news 2026/3/1 2:40:00

嵌入式知识---555定时器

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张小明

前端开发工程师

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嵌入式知识---555定时器

1. 一句话概括它是什么

555定时器是一个“可以用电阻和电容来定制时间的模拟-数字混合芯片”。
它就像一个“可编程的定时开关”“电子心脏”,能产生精确的延时、脉冲或连续的振荡信号。

简单比喻:它是一台“电子秒表”“电子节拍器”的结合体。你可以设定它“单次响铃的时间”,也可以设定它“持续响铃的节奏”。


2. 它到底有多牛?(为什么要学它?)

  • 简单易用:只需要搭配几个电阻和一个电容,就能工作。

  • 功能强大:能实现三大经典电路:单稳态、双稳态、无稳态(对应:延时开关、触发器、振荡器)。

  • 皮实耐用:从5V到15V都能工作,驱动能力强(能直接驱动LED、继电器、小电机)。

  • 无处不在:从玩具、家电、汽车电子到工业控制,都能看到它的身影。

核心价值把“时间控制”这个复杂问题,变成了简单的“调节电阻电容”问题。


3. 它的“身体构造”(引脚)与“内部故事”

它有8个引脚,我们用人体的“决策中心”来比喻其核心部分:

【核心决策区】—— 它如何“思考”时间?

想象555内部有三个聪明的小人(比较器)和一个暴躁的开关(RS触发器)

  1. THR(阈值 - 第6脚)“高电平侦察兵”。它时刻监视这个引脚的电压。一旦电压≥ 2/3 Vcc(比如Vcc=9V,就是≥6V),它就大喊:“电压太高了!该关了!” →触发输出变低

  2. TRI(触发 - 第2脚)“低电平侦察兵”。它时刻监视这个引脚的电压。一旦电压≤ 1/3 Vcc(比如≤3V),它就大喊:“电压太低了!该开了!” →触发输出变高

  3. CTRL(控制电压 - 第5脚)“决策参谋”。可以外接电压来微调上面两个阈值点(1/3和2/3)。通常不用时,会接一个小电容到地,防止干扰。

  4. 内部RS触发器:听两个侦察兵的报告,决定最终输出(OUT)是高还是低。

  5. 放电管DIS(第7脚)“泄洪闸门”。当RS触发器说“输出该低了”时,这个闸门就打开,把外部定时电容里的电放掉。

【外部接口区】—— 你怎么和它“对话”?
  • VCC(第8脚) &GND(第1脚):电源(+5V~+15V)和地。

  • OUT(第3脚)输出脚。输出高电平(≈Vcc)或低电平(≈0V),驱动你的负载(如LED)。

  • RST(第4脚)复位脚。强行重启芯片。平时必须接高电平(Vcc),如果接低电平(0V),输出立刻变低,停止一切工作。

  • THR(第6脚) &TRI(第2脚) &DIS(第7脚):上面讲过了,是连接外部定时网络(电阻、电容)的关键引脚。


4. 三大工作模式(用“水桶接水”比喻)

想象一个带自动阀门的水桶来理解555的定时原理:

  • 电容C= 水桶

  • 电阻R= 水龙头的粗细(决定加水快慢)

  • THR(2/3 Vcc)= 水桶的“高水位线”

  • TRI(1/3 Vcc)= 水桶的“低水位线”

  • DIS放电管= 桶底的“自动排水阀”

  • OUT输出= 水位状态灯(高水位时灯灭,低水位时灯亮)

模式一:单稳态模式(一次性延时开关)

功能:按一下按钮,灯亮一段时间,然后自动熄灭。

  • 过程

    1. 平时水桶是空的(电容没电),排水阀打开,灯灭。

    2. 你按一下按钮(触发TRI脚变低),阀门瞬间关闭,水龙头开始向桶里注水(电容通过电阻充电)。

    3. 当水位升到高水位线THR≥2/3 Vcc)时,系统检测到:“时间到了!”。

    4. 排水阀立刻打开,迅速把水放光,灯熄灭,等待下一次触发。

  • 延时时间公式T ≈ 1.1 × R × C
    (R:充电电阻,C:定时电容。调大R或C,延时就更长

  • 典型应用:楼道触摸延时灯、按钮消抖电路、脉冲宽度整形。

模式二:无稳态模式(自振荡器/脉冲发生器)

功能:自动地、持续地让灯一亮一灭,产生方波。

  • 过程

    1. 需要两个水龙头(两个电阻R1, R2)和一个水桶。

    2. 系统自己控制阀门:水在“低水位线”“高水位线”之间自动循环。

      • 水位低于低水位线 → 关阀门,开水龙头 → 水位上升(灯亮)。

      • 水位达到高水位线 → 开阀门,放水 → 水位下降(灯灭)。

      • 水位降到低水位线 → 关阀门,开水龙头……如此循环。

  • 振荡频率公式f ≈ 1.44 / ((R1 + 2×R2) × C)

    • 输出高电平时间(灯亮):T_high ≈ 0.693 × (R1+R2) × C

    • 输出低电平时间(灯灭):T_low ≈ 0.693 × R2 × C

  • 典型应用:LED闪光灯、警笛声发生器、时钟信号源、PWM调速。

模式三:双稳态模式(SR锁存器)

功能:像一个电子跷跷板,按一下开,再按一下关。

  • 过程:基本不用外部RC定时电路,只把TRITHR脚当作置位(S)复位(R)按钮来用。

    • 按一下TRI(低电平)→ 输出变高(开)。

    • 按一下THR(高电平)→ 输出变低(关)。

  • 典型应用:简单的触摸开关、逻辑锁存。


5. 初学者必做实验(从“眨眼LED”开始)

实验:制作一个LED闪光灯(无稳态模式)

  • 元件:555芯片x1,电阻10kΩx1,电阻1kΩx1,电容10μFx1,LEDx1,面包板,5-9V电源。

  • 接线(对照555引脚图):

    1. 第8脚(VCC)接电源正极,第1脚(GND)接电源负极。

    2. 在第7脚和第8脚之间接10kΩ电阻 (R1)

    3. 在第7脚和第6脚之间接1kΩ电阻 (R2)

    4. 第6脚和第2脚短接,并接一个10μF电容 (C)的正极,电容负极接地。

    5. 第5脚对地接一个0.01μF小电容(抗干扰,没有也可暂时不接)。

    6. 第3脚(OUT)接LED正极,LED负极通过一个220Ω限流电阻接地。

    7. 第4脚(RST)接Vcc(高电平)。

  • 上电观察:LED应该开始规律地闪烁!调整R1、R2或C的值,可以改变闪烁的快慢。


6. 一张图总结(核心要点)

模式功能关键引脚连接核心公式(估算)
单稳态一次定时,延时开关TRI接触发按钮,THRDIS接RCT延时 ≈ 1.1 × R × C
无稳态持续振荡,脉冲源TRITHR短接接RC,DIS接在两电阻间f频率 ≈ 1.44/((R1+2R2)C)
双稳态电子开关,锁存器TRI作开按钮,THR作关按钮无RC定时,纯逻辑控制

形象总结

555定时器想象成一个“智能定时咖啡机”

  • 单稳态:你按一下“煮一杯”按钮,它煮固定时长的一杯咖啡,然后自动停止。

  • 无稳态:你设定好“煮”和“停”的时间,它就会反复自动煮咖啡,煮一会停一会,循环往复。

  • 双稳态:你按“开”它就煮,你按“关”它才停,像一个手动开关。

记住这个口诀:
“一五五,真神奇,电阻电容定时序。单稳延时像秒表,无稳闪烁发脉冲。双稳就像跷跷板,三种模式任你挑。”

  • 电阻电容定时序:时间长短由外接的R和C决定。

  • 单稳延时像秒表:触发一次,计时一段固定时间。

  • 无稳闪烁发脉冲:自己不停地产生方波。

  • 双稳就像跷跷板:两个按钮控制开和关。

给初学者的最终建议先别管复杂的内部原理和公式,直接按照无稳态模式的经典电路,在面包板上搭一个LED闪烁电路。当你看到LED按照你选择的R、C值规律闪烁时,你就瞬间理解555的魔力了!

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