嵌入式硬件篇---ne555定时器

NE555 是一款非常经典的时基集成电路，自 1971 年由 Signetics 公司推出以来，凭借其结构简单、功能灵活、价格低廉等特点，在电子电路设计中得到了广泛应用。下面从多个方面详细介绍 NE555：

一、基本概述

• 本质：8 引脚的线性集成电路，内部包含比较器、触发器、晶体管等元件，可通过外部元件配置实现多种定时和脉冲生成功能。
• 电源电压范围：典型值为 4.5V~15V（部分型号如 NE555 可扩展至 18V），适合与电池或直流电源配合使用。
• 输出电流：最大输出电流可达 200mA，可直接驱动 LED、小型继电器、扬声器等负载，无需额外驱动电路。
• 温度范围：商业级型号（如 NE555）工作温度为 0℃~70℃，工业级型号（如 SE555）为 - 55℃~125℃。

二、内部结构

NE555 的内部电路主要由以下部分组成：

1. 三个 5kΩ 电阻组成的分压器：这也是 “555” 名称的由来，为内部比较器提供基准电压（上阈值为 2/3Vcc，下阈值为 1/3Vcc）。
2. 两个电压比较器：
   • 上比较器：输入端接阈值端（TH），当 TH 电压高于 2/3Vcc 时，输出高电平。
   • 下比较器：输入端接触发端（TR），当 TR 电压低于 1/3Vcc 时，输出高电平。
3. RS 触发器：接收比较器的输出信号，控制输出状态（高 / 低电平）。
4. 放电晶体管（Q1）：集电极接放电端（DIS），当触发器输出低电平时，晶体管导通，可将外部电容上的电荷释放。
5. 输出缓冲器：提高带载能力，确保输出信号稳定。
6. 复位端（R）：低电平有效，可强制输出为低电平。

三、引脚功能（8 引脚 DIP 封装为例）

四、主要工作模式

NE555 的核心功能通过外部电阻（R）和电容（C）的配置实现，主要有以下两种工作模式：

1. 单稳态模式（一次性触发）

• 功能：输入一个触发信号后，输出端产生一个固定宽度的高电平脉冲，脉冲宽度由 RC 参数决定。
• 典型应用：定时开关、延时电路、脉冲宽度调制（PWM）等。
• 工作原理：
  • 无触发信号时，电容 C 放电完毕，输出为低电平。
  • 当 TR 端输入低于 1/3Vcc 的触发信号时，输出变为高电平，同时放电晶体管截止，电源通过电阻 R 向电容 C 充电。
  • 当电容电压升至 2/3Vcc 时，TH 端触发，输出变回低电平，放电晶体管导通，电容放电，等待下一次触发。
• 脉冲宽度公式：t=1.1×R×C（单位：秒，R 单位：欧姆，C 单位：法拉）。

2. 多谐振荡器模式（自激振荡）

• 功能：无需外部触发，自动输出连续的矩形脉冲（方波），脉冲频率和占空比由 RC 参数控制。
• 典型应用：时钟信号发生器、LED 闪烁电路、蜂鸣器驱动、频率调制（FM）等。
• 工作原理：
  • 电源通过 R1 和 R2 向电容 C 充电，当电容电压升至 2/3Vcc 时，TH 端触发，输出变为低电平，放电晶体管导通，电容通过 R2 和放电端放电。
  • 当电容电压降至 1/3Vcc 时，TR 端触发，输出变回高电平，放电晶体管截止，电容再次充电，循环往复。
• 振荡周期公式：T=0.693×(R1+2R2)×C
  频率公式：f=1/T≈1.44/[(R1+2R2)×C]
  占空比公式：D=(R1+R2)/(R1+2R2)×100%（可通过二极管改进为占空比可调电路）。

五、衍生型号与特点

• 低功耗型号：如 ICM7555、TLC555，工作电流仅为 NE555 的 1/100 左右（约几微安），适合电池供电设备。
• 双定时器型号：如 NE556，内部集成两个独立的 555 电路，共用电源和地，适合需要两个同步或异步脉冲的场景。
• 高压型号：如 LM555，电源电压可扩展至 18V，输出电流更大。

六、应用场景

NE555 的应用极其广泛，常见场景包括：

• 定时控制（如电饭煲定时、路灯延时关闭）；
• 脉冲信号生成（如单片机时钟、计数器触发信号）；
• 电机调速（通过 PWM 控制直流电机转速）；
• 报警电路（如烟雾报警器、红外报警器的蜂鸣器驱动）；
• 电压检测（如过压 / 欠压保护电路）。

七、使用注意事项

• 电源需加滤波电容（如 10μF 电解电容），减少噪声干扰。
• CV 端不使用时，需接 0.01μF 电容到地，稳定基准电压。
• 输出端驱动感性负载（如继电器）时，需并联续流二极管，防止反向电压损坏芯片。
• 电阻和电容的精度会直接影响定时精度，高精度场景需选用精密元件。

总之，NE555 是电子爱好者和工程师入门级电路设计的 “利器”，其灵活的功能和简单的外围电路使其在各类电子设备中经久不衰。