555定时器芯片是如何工作的？
一、555定时器芯片概述
说到振荡器，不得不提555定时器芯片。它可以用于定时、触发、脉冲产生和振荡电路，所有和时钟相关的领域都可以考虑采用。
由于其易用性、低廉的价格和良好的可靠性，这颗芯片在业内很流行，成为很多学生、创客在电子diy制作中热爱的经典ic。
lowe doug在“electronics all-in-one for dummies”书中说道，555芯片从1971年推出，已成为世界上年产量最高的芯片之一，根据2003～2017年的统计，基本上年产量都高达10亿颗！
你熟悉的许多厂家都生产555芯片，如ti、ni、st。不同的制造商生产的555芯片有不同的结构或工艺，以满足特定的功耗、工作条件需求：
图2-ne555/tlc555/lm555等型号来源
二、555定时器的引脚
标准的555芯片是dip-8封装，其引脚如下：
图3-555芯片dip-8封装
引脚说明如下：
图4-555芯片引脚定义
对于刚上手的同学，主要是搞明白trig、thr、dis三个引脚的用法，为此，我们从555芯片的内部构造说起。
三、555定时器的内部构造
标准的555内部由25个晶体管，2个二极管、15个电阻组成，其芯片内电路原理图如下：
图5-555芯片内部电路原理图
直接分析上图难度颇高，我们将其划分为多个基本的功能模块，理解起来就会容易很多：
图6-555芯片内部功能框图
可见，555芯片内部有：
3个5kω电阻连接vcc和gnd，构建vcc 1/3和2/3的分压。（ps：很多人认为555芯片因为这三个5kω电阻而得名）2个比较器c1和c2，上述两个分压分别作为比较器的参考电压。1个rs触发器，r和s信号分别源自于上述两个比较器的输出信号。2个三极管，其中，q1集电极开路，用于连接电容。1个反向器，rs触发器的输出端（非q）经过反向器作为芯片输出。首先来看“比较器”，它的工作原理很简单：
当正相（﹢）输入端的电压大于反相（-）输入端的电压，比较器的输出为正；当正相（﹢）输入端的电压小于反相（-）输入端的电压，比较器的输出为负；然后来看“rs触发器”：
r指reset（重置）的意思，s指set（设置）的意思；当r为高电平、s为低电平时，q为低电平，nq（非q）为高电平；当r为低电平、s为高电平时，q为高电平，nq（非q）为低电平；当r为低电平、s为低电平时，q和nq（非q）保持；当r为高电平、s为高电平时，q和nq（非q）无效；考虑到两个比较器c1、c2分别连接着trig（trigger）、thr（threshold）两个引脚，那么根据两个引脚的状况，rs触发器输出有：
图7-rs触发器真值表
譬如图中，当thr（threshold）为0v，trig（trigger）为0v，则c1输出低电平，c2输出高电平，故rs触发器置位，q为高电平，nq（非q）为低电平。
ok，理解到这步就简单了，如果要产生振荡波形，就是和控制trig（trigger）、thr（threshold）引脚，怎么控制？肯定要引入电容啊。
四、555定时器作为非稳态振荡器
以555定时器作为非稳态振荡器（上篇所述的弛张振荡器）为例，它的外围电路配置如下：
图8-555非稳态振荡器电路图
上图中：
trig（trigger）、thr（threshold）共同连接到c1。vcc通过r1和r2可以对c1充电。nq（非q）为高电平，三极管导通，dis（discharge）引脚接地，c1通过r2进行放电。这种巧妙的设计，会让电容产生周期充放电，继而trig（trigger）、thr（threshold）产生周期性变化，并控制了555芯片的输出（见上图时序图）。
振荡波形频率为f=1.4/((r1+2*r2)*c1).
我们来看下仿真效果：
图9-555芯片仿真效果
由于555芯片输出端具有200ma的驱动能力，驱动led没什么问题，实验效果如下：
图10-555芯片led点灯闪烁
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由于其易用性、低廉的价格和良好的可靠性，这颗芯片在业内很流行，成为很多学生、创客在电子diy制作中热爱的经典ic。
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你熟悉的许多厂家都生产555芯片，如ti、ni、st。不同的制造商生产的555芯片有不同的结构或工艺，以满足特定的功耗、工作条件需求：
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二、555定时器的引脚
标准的555芯片是dip-8封装，其引脚如下：
图3-555芯片dip-8封装
引脚说明如下：
图4-555芯片引脚定义
对于刚上手的同学，主要是搞明白trig、thr、dis三个引脚的用法，为此，我们从555芯片的内部构造说起。
三、555定时器的内部构造
标准的555内部由25个晶体管，2个二极管、15个电阻组成，其芯片内电路原理图如下：
图5-555芯片内部电路原理图
直接分析上图难度颇高，我们将其划分为多个基本的功能模块，理解起来就会容易很多：
图6-555芯片内部功能框图
可见，555芯片内部有：
3个5kω电阻连接vcc和gnd，构建vcc 1/3和2/3的分压。（ps：很多人认为555芯片因为这三个5kω电阻而得名）2个比较器c1和c2，上述两个分压分别作为比较器的参考电压。1个rs触发器，r和s信号分别源自于上述两个比较器的输出信号。2个三极管，其中，q1集电极开路，用于连接电容。1个反向器，rs触发器的输出端（非q）经过反向器作为芯片输出。首先来看“比较器”，它的工作原理很简单：
当正相（﹢）输入端的电压大于反相（-）输入端的电压，比较器的输出为正；当正相（﹢）输入端的电压小于反相（-）输入端的电压，比较器的输出为负；然后来看“rs触发器”：
r指reset（重置）的意思，s指set（设置）的意思；当r为高电平、s为低电平时，q为低电平，nq（非q）为高电平；当r为低电平、s为高电平时，q为高电平，nq（非q）为低电平；当r为低电平、s为低电平时，q和nq（非q）保持；当r为高电平、s为高电平时，q和nq（非q）无效；考虑到两个比较器c1、c2分别连接着trig（trigger）、thr（threshold）两个引脚，那么根据两个引脚的状况，rs触发器输出有：
图7-rs触发器真值表
譬如图中，当thr（threshold）为0v，trig（trigger）为0v，则c1输出低电平，c2输出高电平，故rs触发器置位，q为高电平，nq（非q）为低电平。
ok，理解到这步就简单了，如果要产生振荡波形，就是和控制trig（trigger）、thr（threshold）引脚，怎么控制？肯定要引入电容啊。
四、555定时器作为非稳态振荡器
以555定时器作为非稳态振荡器（上篇所述的弛张振荡器）为例，它的外围电路配置如下：
图8-555非稳态振荡器电路图
上图中：
trig（trigger）、thr（threshold）共同连接到c1。vcc通过r1和r2可以对c1充电。nq（非q）为高电平，三极管导通，dis（discharge）引脚接地，c1通过r2进行放电。这种巧妙的设计，会让电容产生周期充放电，继而trig（trigger）、thr（threshold）产生周期性变化，并控制了555芯片的输出（见上图时序图）。
振荡波形频率为f=1.4/((r1+2*r2)*c1).
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由于555芯片输出端具有200ma的驱动能力，驱动led没什么问题，实验效果如下：
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