第9章 脉冲波形发生-V2ppt课件.ppt

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1、第9章 脉冲波形发生-V2本章教学基本要求本章教学基本要求: :熟悉熟悉: (1)555定时器电路的结构、工作原理和引脚功能. (2) 由555定时器组成的单稳态触发器、多谐振荡和施密特触发器的电路、工作波形和参数的计算。 （3）集成单稳态触发器和集成施特触以器的应用电路。了解：了解：石英晶体和门电路构成的方波发生器的基本电路。第第9 9章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换n信号产生与变换电路常用于产生各种宽度、幅值的脉冲信信号产生与变换电路常用于产生各种宽度、幅值的脉冲信号，对信号进行变换、整形以及完成模拟信号与数字信号号，对信号进行变换、整形以及完成模拟信号与数字信号之间的转换等

2、。数字系统中的各个部件是按照时钟脉冲的之间的转换等。数字系统中的各个部件是按照时钟脉冲的节拍有条不紊地工作的，这些脉冲波形的获取通常采用两节拍有条不紊地工作的，这些脉冲波形的获取通常采用两种方法：一种是利用脉冲信号产生器直接产生；另一种则种方法：一种是利用脉冲信号产生器直接产生；另一种则是对已有的信号进行变换。用途广泛的定时电路是对已有的信号进行变换。用途广泛的定时电路555集集成定时器是一代表性器件。成定时器是一代表性器件。n在数字脉冲电路中，研究的是一些间断性和突发性特点的、在数字脉冲电路中，研究的是一些间断性和突发性特点的、短暂出现的周期或非周期的时间函数的电压或电流。脉冲短暂出现的周期

3、或非周期的时间函数的电压或电流。脉冲信号的波形多种多样，图信号的波形多种多样，图9-1给出了几种常见的脉冲信号给出了几种常见的脉冲信号波形。波形。n下图下图9-1 几种脉冲波形几种脉冲波形n常见脉冲有矩形脉冲，尖脉冲，阶梯脉冲，锯齿脉冲等等。图9.1 （c）给出了一个数字脉冲电路的典型应用-测速系统，这是是测量电机转速的数字测速系统示意图，测量的结果以十进制数字显示出来。 电机每转一圈，光线透过圆孔上的小孔照射光电元件一次，产生一个脉冲，光电元件每秒发出的脉冲信号个数反映电机的转速。光电信号较弱，必须放大。放大后的脉冲还不能直接用来测量，还得经过整形电路整形以得到宽度和幅度一定的矩形脉冲，如图

4、9.1（c）所示。为了测量转速, 还要有个时间标准，如以秒为单位，把一秒内的脉冲个数记录下来，就得出电机每秒的转速。这个标准时间是由采样脉冲整形电路产生的，它是一个宽度为1秒的矩形脉冲，让它去控制门电路，把 “门”打开,在这段时间内，来自整形电路的脉冲可以经过门电路进入计数器，而后再经过二十进制显示译码器显示出十进制数，这就是电机的转速数。 图图9.1（c） 一个脉冲一个脉冲数字测速应用系统应用系统计数器门电路采样脉冲整形器脉冲发生器整形电路放大电路光电转换光电管输出放大电路输出整形电路输出标准时间输出门电路输出1S（b）（a）(c)(d)(e) 555555定时器是中规模集成电路。只要外接少

5、量的阻容定时器是中规模集成电路。只要外接少量的阻容元件，就可以很方便地构成单稳态触发器、多谐振荡器、元件，就可以很方便地构成单稳态触发器、多谐振荡器、和施密特触发器。和施密特触发器。 根据内部器件类型可分为双极型根据内部器件类型可分为双极型(TTL(TTL型型) )和单极型和单极型(CMOS(CMOS型型),),双极型型号为双极型型号为555(555(单单) )和和556(556(双双) )，电压使用范围，电压使用范围为为5 5到到16V16V，输出最大负载电流可达到，输出最大负载电流可达到200mA200mA。单极型型号为。单极型型号为7555(7555(单单) )和和7556(7556(双

6、双) )，电压使用范围为，电压使用范围为3 3到到18V18V。输出最大。输出最大负载电流为负载电流为4mA4mA。9.1 9.1 集成集成555555定时器定时器下图为下图为:双极型双极型555定时器内部逻辑电路结构图和逻辑符号图。定时器内部逻辑电路结构图和逻辑符号图。三个5k电阻构成分压器当当u+ u-时，输出时，输出uc c为高电平为高电平（1 1态）。态）。当当u+ 1/3 VCC) )。 当当 uC 2/3 VCC 时，满足时，满足TR = uI 1/3 VCC，TH = uI 2/3 VCC,因因此此 uO 为低电平，为低电平，V 导通，电容导通，电容 C 经放经放电管电管 V 迅

7、速放电完毕，迅速放电完毕，uC 0 V。这时这时TR = UIH 1/3 VCC，TH = uC 0 2/3 VCC，uO 保持保持低电平不变。因此，低电平不变。因此，稳态时稳态时 uC 0 V，uO 为低电平。为低电平。充电充电工作原理工作原理 导通导通放电放电VuCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC0VUOLUIH 2. 触发进入暂稳态触发进入暂稳态 uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC当输入当输入 uI 由高电平跃变为低电平由高电平跃变为低电平( (应应 1/3 VCC ) )时，使时，使 TR = U

8、IL1/3 VCC而而TH = uC 0 V 2/3 VCC，因此，因此 uO 跃变为跃变为高电平，进入暂稳态高电平，进入暂稳态，这时放电管，这时放电管 V截止，截止，VCC 又经又经 R 向向 C 充电，充电，uC 上升上升。UILUOH充电充电 3. 自动返回稳定状态自动返回稳定状态 uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC 2. 触发进入暂稳态触发进入暂稳态 UIHUOL TH2/3 VCC放电放电V当输入当输入 uI 由高电平跃变为低电平由高电平跃变为低电平( (应应 1/3 VCC) )时，使时，使 TR = UIL1/3 VCC 而而TH =

9、 uC 0 V 1/3 VCC ) )，因此，因此 uO 重新跃变重新跃变为低电平。为低电平。同时，放电管导通，同时，放电管导通，C 经经 V 迅速放电迅速放电 uC 0 V，放电完毕放电完毕后，电路返回稳态。后，电路返回稳态。 例例 用上述单稳态电路输出定时用上述单稳态电路输出定时时间为时间为1 s 的的正脉冲，正脉冲，R = 27 k ，试确定定时元件试确定定时元件 C 的取值。的取值。 uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC输出脉冲宽度输出脉冲宽度 tW 即为暂稳态维持时即为暂稳态维持时间，主要取决于充放电元件间，主要取决于充放电元件 R、C。

10、该单稳态触发器为不可重复触发器，该单稳态触发器为不可重复触发器，且要求输入脉宽且要求输入脉宽 tWI 小于输出脉宽小于输出脉宽 tWO 。解：解：因为因为 tWO 1.1 RC故故可取标称值可取标称值 33 F。F33.7k271 . 1S11 . 1WO RtC估算公式估算公式 tWO 1.1 RC动画-555单稳n电子课动画集555-DW.swf（3 3）应用举例）应用举例1、脉宽的定时、脉宽的定时 由于单稳态电路能产生一定由于单稳态电路能产生一定宽度宽度tW 的矩形脉冲，利用这个脉的矩形脉冲，利用这个脉冲可以控制某电路在冲可以控制某电路在 tW时间内动时间内动作，这就是脉宽的定时作用。作

11、，这就是脉宽的定时作用。如左图所示，定时电路只有在输如左图所示，定时电路只有在输入入uI下跳沿触发下，使单稳态电下跳沿触发下，使单稳态电路产生脉冲定时信号路产生脉冲定时信号uB，在，在 tW的时间内，信号的时间内，信号uA 才通过与门才通过与门输出。输出。 通过通过短时用照明灯短时用照明灯48162357uOui+UCCSRCuituottp短时用照明灯短时用照明灯48162357uOui+UCCSRCuituottp 施密特触发器的特性和符号。施密特触发器的特性和符号。 UT+ ：正向阈值电压：正向阈值电压 UT-：负向阈值电压负向阈值电压 回差电压回差电压: UH = UT+ - UT-

12、施密特触发器(a)反相输出的传输特性 (b)反相输出的符号图 (C)同相输出的传输特性.9.3 9.3 施密特触发器施密特触发器一电路组成及工作原理在在uI的的a至至b b段，段，uI I由小由小到大，在未达到到大，在未达到2/32/3VCCCC之前，之前，6 6号、号、2 2号引脚状号引脚状态为态为0 0、0 0和和0 0、1 1，故，故3 3号号引脚输出引脚输出uO1O1为为1 1态；态； 当当uI I达到达到b b点为点为UT+T+=2/3=2/3VCCCC时，时，6 6号、号、2 2号号引脚状态为引脚状态为1 1、1 1，输出，输出uO1O1翻转为翻转为0 0； 在在uI I为为b-c

13、-d期间，期间，6 6号、号、2 2号引脚状态为号引脚状态为1 1、1 1，0 0、1 1，输出输出uO1O1仍维持为仍维持为0 0； 9.3.1 555定时器构成的施密特触发器定时器构成的施密特触发器一电路组成及工作原理当当 uI 达到达到 d 点为点为UT- = 1/3VCC时，时，6号、号、2号引脚号引脚状态为状态为0、0，输出又翻转，输出又翻转为为1态态在在d-e-f期间，期间，6号，号，2号引脚状态为号引脚状态为0、0和和0、1，输出输出uO1仍维持为仍维持为1， 直到直到 uI I 达到达到f点为点为2/3VCC，uO1又变为又变为1态。这样将输态。这样将输入入 uI 的三角波转为

14、方波的三角波转为方波输出，因此又称为整形。输出，因此又称为整形。 二、应用举例二、应用举例波形的变换或整形波形的变换或整形 回差电压回差电压UH=UT+-UT-较小时，抗干扰能力较差，输出较小时，抗干扰能力较差，输出uo o也受输入也受输入干扰影响如果将回差电压扩大为干扰影响如果将回差电压扩大为UH=UT+-UT-，则输出，则输出 u0 可不受干可不受干扰影响。扰影响。脉宽脉宽tw可由可由UH控制，可将不规则的波形整形成矩形波。控制，可将不规则的波形整形成矩形波。幅度鉴别幅度鉴别利用施密特触发器，从一串幅度不等的脉冲中，将幅度较大的信号鉴别利用施密特触发器，从一串幅度不等的脉冲中，将幅度较大的

15、信号鉴别出来，称为幅度鉴别，其波形如下图示当输入脉冲幅度大于出来，称为幅度鉴别，其波形如下图示当输入脉冲幅度大于UT+时，有信时，有信号输出，小于号输出，小于UT-时，无信号输出时，无信号输出2.2.用于消除干扰和噪声的脉冲整形电路用于消除干扰和噪声的脉冲整形电路在数字电路中，正常脉冲信号常受到在数字电路中，正常脉冲信号常受到电网上其它负载频繁启动而产生干扰电网上其它负载频繁启动而产生干扰 信号的影响，如左图所示信号的影响，如左图所示u1波形。若波形。若将该信号作用于施密特触发器的输将该信号作用于施密特触发器的输入端，经整形后，即可获得无干扰的入端，经整形后，即可获得无干扰的脉冲信号输出，只要

16、施密特触发器的脉冲信号输出，只要施密特触发器的回差电压回差电压UH H大于干扰信号的幅度即可。大于干扰信号的幅度即可。3 39.4 9.4 多谐振荡器多谐振荡器9.3.1 555定时器构成的施密特触发器定时器构成的施密特触发器多谐振荡器：又称无稳态触发器，它毋须外加触发脉冲，就能输出一定频率的矩形脉冲（自激振荡），因此没有稳态；因矩形脉冲波含有丰富的谐波，故称为多谐振荡器。8 +UCC56315K5K5KDRDSQQ274+UCC+UCCR2R1CuoucC1C2工作原理、工作波形与周期估算工作原理、工作波形与周期估算 uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V 充电充电UO

17、HTH = TR = uC 很小很小接通接通 VCC 后后，开始时，开始时 TH = TR = uC 0 0，uO 为高电平，为高电平，放电管截止，放电管截止，VCC 经经 R1、R2 向向 C 充电，充电，uC 上升上升，这时，这时电电路路处于暂稳态处于暂稳态。 工作原理工作原理 uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V UOLTH = TR 2/3 VCC当当 uC 上升到上升到 TH = TR = uC 2/3 VCC 时，时，uO 跃变为低电平，跃变为低电平，同时放电管同时放电管 V 导通，导通，C 经经 R2 和和 V 放电，放电，uC 下降下降，电路进入电路进入

18、暂稳态暂稳态 。工作原理工作原理 接通接通 VCC 后后，开始时，开始时 TH = TR = uC 0，uO 为高电平，为高电平，放电管截止，放电管截止，VCC经经 R1、R2 向向 C 充电，充电，uC 上升上升，这时，这时电电路路处于暂稳态处于暂稳态。 放电放电当当 uC 下降到下降到 TH = TR = uC 1/3 VCC 时，时， uO 重新跃变为高电平重新跃变为高电平，同时，同时放电管放电管 V 截止，截止，C 又被又被充电，充电，uC 上升上升，电路又电路又返回到暂稳态返回到暂稳态。uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V TH=TR1/3VCC工作原理工作原

19、理 当当 uC 上升到上升到 TH = TR = uC 2/3 VCC时，时，uO 跃变为低电平，跃变为低电平，同时放电管同时放电管 V 导通，导通，C 经经 R2 和和 V 放电，放电，uC 下降下降，电路进入电路进入暂稳态暂稳态 。接通接通 VCC 后后，开始时，开始时 TH = TR = uC 0 0，uO 为高电平，为高电平，放电管截止，放电管截止，VCC 经经 R1、R2 向向 C 充电，充电，uC 上升上升，这时，这时电电路路处于暂稳态处于暂稳态。 电容电容 C 如此循环充电和放电，如此循环充电和放电，使电路产生振荡，输出矩形脉冲。使电路产生振荡，输出矩形脉冲。uCOtOuOtUO

20、LUOHtWHtWLCC32VCC31V 二、振荡频率的计算二、振荡频率的计算tWH 0.7 (R1 + R2)C tWL 0.7 R2CT = tWH + tWL 0.7 (R1 + 2R2)C%5022121 WHRRRRTtqn9.4.2 多谐振荡器应用实例多谐振荡器应用实例n1简易温控报警器n利用555构成可控音频振荡电路，在一定条件下可以使输出端的扬声器发声报警，图9-12是利用多谐振荡器构成的简易温控报警电路，用于火警或热水温度报警，电路简单、调试方便。n图9-12 多谐振荡器用作简易温控报警电路多谐振荡器用作简易温控报警电路n图中晶体管VT可选用锗管3AX31或3AX81，也可选

21、用3DU型光敏管。3AX31等锗管在常温下，集电极和发射极之间的穿透电流ICEO一般在1050mA，且随温度升高而增大较快。当温度低于设定温度值时，晶体管VT的穿透电流ICEO较小，555复位端RD（4脚）的电压较低，电路工作在复位状态，多谐振荡器不能振荡，扬声器不发声。当温度升高到设定温度值时，晶体管VT的穿透电流ICEO较大，555复位端RD的电压升高到解除复位状态之电位，多谐振荡器开始振荡，扬声器发出报警声。n不同的晶体管，其ICEO值相差较大，故需改变R1的阻值来调节控温点。方法是先把测温元件VT置于要求报警的温度下，调节R1使电路刚发出报警声。报警的音调取决于多谐振荡器的振荡频率，由元件R2、R3和C1决定，可自行改变音调，但要求R2大于1kW。 水位正常情况下，电容水位正常情况下，电容C被短接被短接, 扬声器不发音；扬声器不发音；水位下降到探测器以下时，多谐振荡器开始工作，水位下降到探测器以下时，多谐振荡器开始工作，扬声器发出报警。扬声器发出报警。.uC.+UCC4876213CR1R25+