUTPUT高电平持续时间隔结束,OUTPUT进入低电平。
7113DISCHARGEOUTPUT对于双极计时器,这个引脚是开路集电极(O.C.)输出,CMOS计时器是开路漏极(O.D.)。
这个引脚可以用来为电容放电,时间与输出相一致。
在双稳模式和施密特触发模式下,这个引脚是闲置的,这允许它作为备用输出814VCC对于双极计时器,电压范围通常是4.5到16伏,有些规格高达18伏,尽管大多数将低至3伏。
对于CMOS计时器,电压范围通常是2到15伏,有些规格高达18伏,有些规格低至1伏。
去耦电容器(在该引脚和GND之间)是一种很好的做法模式非稳态模式(Astable):555可以用作电子振荡器。
可用于LED闪光灯、脉冲产生、逻辑时钟、音调产生、安全报警器、脉冲位置调制等。
555可以用作简单的ADC,将模拟值转换为脉冲长度(例如,选择热敏电阻作为定时电阻,允许在温度传感器中使用555,输出脉冲的周期由温度决定)。
使用基于微处理器的电路可以将脉冲周期转换为温度,线性化,甚至提供校准手段。
单稳定模式(monostable):在这种模式下,555作为一个“一次性”脉冲发生器。
可应用于定时器、丢失脉冲检测、无弹开关、触控开关、分频器、电容测量、脉宽调制(PWM)等。
双稳态模式(flip-flop):555是一个SR触发器。
用途包括无弹跳闭锁开关。
施密特触发(逆变器)模式:555作为一个施密特触发逆变器门,将有噪声的输入转换为干净的数字输出。
Astable(非稳态模式)在非稳态模式下,555发出具有特定频率的连续矩形脉冲流。
非稳态模式实现使用了两个电阻R1,R2和一个电容C。
在这种配置中,没有使用控制引脚,因此它通过10nf的解耦电容器连接到地,以分流电噪声。
阈值和触发引脚连接到电容器C,因此它们有相同的电压。
最初,电容器C没有充电,因此触发引脚为零电压,这小于电源电压的1 / 3。
因此,触发引脚使得输出引脚输出高电平,内部放电三极管为截止模式。
由于放电引脚不对地短路,电流流过电阻R1和R2到电容器,为电容充电。
当电容C开始充电,达到电源电压的2 / 3时,阈值引脚使得输出引脚输出低电平,内部放电三级管进入导通模式。
因此,电容器通过R2开始放电,直到它小于电源电压的1 / 3,此时触发引脚使得输出引脚输出高电平,内部放电三级管再次进入截止模式。
如此循环往复。
在第一个脉冲期间,电容从电源电压0到2 / 3充电,然而,在随后的脉冲中,它只从电源电压的1 / 3到2 / 3充放电。
因此,与后面的脉冲相比,第一个脉冲具有更长的时间间隔。
此外,电容通过两个电阻充电,但只通过R2放电,因此输出高电平间隔比低电平间隔长。
输出高电平时间输出低电平时间频率占空比其中t是时间以秒为单位,R是电阻以欧姆为单位,C是电容以法拉为单位,ln(2)是2的自然对数(当四舍五入到6位有效数字时为常数0.693147),但通常在555个计时器数据表中使用0.7、0.69或0.693。
电阻R1的规格需求R1的功率W必须大于(VCC*VCC)/R1,欧姆定律。
特别是双极555,R1的低值必须避免,以便输出端在放电期间保持接近零伏特。
否则,输出的低电平时间将大于上面计算所得。
非稳态模式示例规格第一个循环将明显比计算的时间长,因为电容器在通电时必须首先从0伏充电到2⁄3 VCC,但在后续的循环中只从1 / 3 VCC充电到2 / 3 VCC。
缩短占空比:为了产生高电平时间比低电平时间短(即占空比小于50%)的输出,可以将一个二极管(如1N4148)与R2并联,阴极位于电容侧。
使得在高电平时间段内绕过电阻R2,使得高电平时间只依赖于R1和C,并根据二极管的压降进行调整。
二极管压降减慢了电容充电的速度,使充电时间比预期的长(ln(2)⋅R1C = 0.693 R1C)。
低电平时间与上面相同(0.693 R2C)。
采用旁路二极管时,高电平时间计算公式如下Vdiode是二极管On状态电流为1/2*(VCC/R1),可以从数据手册或测量获得。
假设VCC=5V,Vdiode=0.7V,则高电平时间计算为1.00*R1C,比“预期”的0.693 R1C长了45%。
假设VCC=15V,Vdiode=0.3V,则高电平时间计算为0.725*R1C,和“预期”的0.693 R1C基本接近。
如果Vdiode = 0 V,则和预期的0.693 R1C一致。
Monostable(单稳态模式)在单稳模式下,当电容上的电压等于电源电压的2 / 3时,输出脉冲结束。
通过调节R和C的值,可根据具体应用的需要延长或缩短输出脉冲宽度输出脉冲宽度为t,这是电容C充电到电源电压2 / 3所需要的时间。
其中t是时间以秒为单位,R是电阻以欧姆为单位,C是电容以法拉为单位,ln(3)是3常数的自然对数,它是1.098612(四舍五入到6位有效数字),但它通常在555个计时器数据表中四舍五入为1.1或1.099。
在单稳模式下使用定时器IC时,任意两个触发脉冲之间的时间跨度必须大于RC时间常数示例规格:当R=91K,C=100nF,则t=ln(3)*91k*100nf=0.0099973692,大约为10ms。
使用代数,R和C的规格值可以按10的倍率缩放,以获得相应时间的缩放。
通过并联或串联第二个电阻,可以很容易地获得额外的电阻值R。
如果并联相同电阻,则时间减半。
如果串联相同电阻,则时间翻倍。
Bistable(双稳态模式)在双稳模式下,555定时器作为SR触发器使用。
触发和复位输入通过上拉电阻保持高,而阈值输入接地。
将触发端短暂接地(GND)作为一个SET信号,使得输出端out输出高电平。
将复位端短暂接地(GND)作为一个RESET信号,使得输出端out输出低电平。
双稳态配置中不需要定时电容。
放电引脚不连接,也可作为集电极开路输出。
Schmitt trigger(施密特触发器)一个555定时器可以用来创建一个施密特触发逆变器门,将有噪声的输入转换成干净的数字输出。
输入信号通过串联电容连接,串联电容连接触发管脚和阈值管脚。
一个电阻分压器,从VCC到GND,连接到触发管脚和阈值管脚。
复位引脚连接到VCC。
原始规格这些规格适用于原始双极NE555。
其他的555定时器根据等级可以有不同的规格(工业、军事、医疗等)。