如何进行酒店经营分析和诊断(1)

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实验9 555定时器
一、实验目的
1. 熟悉 555 定时器的组成和工作原理。

2. 掌握 555 定时器产生脉冲和对脉冲进行整形的电路。

二、实验原理
1. 555 定时器
555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。

一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为
7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。

555 定
时器的电源电压范围宽，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在
3~18V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、
CMOS 或者模拟电路电平兼容。

555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，
就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲
产生与变换电路。

它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家
用电器、电子测量及自动控制等方面。

555 定时器的内部电路
框图和外引脚排列图分别如图 2.9.1 和图 2.9.2 所示。

它内
部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，
一个放电管 T 及功率输出级。

它提供两个基准电压ＶCC /3 和
2ＶCC /3，它的功能表如表 2.9.1 所示。

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 A1 的反相输入端的电压为2ＶCC /3，A2 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 A2 的输出为 1，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 A1 的输出为 1，A2 的输出为 0，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。

2. 555 定时器的应用
(1) 多谐振荡器
图 2.9.3 (a) 是用 555 定时器组成的多谐振荡器。

令 R1= R ０+ RW，则 R1、R2 和 C 为定时元件，C1 是滤波电容，通常 R1、R2 大于 1kΩ。

接通电源时，放电管 T 截止，Ｖo=1。

此时电源通过 R1、R2 向电容 C 充电，当电容上电压大于 2ＶCC /3 时，比较器 1 翻转，输出Ｖo=0，同时 555 内部的放电管 T 导通，电容 C 通过 R2 放电；当电容上电压小于ＶCC /3 时，比较器 2 翻转，使输出电压Ｖo=1，C 放电终止，又重新开始充电。

电容电压ＶC 和输出电压Ｖo 的波形如图 2.9.3 (b) 所示。

此过程重复，形成振荡。

充电时间Ｔ1 =0.693(R1+ R2)C
放电时间Ｔ2 =0.693R2C
振荡周期Ｔ= Ｔ1 +Ｔ2=0.693(R1+2 R2)C
占空比 D=Ｔ1/Ｔ
(2) 单稳态触发器和施密特触发器
单稳态电路的组成如图2.9.4(a)所示。

R = R1+RW，当电源接通后，ＶCC通过电阻R向电容C充电，待电容ＶC 上升到 2ＶCC/3 时 RS 触发器置 0，即输出Ｖo 为低电平，同时电容 C 通过三极管 T 放电。

当触发端的外接输入信号电压Ｖi<ＶCC /3 时，RS 触发器置 1，即输出Ｖo 为高电平，同时三极管 T 截止。

电源ＶCC 再次通过电阻R 向电容 C 充电。

输出维持高电平的时间取决于 RC 的充电时间，输出电压的脉宽Ｔw =RCIn3≈
1.1RC，一般 R 取 1kΩ ~10MΩ，
C>1000pF。

图 2.9.4 (b) 是触发电压Ｖi、电容电压ＶC 和输出电压Ｖo 的波形。

图 2.9.5(a) 为用 555 定时器实现的施密特触发器，它的电压传输特性见图 2.9.5 (b)，其中ＶTH=2ＶCC/3，ＶTL=ＶCC/3，其回差电压ＶT=ＶCC/3。

三、实验内容及步骤
1. 多谐振荡器
(1) 按图 2.9.3 (a) 线，组成一个占空比可调的多谐振荡器。

(2) C = 10μF，调节电位器 RW，用示波器观察输出信号的波
形和占空比。

2. 单稳态触发器
(1) 按图 2.9.４(a) 连接电路，组成一个单稳态触发器。

(2) 将频率为 1kHz，幅度为 4V 的矩形波信号加到Ｖi 端，用示波器测量输出脉冲宽度。

(3) 改变输入信号的占空比，观察对输出脉冲有无影响。

(4) 改变输入信号的频率，测量输出频率的最大值。

(5) 取 R = 500kΩ，C = 10μF，555 的输出端接一个 LED，触发输入端接单次脉冲，用秒表记录 LED 点亮的时间。

3. 施密特触发器
(1) 按图 2.9.5 (a) 连接电路，其中取 R1 = R2 = 51kΩ，R3 = 1kΩ，C = 1μF。

组成施密特触发器。

(2) 将频率为 1kHz，幅度为 4V 的锯齿波信号加到Ｖi ，观察输出脉冲波形，记录上限触发电平，下限触发电平，算出回差电压。

4. 图 2.9.6 为“叮咚”门铃电路，555 定时器与 R1、R2、R3 和 C2 组成多谐振荡器。

按钮AN未按下时，555 的复位端通过R4 接地，因而 555 处于复位状态，扬声器不发声。

当按下 AN 后，电源通过二极管 D1 使得 555 的复位端为高电平，振荡器起振。

因为 R1 被短路，所以振荡频率较高，发出“叮”声。

当松开按扭，电容 C1 上的电压继续维持高电平，振荡器继续振荡，但此时 R1 已经接入定时电路，因此振荡频率较低，发出“咚”声。

同时 C1 通过 R4 放电，当 C1 上电压下降到低电平时，555 又被复位，振荡器停振，扬声器停止发声。

电路元件的参数为：电源电压 +6V；电阻 R1 = 39kΩ，R2 = R3 = 30kΩ，R4 = 4.7kΩ；电容
C1 = 47μF，C2 = 0.01μF，C3 = 22μF，扬声器阻抗为 8Ω，二极管采用 2CZ 系列。

通过实验调试，使该电路工作，并计算该振荡器的两个不同的振荡频率ｆ1 和ｆ2 。

5. 思考与设计
设计一个楼梯路灯的控制电路，要求按下开关灯马上亮，延时
４分钟后灯自动熄灭。

四、实验仪器与器件
1. 数字电路实验箱 1个
2. 双踪示波器1台
3. 脉冲信号发生器1台
4. 定时器 NE555 1片
5. 二极管 (2CZ) 2个
6. 电阻、电容若干
五、实验报告要求
1. 画出实验的逻辑电路。

2. 整理实验表格。

3. 观察电阻和电容对输出波形的影响。

/jpkc/2006/szdzjs/shijian/shiyan9.htm1.1 555 CMOS 集成电路的组成
555 CMOS 集成电路内部有几十个元器件，有分压器、比较器
、基本R-S 触发器、放电管
以及缓冲器
等，电路比较复杂，是模拟电路和数字电路的混合体。

555 集成电路是8 脚封装，双列直插型，如图1所示。

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脚是下比较器的输入，称触发端() ；③脚是输出端(Vo) ，它有0 和1两种状态，由输入端所加的电平决定；④脚是复位端() ，接低电平，则集成电路不工
作，此时不论、TH处于何电平，集成电路输出为“0” ，平时该端开路或接VDD；⑤脚是控制电压端(Vc), 可用它改变上下触发电平值，在不接外加电压时，通常接一个0.01μF 的电容器
到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，确保参考电平的稳定；⑥脚是上比较器的输入，称阈值端(TH) ；
⑦脚是放电端(DIS) ，它是内部放电管的输出, 有悬空和接地两种状态，也是由输入端的状态决定；⑧脚是电源端,外接电源VDD,一般用3 V~18 V。

1.2 555 CMOS集成电路的改造
将555 CMOS集成电路的⑥、②脚并接成只有一个输入端Vi，就构成了施密特触发器，如图2所示。

其电压传输特性如图3所示。

由图3可见，施密特触发器输出电压和输入电压的关系是一个长方形的回线形，当输入端Vi电压为0时，输出端Vo（3脚）为高电位（Vo=1）；当输入端Vi电压由0上升到>2/3VDD时，输出端Vo为低电位（Vo=0）；当输入端Vi电压由最高位下降到<1/3 VDD时，输出端Vo又变为高电位（Vo=1）。

当输入端Vi电压处于1/3 VDD和2/3 VDD之间，输出端Vo保持原状态。

由于它的输入有两个不同的阈值电压，所以，这种电路常用于电子开关。

2 总体设计方案及实现
2.1 设计方案概述
校园调频电台节目自动播放系统主要由计算机、电源定时器、发射机等组成，可利用计算机技术修改计算机BIOS参数的设置及自动关机软件来实现计算机自动开机或关机；利用音频播放软件及Windows系统自带的“计划任务”功能实现计算机自动播放节目；设想利用播放节目的音频信号及555 CMOS集成电路工作原理和特点，设计了简单实用的发射机电源控制器，实现校园调频电台播放节目自动化。

2.2 电源控制器组成电路
基于555 CMOS集成电路的电源控制器，主要由升压、整流、滤波及延时控制电路等部分组成，其关键器件选用CC7555 CMOS 集成电路，CC7555集成电路具有功耗低、静态电流较小(80 μA左右)、输入阻抗极高(输入电流仅为0.1 μA左右)、电源电压范围较宽(在3 V~18 V内均正常工作)等特点。

电源控制器电路模块如图4所示。

电源控制器电路原理如图5所示。

电路中工作电源VDD采用12 V，将上限阀值输入端VTH（⑥脚）和下限阀值输入端VTR（②脚）短接作为触发输入端（Vi），当输入电平（②、⑥脚）>2/3 VDD时(Vi>8V)，输出端Vo（③脚）为低电位（Vo=0），当输入电平（②、⑥脚）<1/3VDD时（Vi<4 V），输出端Vo（③脚）变为高电位（Vo=1）。

2.3 利用音频信号实现节目自动播放
计算机播放节目输出的音频信号（Audio）是带有语音、音乐和音效的有规律的声波的频率、幅度变化信息的载体，其电压约在100 mV左右。

当计算机输出音频信号时，送入电源控制器，通过隔离电阻
，一部分信号输出至发射机，另一部分通过三极管
BG1、BG2进行有效放大，然后经由电容C3和二极管
D1、D2组成的峰值检波器
（整流器
）给电容C4充电，作为三极管BG3的偏置电压。

当电容C4上的电压≥0.7 V时，BG3导通，从而使三极管BG4导通，其集电极上电容C5的电压达到≥8 V，电容C5通过二极管D3和电阻R19给电容C6充电，因电容C6和CC7555集成电路的⑥脚（VTH）相接，当电容C6上的电压≥8 V时，CC7555集成电路的6脚输入高电平（Vi=1），因此输出端③脚变为低电平（Vo=0）,使三极管BG5导通，与BG5集电级连接的继电器
得电，常开触点吸合导通，接通电源，给发射机供电，发射机工作（发射机电源开关处于常开状态），实现了节目自动播放功能。

2.4 利用音频信号实现发射机的关闭
当输入信号终止，由于二极管D3反向截止，电容C6上的电压只能通过电阻R20向电容C5及电阻R18缓慢放电，当电容C6的电压降至4 V，CC7555集成电路的6脚输入低电平（Vi=0），因此输出端③脚变为高电平（Vo=1）,使三极管BG5截止，与BG5集电级连接的继电器失电，闭合触点放开，切断发射机电源而关机，实现了利用音频信号关闭发射机的功能。

2.5 其他技术要求
①为防止音频信号自然停顿期间，发射机忽关忽开，要求有音频信号时，发射机迅速开机工作，无音频信号时，发射机延迟数分钟自动关机。

设计方案：一般要求大约3-5 min电容C6的电压由8 V放电至4 V，放电的快慢程度由电容C6及电阻R20组成的时间常数决定，调节电容C6或电阻R20的数值可调整放电时间。

②为了防止噪声和干扰信号造成误开机，整个电路的灵敏度调至音频信号输入≥50 mV。

经过实际的运行检测,基于CC7555 CMOS集成电路的电源控制器，并使校园调频电台发射机运行可靠、稳定,操作简单方便，轻松实现了校园调频电台节目播放自动功能，提高了工作效率。

来源:爱诶
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