一些关于555芯片……

555芯片概述

说到振荡器，不得不提555定时器芯片。它可以用于定时、触发、脉冲产生和振荡电路，所有和时钟相关的领域都可以考虑采用。

由于其易用性、低廉的价格和良好的可靠性，这颗芯片在业内很流行，成为很多学生、创客在电子DIY制作中热爱的经典IC。

555定时器于1971年由西格尼蒂克公司推出，由于其易用性、低廉的价格和良好的可靠性，被广泛应用于电子电路的设计中。许多厂家都生产555芯片，包括采用双极型晶体管的传统型号和采用CMOS设计的版本。555被认为是年产量最高的芯片之一，仅2003年，就有约10亿枚的产量。

其制作工艺为双极型(TTL)。

555的基础功能

引脚说明

标准的555芯片是DIP-8封装，其引脚如下所示：

引脚基础功能：

引脚	名称	功能
1	GND（地）	接地，作为标准地（0V）
2	TRIG（触发）	当引脚电压降至1/3VCC（或1/2CTRL）时输出端给出高电平
3	OUT（输出）	输出高电平（+VCC）或低电平
4	RST（复位）	当引脚接高电平时定时器工作，当此引脚接地时芯片复位，输出低电平
5	CTRL（控制）	控制芯片的阈值电压（悬空时默认两阈值电压为1/3VCC与2/3VCC）
6	THR（阈值）	当引脚电压升至2/3VCC（或由控制端决定的阈值电压）时输出端给出低电平
7	DIS（放电）	内接OC门，用于给电容放电
8	VCC（供电）	提供高电平并给芯片供电

功能解析

555芯片的内部电路如图所示：

由电路图可见，VCC到GND间有三个阻值相等的电阻。若5管脚悬空，则由定比分压关系，比较器R的负端输入 $\frac{2}{3}V_{CC}$ ，比较器S的正端输入 $\frac{1}{3}V_{CC}$ ；若5脚接入电平，则对电压进行钳位，比较器R的负端输入 $V_{5}$ ，比较器S的正端输入 $\frac{1}{2}V_{5}$ 。

当THR电平大于 $\frac{2}{3}V_{CC}$ （或 $V_{5}$ ）时，比较器R输出高电平，向RS锁存器发出RESET信号；当TRIG电平小于 $\frac{1}{3}V_{CC}$ （或 $\frac{1}{2}V_{5}$ ）时，比较器S输出高电平，向RS锁存器发出SET信号。当RST脚输入高电平时，RS锁存器正常工作，RST接低电平时，RS永远输出0。

当R=0,S=1时RS锁存器输出0，经过非门使三极管导通，DIS端接地允许放电，非门端再次经过非门得到3脚输出0；同理R=1,S=0时3脚输出1，此时三极管截止，DIS为高阻态，3脚输出1。

功能表

为了方便记忆，将555的功能列表如下：

输入			输出		功能
RST(4)	THR(6)	TRIG(2)	OUT(3)	DIS(7)	功能
0	X	X	0	导通	无条件异步清零
1	<2 3vcc	<1 3vcc	1	截止	RS锁存器SET
1	>2/3Vcc	>1/3Vcc	0	导通	RS锁存器RESET
1	<2 3vcc	>1/3Vcc	保持	保持	RS锁存器保持
1	>2/3Vcc	<1 3vcc	1	截止	出现竞争冒险现象

（小于小于1，大于大于0，中间不变，两边冒险）

555的应用

施密特触发器

施密特触发器有两个稳定状态，但与一般触发器不同的是，施密特触发器采用电位触发方式，其状态由输入信号电位维持；对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信号，施密特触发器有不同的阈值电压。

如图，将555定时器的2个输入端接到一起，作为1个新的输入端，即可得到施密特触发器。有时为了提高电路的稳定性，会在CONT接滤波电容。先不接外部的参考电压，则VH=2/3Vcc，VL=1/3Vcc。设输入信号为Vi。首先分析Vi从0开始逐渐升高的过程：
1.Vi<VL<VH，Vc1=0 ，Vc2=1 ，查表可知，OUT=1；
2.VL<Vi<VH，Vc1=0 ，Vc2=0 ，OUT不变，还是1；
3.VL<VH<Vi，Vc1=1 ，Vc2=1 ，OUT=0；
此后Vi继续增大，输出也不会变化，所以分析Vi从大于VH开始下降的过程：
4.VL<Vi<VH，Vc1=0 ，Vc2=0 ，OUT不变，但这次是0；
5.Vi<VL<VH，Vc1=0 ，Vc2=1 ，OUT=1。

我们可以看到，施密特触发器的电压输出特性类似于滞回比较器。

也正是由于这种特性，施密特触发器作为波形整形电路（即将模拟信号波形整形为数字电路能够处理的方波波形）时，可用于抗干扰输出，其应用包括在开回路配置中用于抗扰，以及在闭回路正回授/负回授配置中用于实现多谐振荡器。

单稳态触发器

单稳态触发器只有一个稳定状态，一个暂稳态。在外加脉冲的作用下，单稳态触发器可以从一个稳定状态翻转到一个暂稳态。由于电路中RC延时环节的作用，该暂态维持一段时间又回到原来的稳态，暂稳态维持的时间取决于RC的参数值。

如图，电路的稳态为低电平，在外界条件的影响下，输出会暂时变为高电平，但最终还是变成低电平。用单稳态的特性可以设计一个延时关闭的灯，假设灯按下去以后，不会立刻关闭，而是延时一段时间再关闭，延长的时间由RC的值决定。

在没有触发信号或保持高电平的时候，555输出低电平的状态将稳定不变。

如果触发脉冲的下降沿到达IN2，那么IN2<VL，同时IN1<VH，于是是555输出高电平，三极管截止，进入暂态，此时三极管截止，则Vcc通过电阻向电容充电，当电容的电压IN1>VH的时候，555输出低电平，三极管导通，回到稳态。

在这个电路中，我们利用单稳态触发器实现按一下按钮使LED灯点亮（或熄灭）一段时间的功能。

为避免禁用情况出现，须保证引脚2必须是一个窄脉冲，我们常用添加电容的方式来将其变为窄脉冲。

还有一种形式的单稳态触发器是可重触发的，其通过上升沿触发充电，在tw时间之前若接收到下降沿信号则提前开始电容放电。

多谐振荡电路

多谐振荡器是一种自激振荡器。在接通电源以后，不需要外加触发信号，便能自动产生矩形脉冲。由于矩形波中含有丰富的高次谐波分量，所以习惯上由将矩形波的振荡器称为多谐振荡器。

首先，把IN1与IN2连接到一起，先做出施密特触发器。

然后，仍然以电容的电压作为输入信号，并想办法把电容的电压会维持在施密特触发器的2个阈值之间。把555的输出连接到电容上，则输出高电平的时候为电容充电，输出低电平的时候让电容放电。

在实际应用中，为了减轻555定时器的负担，用Vcc为电容充电，通过放电三极管来使电容放电。当三极管通过电阻连接Vcc时，三极管的集电极（555定时器的第7脚）的电平与555的输出其实一样。

接下来分析电容电压与555定时器输出端关系。设电容电压为Vi。首先分析Vi从0开始逐渐升高的过程：
1.Vi<VL<VH，Vc1=0 ，Vc2=1 ，OUT=1，三极管截止，Vcc通过R1与R2为电容充电，Vi逐渐升高。
2.VL<Vi<VH，Vc1=0 ，Vc2=0 ，OUT不变，还是1，电容继续充电，Vi继续升高。
3.VL<VH<Vi，Vc1=1 ，Vc2=1 ，OUT=0，三极管导通，电容通过R2与导通了的三极管放电，Vi逐渐降低。
4.VL<Vi<VH，Vc1=0 ，Vc2=0 ，OUT不变，但这次是0，电容继续放电，Vi继续降低。
5.Vi<VL<VH，Vc1=0 ，Vc2=1 ，OUT=1，回到状态1，循环往复。

通过以上分析可以看出，电容上的电压将在VH与VL之间反复振荡，555定时器的输出在电容充电期间为高电平，在电容放电期间为低电平。

当电容充电时，电阻值为R1+R2。电容放电时，电阻值为R2，充放电时间与电阻的阻值成正比，所以，此电路的占空比始终大于50%。如果希望得到小于或者等于50%的占空比，可以利用二极管的单向导电性，使得充电与放电经过不同的路径。如下图改进电路：