第六章 脉冲波形的产生和整形 (2)2PPT讲稿.ppt

第六章 脉冲波形的产生和整形第1页，共33页，编辑于2022年，星期三6-1 6-1 概述概述获取获取矩形脉冲波矩形脉冲波（时钟）（时钟）的途径有两种：的途径有两种：2、用整形电路把已有的周期性变化的波形、用整形电路把已有的周期性变化的波形整形整形产生产生1 1、用用多谐振荡器多谐振荡器直接产生直接产生整形整形电路电路施密特触发器施密特触发器、单稳态触发器单稳态触发器用门电路可以构成用门电路可以构成用用555定时器也可以构成定时器也可以构成施密特触发器施密特触发器单稳态触发器单稳态触发器多谐振荡器多谐振荡器施密特触发器施密特触发器单稳态触发器单稳态触发器多谐振荡器多谐振荡器第2页，共33页，编辑于2022年，星期三 6-2 施密特触发器施密特触发器 6-2-1 特点和输出特性特点和输出特性一、特点一、特点 1、电平触发、电平触发 2、电压滞后传输、电压滞后传输作用：变换脉冲波形作用：变换脉冲波形输入信号输入信号UI从低电平从低电平上升上升过程中，过程中，U0突变突变对应的输入电平，对应的输入电平，触发信号触发信号UI可以是变化缓慢的可以是变化缓慢的模拟信号模拟信号，UI达某一电平值时，输出电压达某一电平值时，输出电压U0突变。突变。U0为脉冲信号。为脉冲信号。与与UI 从高电平从高电平下降下降过程中过程中U0突变突变对应的输入电平不同。对应的输入电平不同。脉冲整形脉冲整形第3页，共33页，编辑于2022年，星期三UoHUoH同向输出特性：同向输出特性：VT+UoUIUoL二、二、输出特性输出特性VT反向输出特性：反向输出特性：VT+UoUIUoLVT UI=VT+时，时，00当当UI=0时，时，当当UI=0时，时，正向阈值电平正向阈值电平VT+：UI 上升时，引起上升时，引起Uo 突变时对应的突变时对应的UI 值。值。负向阈值电平负向阈值电平VT-：UI 下降时，引起下降时，引起Uo 突变时对应的突变时对应的UI值。值。Uo =UoHUI =VT-时，时，Uo =UoLUI=VT+时，时，Uo =UoLUI =VT-时，时，Uo =UoHUo=UoLUo=UoH第4页，共33页，编辑于2022年，星期三三、逻辑符号三、逻辑符号11&1 16-2-2 6-2-2 集成施密特触发器集成施密特触发器常用常用TTL电路集成施密特触发器有电路集成施密特触发器有7413等，等，常用常用CMOS电路集成施密特触发器有电路集成施密特触发器有CC40106等。等。同相施密特同相施密特FFFF反相施密特反相施密特FFFF与非施密特与非施密特FFFF或非施密特或非施密特FFFF第5页，共33页，编辑于2022年，星期三6-2-3 6-2-3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用一、用于波形变换一、用于波形变换例：例：已知已知UI为半波，为半波，UI m=9V，电路的电路的VT+=6V，VT-=3VUOH=VDD，963V VT T+V VT T-VDDVDD11UI（V）t tot tUOot tUOo整形整形试根据试根据所给所给施密特触发器施密特触发器画画UO波形。波形。P.371.第6页，共33页，编辑于2022年，星期三二、用于脉冲整形二、用于脉冲整形UItOUOtOUItOUOtOUItOUOtOV VT T+V VT T-V VT T+V VT T-V VT T+V VT T-11三、用于脉冲鉴幅三、用于脉冲鉴幅作业：作业：P357 6.2P357 6.2题题(a)(a)图换为同相施密特图换为同相施密特FFFF的逻辑符号，的逻辑符号，已知：已知：VT+=10V，VT-=5V?第7页，共33页，编辑于2022年，星期三 6-3 单稳态触发器单稳态触发器6-3-1 6-3-1 特点和用途特点和用途一、特点一、特点1、开机、开机2、外加触发信号，、外加触发信号，暂态维持一段时间，暂态维持一段时间，3、暂态维持时间的长短，、暂态维持时间的长短，只和电路参数有关，只和电路参数有关，与触发信号的幅度、电源电压的高低无关。与触发信号的幅度、电源电压的高低无关。（接通电源），（接通电源），电路出现稳态。电路出现稳态。电路翻转为暂态。电路翻转为暂态。自动返回稳态自动返回稳态第8页，共33页，编辑于2022年，星期三tUItUOtUd二、工作波形二、工作波形tUOtUItUOtUdtUO输出脉宽输出脉宽TW要计算要计算（以触发后，电路输出正脉冲为例）（以触发后，电路输出正脉冲为例）第9页，共33页，编辑于2022年，星期三6-3-2 6-3-2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器常用常用74121，74221，74LS221都是都是不可重复触发不可重复触发的的单稳态触发器。单稳态触发器。74121的电路符号：的电路符号：Cext RextCextUo RintVccGNDBA2A1Uo345167101191474121常用产品常用产品:74121的功能表的功能表 P.325.第10页，共33页，编辑于2022年，星期三电平电平触发触发脉冲脉冲触发触发集成单稳态触发器集成单稳态触发器74121的功能表的功能表输输 入入输输 出出A1A2BUOUO0X101X0101XX00111X01111110XX0第11页，共33页，编辑于2022年，星期三四、应用举例四、应用举例1、脉冲整形、脉冲整形tUItUOTW=0.69 RCUICext RextCextUo RintVccGNDBA2A1Uo345167101191474121C+VCC（Rint2 K）第12页，共33页，编辑于2022年，星期三2、输出脉冲延时、输出脉冲延时tUItUO1tUO2tUO1TW1TW2触发后，电路延时触发后，电路延时TW1 时间再输出。时间再输出。TW1=0.69 R1C1 TW2=0.69 R2C2+VCCUO2UOBA1A2C2R2UO（2）74121作业作业 P359P359题题6.126.121UOBA1A2C1R1UO（1）74121UI第13页，共33页，编辑于2022年，星期三 6-4 多谐振荡器多谐振荡器特点：不需要外加触发信号，电路自激振荡，没有稳态。特点：不需要外加触发信号，电路自激振荡，没有稳态。用途：产生脉冲方波。用途：产生脉冲方波。6-4-16-4-1 用门电路构成用门电路构成一、对称式多谐振荡器一、对称式多谐振荡器UI1UO2UO1UI211C1C2G1G2RF1RF2tUO2T1TT2T1：脉冲宽度：脉冲宽度T2：脉冲间歇时间：脉冲间歇时间T：脉冲周期：脉冲周期f：脉冲频率：脉冲频率q：脉冲占空比：脉冲占空比电路参数：电路参数：输出波形：输出波形：第14页，共33页，编辑于2022年，星期三二、环形振荡器二、环形振荡器1、组成、组成利用门电路的传输延迟时间利用门电路的传输延迟时间t tpd，将奇数个反相器首尾相接。将奇数个反相器首尾相接。UO1UO2UO31G11G21G32、工作波形、工作波形tUO1tUO2tUO3t tpd3、计算、计算TW=nt tpd；T=2TW；f=1/T一般，一般，t tpd=TTL类几十类几十 nsCMOS类几百类几百ns（所以，环形振荡器的（所以，环形振荡器的振荡频率振荡频率f 特别高）特别高）为了获得较低的、可调的为了获得较低的、可调的f，可在环形回路中增加，可在环形回路中增加RC延时环节。延时环节。TWn是门的数目。是门的数目。第15页，共33页，编辑于2022年，星期三6-4-36-4-3 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器一、石英晶体一、石英晶体许多应用场合。要求多谐振荡器的振荡频率许多应用场合。要求多谐振荡器的振荡频率f十分稳定，十分稳定，石英晶体的固有振荡频率石英晶体的固有振荡频率 fofo电容性电容性电感性电感性fXO电抗频率特性曲线电抗频率特性曲线符号符号二、石英晶体振荡器二、石英晶体振荡器1、组成、组成将石英晶体接到多谐振荡器的正反馈回路中。将石英晶体接到多谐振荡器的正反馈回路中。当外加电压的频率当外加电压的频率f=fo 时，其电抗时，其电抗 X=0。（如数字钟的秒脉冲频率）。上述电路的（如数字钟的秒脉冲频率）。上述电路的 f 都达不到要求。都达不到要求。最简便的稳频方法是在多谐振荡器中接入最简便的稳频方法是在多谐振荡器中接入石英晶体石英晶体，构成构成石英晶体多谐振荡器。石英晶体多谐振荡器。由结晶方向、外形尺寸决定；由结晶方向、外形尺寸决定；频率稳定度（频率稳定度（fo/fo)可达可达10-1010-11 第16页，共33页，编辑于2022年，星期三UI1UOUO1UI211C1C2G1G2RF1RF22、工作原理、工作原理当当UO的频率的频率f=fo 时，时，而而fo 的稳定度极高，的稳定度极高，3、参数选择、参数选择各种固有振荡频率各种固有振荡频率fo的石英晶体已做成成品，的石英晶体已做成成品，fo一般都很高，应利用分频器将一般都很高，应利用分频器将fo分频为所需频率。分频为所需频率。例如，需要频率为例如，需要频率为1HZ的秒脉冲，的秒脉冲，结果：结果：f=fo。可选购可选购 fo=32768HZ的晶振，通过的晶振，通过15次二分频获得次二分频获得1HZ。反馈最强，电路才起振。反馈最强，电路才起振。这就解决了多谐振荡器的稳频问题。这就解决了多谐振荡器的稳频问题。可根据所购晶体的可根据所购晶体的fo选择电路的外接选择电路的外接RF 和和C，第17页，共33页，编辑于2022年，星期三 6-5 555定时器及其应用定时器及其应用555定时器是单片集成电路，用途广，定时器是单片集成电路，用途广，可构成施密特触发器、可构成施密特触发器、单稳态触发器、单稳态触发器、多谐振荡器等。多谐振荡器等。双极型产品型号的后三位数码为双极型产品型号的后三位数码为555。单极型产品型号的后四位数码为单极型产品型号的后四位数码为7555。其功能和外部引脚的排列完全相同。其功能和外部引脚的排列完全相同。第18页，共33页，编辑于2022年，星期三6-5-1 5556-5-1 555定时器的电路结构与功能定时器的电路结构与功能一、组成与特点一、组成与特点VR1VR2UOTD+VCCCOU6U212658437（TH）（TR）RD当当CO端不接控制电压端不接控制电压UCO时：时：VCC ，23国产国产CB555的原理电路的原理电路它由三个它由三个5K电阻、电阻、比较器比较器C1和和C2、基本基本RS触发器触发器和放电管和放电管TD 组成。组成。C1将将U6 和和 进行比较进行比较 VCC23C2将将U2和和 进行比较进行比较 VCC13Q QQ QC1+-C2+-RdSd5K5K5KTD1VR1=VCC ，13VR2=第19页，共33页，编辑于2022年，星期三123VCC 23VCC 13VCC导通导通113VCC 截止截止123VCC 13VCC保保 持持0110110110VR1VR2UOTD+VCCCOU6U212658437（TH）（TR）RDQ QQ QC1+-C2+-RdSd5K5K5KTD1二、工作原理二、工作原理输输 入入过过 渡渡输输 出出RDU6U2RdSdQ QQ QTD状态状态CB555功能表功能表（CO端悬空时）端悬空时）23VCC 13VCC10010截止截止RD=0 时时第20页，共33页，编辑于2022年，星期三123VCC 23VCC 13VCC导通导通113VCC 截止截止123VCC 13VCC保保 持持0110110110输输 入入过过 渡渡输输 出出RDU6U2RdSdQ QQ QTD状态状态23VCC 13VCC10010截止截止0XXX X 导通导通01RD=1时，时，三句口诀：三句口诀：大于、大于、出大于、大于、出 0；任意、小于、出任意、小于、出 1；小于、大于、保小于、大于、保 持持归归 纳：纳：只看只看 Q Q 端，端，大于、大于、出大于、大于、出 0；小于、小于、出小于、小于、出 1；小于、大于、保小于、大于、保 持持通通常常第21页，共33页，编辑于2022年，星期三当当CO端接有端接有UCO 时：时：12UCO ，VR2=三、说明三、说明VR1=UCO、换为换为13VCC将上述分析中的将上述分析中的 换为换为23VCC12UCO ，所有结论仍成立。所有结论仍成立。四、电路符号四、电路符号555 定时器的电源电压范围较宽，定时器的电源电压范围较宽，CMOS类：类：VDD为为318伏，（伏，（UOHVDD95%，IOm4mA）TTL类：类：VCC为为516伏，（伏，（UOHVCC90%），），IOm200200mA）UOTHTDCOVCC12345678555TRRDGNDUCO ，第22页，共33页，编辑于2022年，星期三6-5-2 5556-5-2 555定时器接成施密特触发器定时器接成施密特触发器二、工作原理二、工作原理（设：（设：UI为模拟三角波）为模拟三角波）UIU6 U2UO23VCC 23VCC 13VCC13VCC 23VCC 23 VCC01013VCC13VCC 23VCC 13VCC0=023VCC 13VCC023VCC 13VCC 23VCC 13VCC0=023VCC 13VCC不触发不触发CUCU6U2UOTD说说 明明6-5-3 5556-5-3 555定时器接成单定时器接成单稳态触发器稳态触发器UO+VCC123456785550.01uF二、工作原理二、工作原理U2=UI，U6=UC，一、一、组成组成113VCC和和 比较；比较；23VCC和和 比较。比较。要求触发信号要求触发信号为为负负的的窄窄脉冲脉冲第24页，共33页，编辑于2022年，星期三总之：不触发，总之：不触发，UO=0；UO=1维持一段时间又返回维持一段时间又返回UO=0充电回路：充电回路：VCC+RC VCC-（充电慢）（充电慢）放电回路：放电回路：C+TD C-（放电快）（放电快）三、电压波形三、电压波形tUITW23VCC tUOtUCTWRC ln VCC-0-02VCC-3VCC TWRC ln3=1.1RC触发触发,UO=1注意；第二次触发必须在第一次触发稳定之后进行。注意；第二次触发必须在第一次触发稳定之后进行。第25页，共33页，编辑于2022年，星期三6-5-4 5556-5-4 555定时器接成多谐振荡器定时器接成多谐振荡器UO+VCC123456785550.01uFR1R2C二、工作原理二、工作原理UCU6U2UOTD起始时起始时023VCC 13VCC 23VCC 13VCC0导通导通C放电放电23VCC 1截止截止=13VCC13VCC 循环往复，循环往复，直到关机。直到关机。一、电路组成一、电路组成第26页，共33页，编辑于2022年，星期三三、电压波形三、电压波形总之：起始时，总之：起始时，UC=0，UO=UOHUO 在在 UOLUOH 之间振荡之间振荡UC在在 之间变化之间变化23VCC 13VCC 23VCC 13VCC tUCOtUOOT1T2充电回路：充电回路：VCC+R1R2 C VCC-（充电慢）（充电慢）放电回路：放电回路：C+R2 TD C-（放电快）（放电快）T1=0.69(R1+R2)C；T2=0.69R2C；T=0.69(R1+2 R2)C；q=T1/T以后以后T1=(R1+R2)C ln VCC-VCC-VR2VR1T2=R2C ln 0-0-VR1VR2四、电路计算四、电路计算本例：本例：=R1+R2R1+2 R2VR1VR2作业作业 P215P215题题4.1 4.1 第27页，共33页，编辑于2022年，星期三6VS123456785550.01uF0.01F5.1K100K100F50K铜铜丝丝例例1、防盗报警电路防盗报警电路1、555定时器接成多谐振荡器，定时器接成多谐振荡器，3、铜丝不断时，、铜丝不断时，4脚和公共端相连脚和公共端相连电路清零，电路清零，3脚出脚出0，喇叭不响。喇叭不响。4、铜丝碰断时，、铜丝碰断时，4脚不接脚不接0，合上开关合上开关S，报警器处工作状态。，报警器处工作状态。电路振荡，喇叭响。电路振荡，喇叭响。T=1.435mS，f=696.86HZ700HZ。为了省电，为了省电，三个问题：三个问题：1）开关）开关S的作用？的作用？需要用时才合上需要用时才合上S。2）50 K电阻的作用？电阻的作用？铜丝不断时限流。铜丝不断时限流。3）100uF电容的作用？电容的作用？将脉冲信号变为模拟信号将脉冲信号变为模拟信号tUItUO五、五、555定时器应用举例：定时器应用举例：第28页，共33页，编辑于2022年，星期三1、555定时器构成施密特反相器，定时器构成施密特反相器，其输入电压由其输入电压由C充、放电提供。充、放电提供。2、C充、放电情况受光敏电阻充、放电情况受光敏电阻R阻值的控制。阻值的控制。3、R阻值受光线明暗程度的控制。阻值受光线明暗程度的控制。1）天亮时，光线变强，）天亮时，光线变强，R，C充电，充电，UC。当当UC 23 VCC时，时，UO=0，KAS断开，灯灭。断开，灯灭。KAL中无电流，中无电流，2）天黑时，光线变暗，）天黑时，光线变暗，R，C放电，放电，UC。当当UC13VCC时，时，UO=1，KAS闭合，灯亮。闭合，灯亮。KAL中有电流，中有电流，Rmin0，Rmax，例例2、照明灯自动点熄电路照明灯自动点熄电路第29页，共33页，编辑于2022年，星期三4、电路计算、电路计算:VCC=1.2 X 12=14.4V,VT+=9.6V,VT-=4.8V,5、电压波形、电压波形:VCCU6、U2UOttUC9.6V4.8V天天 亮亮灯亮灯亮灯灯 灭灭灯亮灯亮天黑天黑天渐黑天渐黑充电的极限值：充电的极限值：VCm=VAm=11OK在在112K中分得中分得VCC VCC第30页，共33页，编辑于2022年，星期三例例3、延时报警器、延时报警器UO1UO2解：解：（1）（2）（1）片接成施密特触发器，）片接成施密特触发器，U6=U2=UC1 的电压波形通过操纵开关的电压波形通过操纵开关S获得。获得。（2）片不工作。）片不工作。（2）片的）片的 RD=0，（2）片接成多谐振荡器。）片接成多谐振荡器。当当UO1=1时；时；当当UO1=0时；时；（2）片自激振荡，）片自激振荡，喇叭出声。喇叭出声。123468555VCC=12V1642385550.01F175K5K100F10F1MS+C1下图是用下图是用555定时器接成的延时报警器。当开关定时器接成的延时报警器。当开关S断开后，经过一断开后，经过一定的延迟时间后扬声器开始发出声音。试求延迟的时间定的延迟时间后扬声器开始发出声音。试求延迟的时间TD和扬声和扬声器发出声音的频率器发出声音的频率f。第31页，共33页，编辑于2022年，星期三工作波形：工作波形：S闭合闭合S断开断开23VCC13VCCS闭合闭合VCC喇叭响喇叭响T TD DTO2=0.69(R1+2R2)C=0.69(5+25)103 0.0110-6103.5S SfO2 9.66KHZU6、U2UO1tUO2ttUC1T TO2O2VCC-0-0VCC-TD=RC ln =10610 10-6 ln 1111（S S）1212-823VCC 第32页，共33页，编辑于2022年，星期三例四、例四、数字测速系统数字测速系统光源光源光电光电转换器转换器)放放大大电电路路整整形形电电路路门电路门电路计数器计数器采样脉冲整形采样脉冲整形脉冲发生器脉冲发生器译玛显示译玛显示电电动动机机时标时标显示什么？显示什么？CP1S每秒输出每秒输出的脉冲的脉冲每秒多少转每秒多少转第33页，共33页，编辑于2022年，星期三