[嵌入式]555定时器介绍

555，全称“通用单双极型定时器”（General-purpose Single Bipolar Timer），意思是555的一个芯片中包含一个（单）用三极管做成的（双极型）定时器。它在外接一个电阻和一个电容后，能够精确地实现延时功能。利用这个功能我们可以实现很多种电路，最常用的有三种：

• 无稳态电路
• 单稳态电路
• 双稳态电路

下面分别介绍每一种电路的结构和用法。

引脚图

在具体介绍每一种电路之前，我们先来看看555的引脚图。这里以NE555为例。

各个引脚的功能如下：

• 1脚：接地。
• 2脚：输入端Trigger，该脚会判断其电压是否小于1/3 Vcc。
• 3脚：输出端Output。
• 4脚：清零端Reset。正常工作时应接高电平。
• 5脚：控制电压端。一般不使用，应通过一只0.01μF（103）瓷片电容接地，以防引入高频干扰。
• 6脚：输入端Threshold，该脚会判断其电压是否大于2/3 Vcc。
• 7脚：放电端Discharge。
• 8脚：外接电源Vcc，范围为4.5V~16V，一般用5V。

输出端3脚的电平与输入的关系如下表所示：

如果不想了解具体的工作原理，只需要知道以下几点即可：

• 1脚接地，8脚接电源，4脚大部分情况下也接电源
• 5脚通过一个0.01μF电容接地，也可以悬空（不建议）
• 2、6、7脚根据不同应用有不同接法
• 3脚是输出

无稳态电路(振荡器)

所谓的“稳态”指的是3脚输出端的电平高低是否稳定。“无稳态”的意思是，3脚的输出会自动在高低之间变换，而不会稳定地停留在高或低上。这就形成了一个振荡器。这个特性可以用来制作LED的闪烁效果、电子琴等，也可以用于PWM技术控制电动机的转速等。

最基本的无稳态电路

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最基本的无稳态电路如下所示，只需将两个电阻R1、R2和一个电容C1串联，然后将555的7脚接在R1、R2之间，2、6脚接在R2和C1之间即可：

这个电路的工作原理如下，不想看的可以直接跳到下一段的周期和占空比公式：

1. 电容C1通过R1、R2充电至1/3 Vcc后，进入正常的工作流程。
2. 由于C1连接到了2脚Trigger，2脚低于1/3 Vcc时，3脚的输出为高电平，而7脚为高阻态，所以C1继续通过R1、R2充电，直到C1的电压达到2/3 Vcc。C1从1/3 Vcc充电至2/3 Vcc的时间即为充电时间，公式为 t1 = 0.693 · (R1 + R2) · C1。
3. C1达到2/3 Vcc后，超过了6脚的阈值，因此3脚输出变成低电平，7脚变成低电平。于是C1无法继续充电，而是经由R2向7脚放电，直到C1电压达到1/3 Vcc为止。这段放电时间的公式为 t2 = 0.693 · R2 · C1。
4. C1电压低于1/3 Vcc后，触发2脚Trigger，从而3脚输出变成高电平，7脚变成高阻态，返回上述第2步。

因此我们可以得出以下公式：

从上述公式中可以看到，该电路只能生成占空比大于50%的方波。

任意占空比的无稳态电路

基本的无稳态电路无法产生占空比小于50%的方波，但我们可以通过增加两个二极管来解决这个问题。如下所示的改进版可以实现任意占空比：

改进后的555无稳态振荡器

在充电阶段，D1导通，D2截止，因此C1仅通过R1进行充电；而在放电阶段，D1截止，D2导通，因此C1仅通过R2放电。于是，该电路的公式为：

这样只需适当选取R1和R2的值，就可以实现从0到100%的任意占空比了。

我们只需在上个视频的面包板上添加两个二极管即可。为了演示占空比小于50%的效果，我将R1换成了1kΩ，这样占空比为10%，可以从右下角LED的闪烁来证实这一点。

添加两个二极管来实现任意占空比

更简单的50%占空比无稳态电路

还有一种无稳态振荡器能够用更为简单的电路实现50%的占空比。如下所示：

50%占空比的555振荡器

图中电容C1的充电和放电都是通过电阻R2完成，不再使用7脚Discharge。当输出端3脚为高电平时，C1充电；当输出端3脚为低电平时，C1放电。电阻R1的作用是保证C1能够充到Vcc。

该电路的计算公式为：

应用此电路时要注意，电阻R1不能太小，否则会影响电容C1的充电，导致占空比不是50%。

单稳态电路

在单稳态电路中，输出端保持低电平，在输入端触发之后，输出端变成高电平，延时一段时间后回到低电平并保持。这个特性可以用来制作延时开关。原理图如下：

图中，电容C1接到了7脚Discharge上。在稳定状态下，3脚Output和7脚Discharge均为低电平，因此电容C1与地（7脚）短接，不会通过R1充电。

2脚通过上拉电阻R2连到高电平上， 并通过一个接地的开关来产生低电平脉冲。按下开关会导致2脚Trigger接地，产生低电平。由于此时2脚 < 1/3 Vcc，因此3脚Output变成高电平，同时7脚Discharge变成高阻态。这会使电容C1不再与地短接，开始通过R1充电。充电时C1两端电压升高，直到电压达到2/3 Vcc。6脚Threashold达到2/3 Vcc后，3脚Output变成低电平，同时7脚Discharge也变成低电平，于是C1不再充电，而是通过7脚放电。

可见，3脚Output的高电平持续时间就是电容C1从0充电到2/3 Vcc的时间，这个时间为?

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双稳态电路

双稳态电路指的是输出端可以稳定在高电平或低电平两种状态，可以通过开关在两个状态间切换。这个特性可以用来制作按钮开关。

用两个按钮组成开关

555双稳态电路

双稳态电路中不再使用电容，而是分别将2脚Trigger和4脚Reset通过开关接地，R1、R2为2、4脚的上拉电阻。当2脚Trigger对应的开关按下时，2脚变成低电平，从而3脚Output变成高电平；而由于6脚接地，即使2脚的开关不再按下，也满足2脚>1/3 Vcc、6脚< 2/3 Vcc的条件，于是3脚会一直保持高电平。4脚Reset对应的开关按下会强制3脚Output变成低电平。

用一个按钮组成开关

生活中常见的开关只有一个按钮，按一下开，再按一下关。这种开关可以通过另一种双稳态电路实现：

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