常用IC芯片
芯片介绍
芯片的外壳通常由塑料或树脂包装，称为「封装」。
芯片内部，电路蚀刻在一片很薄的硅晶片上，这就是「芯片」这一术语的由来， 尽管现在「芯片」一词指代的是整个元件，但我在此将延续这个传统。 封装内部的细导线把电路和芯片两侧伸出的引脚连接起来。
传统的芯片通常做成双列直插式封装（Dual Inline Package，DIP）， 即有两排（双列）引脚。用塑料制成，则缩写为PDIP。 例如某种PDIP 芯片每行有7 根引脚，总共14 根。其他芯片的引脚可能有4 根、6 根、 8根、16 根或更多。
芯片安装方式
下图展示通孔芯片和表面安装芯片。 很多通孔芯片和表面安装芯片的功能完全相同，唯一的区别就是尺寸 （但是一些表面安装芯片的工作电压较低）。
- 上方的芯片是老式的通孔类型，引脚间距为1/10 英寸， 这样就能插在面包板或多孔板。 限定为「DIP」、「PDIP」或「通孔封装」类型。
-
较小的芯片是表面安装类型，不适合面包板或多孔板而且焊接难度大。
表面安装封装通常可以根据
S开头的首字母缩写识别，例如，小外形集成电路 （Small Outline Integrated Circuit，「SOIC」）。表面安装芯片的种类繁多， 引脚间距和其他规格各不相同，不要选择错误。芯片以「SS」、「SO」 或「TSS」开头， 它一定是表面安装芯片。
芯片插座
芯片插座也叫IC插座：
芯片编号识别
- 大写字母表示生产商，一般可以忽略它，因为不会影响我们要用到的功能。 德州仪器最初把自己的芯片称为semiconductor networks（半导体网络）， 所以芯片以SN开头。
- 上图编号中有「74」，因为它属于74xx 芯片族。在几十年前刚问世时都属于编号为7400， 以后的又在7400基础上改进了一系列多种芯片。
- 「74」后面的字母表明你使用的是哪一代芯片，包括：74L、74LS、74C、74HC 和74AHC， 还有很多很多。7400 芯片族的HC代芯片几乎包括了所有7400 族的芯片，成本适度， 芯片耗费的功率也不大。HCT 代芯片更高速度作用不大，但是想用也可以使用。
- 芯片世代的字母后面一串2到5个数字表明芯片的特殊功能。
稳定电压
因为很多逻辑芯片都要求精确的5 V 直流供电，所以你需要用稳压器保证稳定的电压供给。
LM7805 稳压器可以满足要求。芯片编号的前后是字母缩写，表明生产商和封装样式， 例如仙童半导体公司生产的LM7805CT 芯片。生产商并无讲究， 但是稳压器应该和图4-7 中的样式相似（称为TO220 封装样式）。
任何逻辑电路都要用到稳压器，所以建议购买五个。
上拉电阻与下拉电阻
「上拉电阻」与「下拉电阻」的概念在使用芯片时很重要， 因为输入引脚未连接时处于悬空状态。 会受到杂散电磁场的影响导致引脚上每时每刻的电压是都在变化。
如果芯片的引脚会因为电压的下降而触发，平时要保持高电压状态。 那么就需要接上拉电阻防止因为干扰因素导致的电压下降而意外触发。
注意电路图改变引脚顺序
很多电路图为了减少线的交叉，会在图上改变引脚的顺序。这一点在看图的时候格外注意。
下图就是打乱了顺序的，图上引脚的顺序和实物芯片的顺序不一样：
555定时器
| 引脚 | 名称 | 作用 |
|---|---|---|
| 1 | GND | 接地引脚。接电源负极并设定低电平。 |
| 2 | TRIG | 触发引脚。电压下降时，输出引脚输出高电位。 |
| 3 | OUT | 输出引脚。输出高电平（+Vcc）或低电位。 |
| 4 | RST | 复位引脚接高电平时定时器工作；接地时芯片复位输出低电位。 |
| 6 | THR | 阈值引脚。电压上升时，输出引脚输出低电位。 |
| 5 | CTRL | 控制引脚。控制芯片的阈值电压。 |
| 7 | DIS | 内接OC门，用于给电容放电。 |
| 8 | V+、Vcc | 供电引脚。给芯片供电并设定高电平。 |
电源：
- 供电引脚接电源正极，同时把电源正极的电压作为芯片的高电平的电压值。
- 接地引脚接电源负极，同时把电源负极的电压作为芯片的高电平的电压值（0V）。
输出信号：
- 输出引脚输出信号。信号的高电平为供电（+Vcc）电压；信号的低电平为接地电压（0V）。
- 触发引脚控制芯片输出「高」电平信号。该引脚电压「下降」到Vcc的1/3时，输出引脚输出信号为「高」电平。
- 阈值引脚控制芯片输出「低」电平信号。该引脚电压「上升」到Vcc的2/3时，输出引脚输出信号为「低」电平。
控制芯片状态：
-
控制引脚用来控制芯片的触发阈值电压。在空接的情况下：
- 默认2号触发引脚（TRIG）触发芯片输出高电位的阈值为它的电压降至Vcc的1/3时。
- 默认6号阈值引脚（THR）触发芯片输出低位的阈值为它的电压升至Vcc的2/3时。
- 复位引脚接地（电压下降接近于0V）会强迫定时器中断正在进行的任何操作， 恢复到初始状态（持续输出低电平）。直到断开接地定时器才恢复功能。
- 放电引脚：控制脉冲中放电周期的放电持续时间。 该引脚内接OC门监控着引脚上的电压，用于给电容放电。
设定脉冲信号
定时器会输出脉冲信号，信号在固定的周期中从高电平陡降到低电平再陡升到高电平。 两个相邻高电平之间的时间间隔即一个周期的时间长度。
设定信号的方式为：
- 2号触发引脚（TRIG）默认电压下降到1/3电源电压时被触发。 两次触发的间隔为被设置为高电平的间隔（间隔的长度不能超过定时器最大周期）。
- 7号放电引脚（DIS）控制单个周期中高电平持续多久后陡降为低电平。 它与电源正极之间的有电阻与电容组成的RC网络，RC网络的充电时间控制高电平持续的时间。
例：两次成功地触发，设定了单个周期的时间。之后每次触发会修改周期的时间长度：
例：查表得到不同电阻与电容组成的RC网络影响的高电平持续时间，单位为秒：
| 10 kΩ | 22 kΩ | 47 kΩ | 100 kΩ | 220 kΩ | 470 kΩ | 1mΩ | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1000 μF | 11 | 24 | 52 | 110 | 240 | 520 | 1100 |
| 470 μF | 5.2 | 11 | 24 | 52 | 110 | 240 | 520 |
| 220 μF | 2.4 | 5.2 | 11 | 24 | 52 | 110 | 240 |
| 100 μF | 1.1 | 2.4 | 5.2 | 11 | 24 | 52 | 110 |
| 47 μF | 0.52 | 1.1 | 2.4 | 5.2 | 11 | 24 | 52 |
| 22 μF | 0.24 | 0.52 | 1.1 | 2.4 | 5.2 | 11 | 24 |
| 10 μF | 0.11 | 0.24 | 0.52 | 1.1 | 2.4 | 5.2 | 11 |
| 4.7 μF | 0.052 | 0.11 | 0.24 | 0.52 | 1.1 | 2.4 | 5.2 |
| 2.2 μF | 0.024 | 0.052 | 0.11 | 0.24 | 0.52 | 1.1 | 2.4 |
| 1.0 μF | 0.011 | 0.024 | 0.052 | 0.11 | 0.24 | 0.52 | 1.1 |
| 0.47 μF | 0.011 | 0.024 | 0.052 | 0.11 | 0.24 | 0.52 | |
| 0.22 μF | 0.011 | 0.024 | 0.052 | 0.11 | 0.24 | ||
| 0.10 μF | 0.011 | 0.024 | 0.052 | 0.11 | |||
| 0.047 μF | 0.011 | 0.024 | 0.052 | ||||
| 0.022 μF | 0.011 | 0.024 | |||||
| 0.01 μF | 0.011 |
- 阻值不能少于1kΩ，10kΩ以下也太建议使用，因为浪费功耗。
- 电容值大于 100 μF 的电容器产生的结果可能不准确，因为电容器的漏电速度和充电一样。
如果需要的时间不在表格里，也可以通过公式自己算：
\[ T = R \times C \times 0.001 \]- T 是脉冲时间单位为秒
- R 是阻值单位为千欧
- C 是容值单位为微法。
电阻器和电容器的标称值可能不够精确，还有环境温度等其他因素的影响。
TTL型与CMOS型
TTL 是晶体管—晶体管逻辑（Transistor-Transistor Logic）的缩写， 比现代的 CMOS 芯片更早，消耗的电能也更多。TTL 型定时器也叫作「双极型定时器」， 因为定时器内部包含双极型晶体管。
555 TTL原型定时器的优点是它很便宜，也很坚固。它不容易损坏，它的输出功率也很高， 可以直接连接到继电器线圈或小型扬声器。但是效率不高，且容易产生电压尖脉冲， 有时会干扰其他芯片的运行。
为解决这些缺点，人们利用 CMOS 晶体管制造了新的 555 CMOS定时器，它消耗的功率更少 ，也不会产生电压尖脉冲，但是它的输出功率受到限制，限制因特定的生产商而异。
很遗憾，CMOS 类型的 555 定时器缺少制造标准。有的定时器能输出 100 mA 的电流， 而有的只能输出 10 mA。
在这里我们所叙述的一切内容都适用于老式的「TTL」型 555 定时器：
- 555 定时器可以在 5V~16 V 直流电压下稳定工作，其最大电压限度是 18V 直流。 很多数据表规定的工作电压是 15 V 直流。电压不需用稳压器控制。
- 多数生产商建议与 7 号引脚连接的电阻器阻值在 1 kΩ 至 1 MΩ 之间， 但是 10 kΩ 以下的电阻器通过的电流更大。 减小电容器的值比减小电阻器的值效果更好。
- 如果你希望测定非常长的时间间隔，那么电容器的容值可以任意大， 但是定时器的准确性会下降，因为电容器的漏电速率已经堪比充电速率。
- 定时器造成的压降比晶体管或二极管的压降都大。 输入电压和输出电压之间的差值可以达到 1 V 以上。
- 额定的输出电流比输入电流高 200 mA 或低 200 mA， 但是 100 mA 以上的输出电流会拉低电压，会影响定时准确性。
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：
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：
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：
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。
单稳态模式
单稳态模式下555定时器可以发出稳定的脉冲信号：
- 7号放电引脚和6号阈值引脚连接在一起，构成「单稳态」模式。
- 2号与4号引脚由低电压触发，所以要加上10kΩ上拉电阻防止因环境干扰导致的电压下降。
- 5号控制引脚连接0.01μF电容，防止电压波动影响。
-
2号触发引脚的电压通过开关A和电位器释放到电源负极，通过调整电位器可以控制电压释放到多低。
- 通过调整电位器的电阻，把2号触发引脚的电压降到3V以下。
- 按下开关，把3V电压送到2号触发引脚。松开后再按一下。之间的间隔就是脉冲间隔。
-
7号放电引脚控制脉冲的宽度：
- 电流在通过500 kΩ微调电位器后,遇到了一个 15 μF的电容组成 RC 网络， 决定了输出脉冲的宽度。 定时器芯片内部的器件感知电容的电压，定时器利用这个电压终止输出脉冲。
- 7号引脚通过10kΩ固定电阻和500kΩ微调电阻连接到电源正极， 保证调节过程中电阻至少大于10kΩ。通过调节电阻控制脉冲放电时间的长短。
- 在有RC网络后面的6号阈值引脚的定时电容器电压上升到电源电压的 2/3时被触发， 输出脉冲会停止。
- 4号重置引脚也通过开关释放电压到电源负极。
- 3号输出引脚输出脉冲信号，通过LED亮与灭可以观察。
测量这个电压：
- 调整 500 kΩ 微调电位器，直到产生一个长脉冲，测量电容器左侧的会观察到电压不断上升一直到 6 V。
- 定时器以这个电压为停止输出脉冲的信号，然后电压迅速下降，因为定时器在内部将电容器接地了。 这就是 7 号引脚称为放电引脚的原因：定时器通过该引脚给电容器放电。
单稳态模式内部状态
下图是单稳太模式下省略细节的简化内部结构：
- 芯片内部的正负符号是实际分别来自 1 号和 8 号引脚的电源
- 两个黄色的三角形是比较器。底部两个输入不同，顶端会输出一个信号。
- FF（Flip-Flop）是触发器，它是一种逻辑元件，可以有两种状态类似双掷开关。
-
起初，触发器使电容器和3号输出引脚接地：
- 最初，在你给芯片通电时，触发器处于「置位」状态， 它通过3号输出引脚输出低电压。
-
2号引脚上的电压下降至电源电压的 1/3 或以下，使输出（3 号引脚）变为高电压，
并允许电容器 C 通过电阻器 R 充电：
- 2号引脚降低导致比较器A发出「复位」信号，触发器转换到「复位」状态。
- 当触发器从比较器 B 处接收到信号时，它就回到「置位」状态，并保持此状态。
- 请注意连接 7 号引脚和电容器 C 的外部导线。只要触发器「置位」， 这根导线就使通过电阻器 R到达 7 号引脚的高电压下降，并阻止电容器获得高电压。
- 若 2 号引脚上的电压下降到电源电压的 1/3，比较器 A 注意到这个变化， 就把触发器转换到「复位」状态。状态转换使 3 号输出引脚发出高电压脉冲， 7 号引脚与负极的连接断开。
- 现在，电容器可以通过电阻器充电了。状态转换时，定时器继续输出高电压。
-
当电容器两端电压达到电源电压的 2/3 时，芯片给电容器放电，
3号引脚上的输出电压再次变低：
- 随着电容器两端的电压升高，比较器 B 通过 6 号引脚控制电容器。 在电容器两端的电压达到电源电压的 2/3 时，比较器 B 向触发器发送一个脉冲， 使触发器回到原来的「置位」状态。
- 状态转换使电容器通过7号放电引脚放电，同时触发器通过3号输出引脚终止高电压输出 ，用低电压代替。这样，定时器就回到了初始状态。
脉冲抑制
当设置为单稳态模式的定时器第一次通电时，定时器很容易在静止之前自发发出一个脉冲， 然后等待再次被触发。在很多电路中，这个现象非常讨厌。
阻止脉冲产生的一种方法是在重置引脚和接地负极之间放置一个 1 μF 的电容器：
- 第一次接通电源时，电容器吸收重置引脚的电流，并在几分之一秒内保持该引脚处于低电位。 这段时间足够阻止定时器发出「唤醒」脉冲。
- 电容器充电后，它就没有其他动作了，一个10kΩ的电阻器使重置引脚保持在高电压下， 它就不会干扰定时器的运行了。
双稳态模式
双稳状态下555定时器会保持状态不变。激活2号引脚持续放电，激活4号引脚持续断电。 这种组态称为双稳态，这样的简单触发器也可叫「作锁存器」。
555 定时器并不是真正为双稳态模式而设计的，但是以它可以很方便地实现双稳态功能：
- 2号输入引脚与4号重置引脚由低电压触发，所以要加上10kΩ上拉电阻防止干扰。 并且通过开关连接电源负极，这样按下开关释放电压就可以触发这两个引脚。
- 6号阈值接口直边电源负极。
- 5 号控制引脚不连接也可以。在保持不变的极端状态下，来自其他引脚的任何随机信号都可忽略。
右侧没有电阻器和电容器，RC 网络被去除了，这个定时器电路就没有了定时元件：
- 按下2号输入引脚开关，2号输入引脚接地电压下降，3号引脚开始放电。 在有RC网络时6号阈值引脚的定时电容器电压上升到电源电压的 2/3。 但是6号引脚接地了，因此它的电压无法达到电源电压的 2/3。定时器触发时， 输出脉冲永不终止。只要电路有电LED会一直亮下去。
- 按下4号重置引脚前的开关，4号重置引脚因为低电压被触发。
- 从而终止3号输出引脚电流的输出，直到再次触发2号输入引脚为止。
非稳态模式
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：
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：
\[ F=\frac{1.4}{(R1+2 \times R2) \times C1} \]我们来看下仿真效果：
