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555定时器（Timer）因内部有3个5kΩ的分压电阻而得名，是一种多用途的模数混合集成电路，它可以组成施密特触发器、单稳态触发器与多谐振荡器，由于成本低且性能可靠，在各种电子行业领域都获得了广泛的应用。
555定时器芯片的原理框图如图10.1所示。
图10.1 555定时器芯片的原理框图
其中，第2引脚 TRIG （Trigger）为外部低电平信号触发端；第5引脚 CONT （Control）为电压控制端，可通过外接电压来改变内部两个比较器的基准电压，不使用时应在该引脚与公共地之间连接10nF的电容防止可能的干扰；第6引脚 THRES （Threshold）为高电平触发端；第7引脚 DISCH （Discharge）为放电端，与内部放电三极管的集电极相连，控制外接定时电容的充放电。
555定时器最基本的功能是 定时 ，实质上就是一个单稳态触发器，即外加信号一旦到来，单稳态触发器就产生时间可控制的脉冲宽度，这个脉冲的宽度就是我们需要的定时时间。
为了更方便地描述555定时器芯片的工作原理，我们首先用图10.2所示的单稳态触发器电路仿真一下。
图10.2 单稳态触发器电路
该单稳态触发器电路是负脉冲触发类型的，因此我们设置触发信号源的周期为50ms，而高电平的宽度为49ms，即负脉冲（低电平）的宽度为1ms，仿真波形如图10.3所示（为方便读者观察波形，图10.3和图10.4中的定时输出幅度缩小了一半）。
图10.3 仿真波形
从图10.3中可以看到，输入每到来一个负脉冲（低电平）触发信号，电路则会输出固定宽度的高电平脉冲，此电路的输出脉冲宽度由电阻R 1 与电容C 1 决定，约为1.1R 1 C 1 （1.1×1×10=11ms），我们将细节部分放大后再观察一下，如图10.4所示。
输出脉冲的宽度约为11.0016ms，与理论值非常接近。为了更进一步分析电路的工作原理，我们用四通道示波器来跟踪如图10.5所示的3个信号波形。
图10.4 放大后的输入与输出波形
图10.5 四通道示波器跟踪信号波形
输入与输出波形如图10.6所示。
图10.6 输入与输出波形
与之前的波形是一样的，只不过加入了THR与DIS引脚（连接在一起的）的波形，我们将其中一部分放大一下，如图10.7所示。
图10.7 放大后的输入与输出波形
555定时器芯片内部的3个5kΩ的电阻将5V直流电源VCC进行分压，其中2/3（约3.3V）供给比较器CMP1的同相端，1/3（约1.6V）供给比较器CMP2的反相端。比较器CMP1的反相端经过电容C 1 接地，在电路刚刚上电时，由于电容C 1 两端的电压不能突变，比较器CMP1因反相端的电位比同相端的电位低而输出高电平H，比较器CMP2的同相端默认是高电平（负脉冲触发），也就是VCC=5V，比反相端的电位（1.6V）高。因此，比较器CMP2的输出也为高电平H。
由于“R=H,S=H”,RS触发器处于保持状态。我们假设555定时器芯片刚开始已经复位过（RESET#为低电平，然后变为高电平），则触发器的输出为高电平H（也可以不进行复位，最后的结果是一样的），经过一个反相器后，电路的输出为低电平L，其状态如图10.8所示。
图10.8 复位条件下的电路状态
另一方面，触发器输出的高电平H使三极管VT 1 饱和导通，此时第7引脚DISCH被拉为低电平L（相当于电容C 1 处于放电状态），这个引脚与比较器CMP1反相端的电位是相同的，维持比较器CMP1输出为高电平H，此时整个电路处于 稳定状态 ，且输出为低电平L，如图10.9所示。
图10.9 复位失效后的电路初始状态
如果外部触发信号一直没有到来，则电路一直保持输出为低电平L，输入与输出波形如图10.10所示。
图10.10 输入与输出波形
皇天不负有心人，终于等到了期待已久的负电平触发脉冲，比较器CMP2因同相端电位低于反相端电位而输出低电平L，由于“R=H,S=L”,RS触发器处于置位状态输出低电平L，一方面经反相器输出高电平H，另一方面使三极管VT 1 截止，此时直流电源VCC通过电阻R 1 对电容C 1 充电，第6引脚THRES的电位开始上升，如图10.11所示。
图10.11 触发条件下的电路状态
在电容C 1 两端的充电电压还没有超过3.3V（VCC的2/3）前，比较器CMP1的输出状态是不会变化的，如图10.12所示。
图10.12 输入与输出波形
在电容C 1 的充电期间，如果输入低电平触发脉冲撤销（当前输入为高电平H），则比较器CMP2输出为高电平H，由于“R=H,S=H”,RS触发器处于保持状态，不影响电路的输出状态，如图10.13所示。
图10.13 定时电容开始充电
当电容C 1 的充电电压超过3.3V时，则比较器CMP1输出为低电平L，由于“R=L,S=H”，触发器因处于置位状态而输出高电平H，一方面经反相器输出低电平L，如图10.14所示。
图10.14 定时电容器充电超过比较器阈值
另一方面，触发器输出的高电平H又使三极管VT 1 饱和导通，此时第7引脚DISCH又被拉为低电平L（相当于电容C 1 处于放电状态），这个引脚与比较器CMP1反相端的电位是相同的，维持比较器CMP1输出为高电平H，此时整个电路又返回 稳定状态 ，且输出为低电平L，如图10.15所示。
图10.15 返回稳定状态的电路
此时的输入与输出波形如图10.16所示。
图10.16 输入与输出波形
当然，输入触发信号有可能在电容C 1 的充电期间一直保持为低电平，状态如图10.17所示。
图10.17 触发信号一直为低电平时的电路状态
当电容C 1 两端的充电电压超过VCC的2/3时，比较器CMP1输出低电平L，此时“R=L,S=L”，理论上RS触发器不允许出现这种状态，因此触发器的输出一直为低电平L，电容C 1 一直在进行充电直到两端的电压为VCC，这也算是一种稳定状态，但这种状态是不允许出现的。也就是说，输入触发信号的宽度不应该比定时输出脉冲的宽度还要宽。
