简介
NE555 是一种经典定时器集成电路，广泛应用于延时、电平转换、脉冲生成、振荡器、PWM、定时控制等电路中。
电源电压范围：4.5V ~ 15V。
输出电流：最大约 200mA，可直接驱动 LED、小型继电器、扬声器等。
输出高电平时电压等于电源电压。当供电为 5V 时，输出电平与 TTL 输入兼容。
构成
NE555简化版原理图如图所示：
比较器
左侧为两个比较器，比较器就是用来比较电压高低的。下图为比较器功能：
RS触发器
中间是一个RS触发器。RS触发器的功能如下：
输出电路
最后经过输出电路输出，输出电平和RS触发器的Q端是一样的，添加输出电路主要是为了提高芯片的输出电流。
放电电路
放电电路就是由一个NPN三极管组成，三极管控制端与反Q相连，当反Q为高电平时导通。
分压电阻
左侧有三个串联起来的电阻，起到分压作用。可分得$\frac{1}{3}V_{cc}$和$\frac{2}{3}V_{cc}$的电压。
原理
下图为555等效原理图
| 序号 | 名称 | 含义 | 电气特性 |
|---|---|---|---|
| 1 | GND | 接地引脚 | 连接到电路的地以提供电路的参考零电位。 |
| 2 | TRIG（Trigger） | 触发引脚 | 低于$\frac{1}{3}V_{cc}$时触发输出高电平 |
| 3 | OUT | 输出引脚 | NE555的输出信号 |
| 4 | RESET | 复位引脚 | 当RESET引脚接收到低电平信号时，将复位NE555并将输出引脚拉低；高电平时正常工作 |
| 5 | CONT（Control Voltage） | 控制电压引脚 | 通过控制电压引脚，可以调整NE555的阈值和触发电平 |
| 6 | THRES（Threshold） | 阈值引脚 | 高于$\frac{2}{3}V_{cc}$时触发定时器复位，使输出变低 |
| 7 | DISCH（Discharge） | 放电引脚 | 当输出为低电平时，此引脚可看作GND；当输出为高电平时，此引脚悬空（开漏状态）；常用于给电容放电 |
| 8 | $V_{cc}$ | 电源引脚 | 连接到电源正极（4.5V ~ 15V）以提供电路所需的电源电压，同时也是高电平输出时的电压 |
- NE555输出高电平的情况：
若要NE555输出高电平则需要RS触发器S端输入为高电平，即2脚（TRIG，由Trigger简写，翻译为触发）电压需要小于$\frac{1}{3}V_{cc}$；
此时放电三极管截止。 - NE555输出低电平的情况：
若要NE555输出低电平则需要RS触发器R端输入为高电平，即6脚（THRES）电压需要大于$\frac{2}{3}V_{cc}$；
此时放电三极管导通。
个人理解：
如图，RS触发器中R为复位端，当R为高电平时输出0；S为置位端，当S为高电平时输出1；而555的输出和触发器的Q端电平是一致的。
如果2脚TRIG触发引脚低于$\frac{1}{3}V_{cc}$时会导致S为高电平，进而使555输出高电平；也就是说2脚为低电平时输出为高电平，这个低电平只需要一瞬间就可以了，无需持续保持低电平。因为S端只需要一个高电平就可以时触发器输出为1，当S端再从高电平变为低电平时触发器会保持上一个输出不变。即，此时S端已经改变不了555的输出了，S端为高电平时输出为高电平，S端为低电平时输出依旧为高电平；这时想要改变555的输出，只能使R端为高电平，也就是说6脚THRES阈值引脚高于$\frac{2}{3}V_{cc}$才能使输出变为低电平。
这里需要额外说明一下，理论上，如果2脚TRIG为低电平，6脚THRES为高电平时，对应的RS触发器的R端和S端都是高电平状态，这时输出就会不确定。但是EN555对这种情况做了特殊处理，当出现这种情况时会稳定输出高电平。
输出端3脚的电平与输入的关系如下表所示：
| 2脚Trigger | 6脚Threshold | 3脚Output |
|---|---|---|
| $<\frac{1}{3}V_{cc}$ | $<\frac{2}{3}V_{cc}$ | 高 |
| $>\frac{1}{3}V_{cc}$ | $>\frac{2}{3}V_{cc}$ | 低 |
| $>\frac{1}{3}V_{cc}$ | $<\frac{1}{3}V_{cc}$ | 保持不变 |
| $<\frac{1}{3}V_{cc}$ | $>\frac{2}{3}V_{cc}$ | 高 |
如果规定2脚Trigger$<\frac{1}{3}V_{cc}$时为触发状态，6脚Threshold为$>\frac{2}{3}V_{cc}$时为触发状态，则上表可以更直观的表示为：
| 2脚Trigger | 6脚Threshold | 3脚Output |
|---|---|---|
| 触发 | 非触发 | 高 |
| 非触发 | 触发 | 低 |
| 非触发 | 非触发 | 保持不变 |
| 触发 | 触发 | 高 |
工作模式
NE555 具有三种基本工作模式：
单稳态模式
单稳态模式是指芯片正常工作时有一个稳定的状态，只有在外部触发信号到来时，才会进入暂稳态，维持一段设定的时间后，自动回到稳定状态。经常用作定时器/延时器。
下图是常用的一种电路图：
按键没有被按下时TRIG脚被10K电阻拉高，THRES脚和DISCH脚接在一起，通过电阻R拉高，此时
| 2脚Trigger | 6脚Threshold | 3脚Output |
|---|---|---|
| 非触发 | 触发 | 低 |
上面说过，7脚DISCH是通过一个三极管与GND相连的，当输出为低电平时三极管导通，此时6脚Threshold与7脚DISCH均为低电平，电容C被放电。
| 2脚Trigger | 6脚Threshold | 3脚Output |
|---|---|---|
| 非触发 | 非触发 | 保持不变 |
也就是说按键未按下时，555输出为低电平。
当按键被按下后又松开时，2脚Trigger通过按键与GND相连，会出现短暂低电平，此时
| 2脚Trigger | 6脚Threshold | 3脚Output |
|---|---|---|
| 触发 | 非触发 | 高 |
555输出高电平，这时7脚DISCH不再与GND相连，6脚Threshold开始时仍然为低电平，电流开始通过电阻R给电容C充电。
6脚Threshold的电压即为电容两端的电压，当电容电压被充至高于$\frac{2}{3}V_{cc}$时，6脚Threshold变为触发状态，此时
| 2脚Trigger | 6脚Threshold | 3脚Output |
|---|---|---|
| 非触发 | 触发 | 低 |
6脚Threshold、7脚DISCH重新与GND相连，电容C被放电。此时
| 2脚Trigger | 6脚Threshold | 3脚Output |
|---|---|---|
| 非触发 | 非触发 | 保持不变 |
由上可知，按键为按下时，555会输出低电平；当按键按下时，555会先输出高电平，过一段时间后又会回到低电平。这个输出高电平的时间就是电容C从0V充电至$\frac{2}{3}V_{cc}$的时间。
计算公式为：$$t=RC⋅ln(3)≈RC⋅1.0986≈1.1RC$$
上图中，
$R=100KΩ=1×10^5Ω$；
$C=10uF=1×10^{-5}F$
所以，$t=1.1RC=1.1×10^5×10^{-5}=1.1S$
也就是说在上图电路中，如果按下按键555将会输出1.1秒的高电平，随后恢复至低电平。
双稳态模式
暂时没有用到，用到了再补充。
无稳态模式
在无稳态模式下，NE555会不断自动地在高电平和低电平之间切换，形成一个连续的矩形波输出（即方波振荡器）。它是 NE555 的三种基本工作模式之一，常用于实现定时、频率信号发生器、闪烁灯电路等功能。
固定占空比
下图是NE555输出固定占空比信号的电路图：
这个电路的工作原理如下：
- 电容C通过R1、R2充电至$\frac{1}{3}V_{cc}$后，进入正常的工作流程。
- 由于C连接到了2脚Trigger，2脚低于$\frac{1}{3}V_{cc}$时，3脚的输出为高电平，而7脚为高阻态，所以C继续通过R1、R2充电，直到C的电压达到$\frac{2}{3}V_{cc}$。C从$\frac{1}{3}V_{cc}$充电至$\frac{2}{3}V_{cc}$的时间即为充电时间，公式为$$t_1 = 0.693 · (R_1 + R_2) · C$$
- C达到$\frac{2}{3}V_{cc}$后，超过了6脚的阈值，因此3脚输出变成低电平，7脚变成低电平。于是C无法继续充电，而是经由R2向7脚放电，直到C电压达到$\frac{1}{3}V_{cc}$为止。这段放电时间的公式为 $$t_2 = 0.693 · R_2 · C$$
- C电压低于$\frac{1}{3}V_{cc}$后，触发2脚Trigger，从而3脚输出变成高电平，7脚变成高阻态，返回上述第2步。
周期：$T =t_1+t_2= 0.693 ·(R_1 + 2R_2)C$
频率：$f=\frac{1}{T}=\frac{1.44}{(R_1+2R_2)C}$
占空比：$D=\frac{t_1}{T}=\frac{R_1+R_2}{R_1+2R_2}$
需要注意的是，这个电路图输出的占空比无法小于 50%，由上述公式也可看出D的取值范围是0.5-1
任意占空比
基本的无稳态电路无法产生占空比小于50%的方波，但我们可以通过增加两个二极管来解决这个问题。如下所示的改进版可以实现任意占空比：
这个电路中充电路径和放电路径被分离开来，在充电阶段，D1导通，D2截止，因此C仅通过R1进行充电；而在放电阶段，D1截止，D2导通，因此C1仅通过R2放电。
充电时间：$t_1=0.693 · R_1·C$
放电时间：$t_2=0.693 · R_2·C$
周期：$T =t_1+t_2= 0.693 ·(R_1 + R_2)C$
频率：$f=\frac{1}{T}=\frac{1.44}{(R_1+R_2)C}$
占空比：$D=\frac{t_1}{T}=\frac{R_1}{R_1+R_2}$
可调占空比
对任意占空比电路进行微调即可得到可调占空比电路
仅仅添加了一个变阻器，通过调节这个变阻器的阻值即可调整占空比，记变阻器R上半部分电阻为$R_充$，下半部分电阻为$R_放$，则$R=R_充+R_放$
充电时间：$t_1=0.693 · (R_1 + R_充)·C$
放电时间：$t_2=0.693 · (R_2 + R_放)·C$
周期：$T =t_1+t_2= 0.693 ·(R_1 + R_2+R)·C$
频率：$f=\frac{1}{T}=\frac{1.44}{(R_1+R_2+R)C}$
占空比：$D=\frac{t_1}{T}=\frac{R_1+R_充}{R_1+R_2+R}$
参考链接：
B站视频555定时器怎么搞清楚？ – 知乎