555计时器

概述

555计时器是一种经典的集成电路，由三个五分针构成。它可以作为多种不同的定时和振荡器电路，用途广泛。本文将介绍它的工作原理、应用场景及相关代码实现。

工作原理

555计时器是一个双稳态多谐振荡器，内部由两个比较器、一个RS触发器、一个输出级和一个电压控制电流源组成，电路示意图如下：

当VCC上电后，如果触发引脚（TRIG）电压低于控制引脚（CTRL）电压的2/3，RS触发器状态为“SET”，输出引脚（OUT）输出高电平。如果复位引脚（RESET）电压低于CTRL电压的1/3，RS触发器状态为“RESET”，输出引脚输出低电平，因此可以悬挂一个LED等负载。

当TRIG引脚电压高于CTRL电压的2/3时，RS触发器状态为“RESET”，输出引脚输出低电平；同时TIMER部分开始工作，内部比较器将CTRL电压与Ca/Ra电容电压进行比较，当二者相等且CTRL电压大于2/3电源电压时，输出RS触发器状态切换成“SET”，输出引脚输出高电平，同时比较器的输出电平变成低电平，Ca电容开始通过Rb电阻器放电，当CTRL电压低于1/3电源电压时，RS触发器状态切换成“RESET”，输出引脚输出低电平，比较器的输出电平变回高电平，Ca电容被Rb电阻器放电后电压恢复为CTRL电压，这样周期性地重复高低电平输出。

555计时器还可以通过外部元件（如电阻器、电容器）控制输出波形的周期和占空比，修改电路如下：

应用场景

由于555计时器具有周期稳定性好、电路简单、应用场景广等优点，被广泛应用于汽车电子、家用电器、音频设备、温度控制器、LED驱动器等领域。以下是一些常见的应用场景：

• LED闪烁灯：通过调整电容和电阻，可以控制LED在不同的频率下闪烁。
• 脉冲宽度调制：通过调整电容和电阻，可以改变输出波形的占空比，从而实现对其他器件（如马达、继电器）的控制。
• 音响调节器：可以通过将555计时器与其它元器件结合，实现音调的调整、音量、频率等功能，输出声音信号。

代码实现

以下是用Python实现555计时器的示例代码：

import RPi.GPIO as GPIO
import time

# 使用GPIO.BCM编号模式
GPIO.setmode(GPIO.BCM)

# 输出引脚
PIN_OUT = 20

# 初始化输出引脚为低电平
GPIO.setup(PIN_OUT, GPIO.OUT, initial=GPIO.LOW)

try:
    while True:
        # 频率为1000Hz，占空比为50%
        GPIO.output(PIN_OUT, GPIO.HIGH)
        time.sleep(0.0005)
        GPIO.output(PIN_OUT, GPIO.LOW)
        time.sleep(0.0005)
except KeyboardInterrupt:
    # 捕获Ctrl-C，退出程序
    pass

# 清理GPIO口状态
GPIO.cleanup()

上述代码实现的是一个频率为1000Hz、占空比为50%的基本555计时器。在树莓派上实现需要使用RPi.GPIO库进行GPIO控制。可以通过改变time.sleep函数的参数来调整频率和占空比。