第9章 脉冲信号-精品文档资料.ppt
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1、学习要点:学习要点: 多谐振荡器、单稳态触多谐振荡器、单稳态触 发器、施密特触发器、施密特触 发器发器的工作原理及逻辑功能。的工作原理及逻辑功能。 555定时器的工作原理及逻辑功能。定时器的工作原理及逻辑功能。 由由555定时器构成单稳、多谐、施密特触定时器构成单稳、多谐、施密特触 发器发器的方法。的方法。第六章第六章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形概述概述 6.2 单稳态触发器单稳态触发器6.1 多谐振荡器多谐振荡器6.3 施密特触发器施密特触发器6.4 555定时器的原理和应用定时器的原理和应用概述概述 数字电路区别于模拟电路的主要特点之数字电路区别于模拟电路的主要特点之 一是:
2、一是:它的工作信号是离散时间的脉冲信号。最常用它的工作信号是离散时间的脉冲信号。最常用的脉冲信号是方波的脉冲信号是方波(矩形波矩形波)。如何产生方波以及。如何产生方波以及对不理想的方波如何整形,是本章讨论的重点。对不理想的方波如何整形,是本章讨论的重点。脉冲波形的获取:脉冲波形的获取:1)利用脉冲信号产生器直接产生;)利用脉冲信号产生器直接产生;2)对已有的信号进行变换,使之满足系统的要求。)对已有的信号进行变换,使之满足系统的要求。脉冲信号的产生与整形电路脉冲信号的产生与整形电路: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脉冲波形的获取:脉冲波形的获取:1)利用脉
3、冲信号产生器直接产生;)利用脉冲信号产生器直接产生;2)对已有的信号进行变换,使之满足系统的要求。)对已有的信号进行变换,使之满足系统的要求。1. 环形多谐振荡器环形多谐振荡器 利用逻辑门电路的传输延迟时间,将奇利用逻辑门电路的传输延迟时间,将奇数个与非门首尾相接,就可以构成一个简数个与非门首尾相接,就可以构成一个简单的环形振荡器单的环形振荡器:&321vo3vo2vo1 9.1 多谐振荡多谐振荡器器能产生矩形脉冲的自激振荡电路叫做多谐振荡器。能产生矩形脉冲的自激振荡电路叫做多谐振荡器。&321vo3vo2vo1 设设 vo3 的初始状态为的初始状态为0:010101 用波形图来表示用波形图来
4、表示,则为则为:0tvo2优点优点: 电路结构简单电路结构简单,所用元件少。所用元件少。缺点缺点: 频率太高频率太高, 且不可调整。且不可调整。f=(1/6)tpd0tvo10tvo3tpdT=6tpd1. 环形多谐振荡器环形多谐振荡器321vo3vo2vo1 在该电路的基础上添加在该电路的基础上添加RC延时电路延时电路,便可以克服上述不足便可以克服上述不足: 下面将结合它的工作波形说明其工作原理下面将结合它的工作波形说明其工作原理:v1vo1vo2RC0tvo10tvo20tvo20tvAVT假设:开始时假设:开始时v1=1电容上的放电电容上的放电电流,电流,vA下降下降vAVT时,时,vo
5、1不翻转不翻转。v1vo1vo2RCA1012. 多谐振荡器多谐振荡器11第二暂稳态。第二暂稳态。0tvo10tvo20tvo20tvAVT当当vA=VT时,时,vo1翻转翻转,vo2也翻转。也翻转。1v1vo1vo2RC010A1第二暂稳态结束,电第二暂稳态结束,电路进入第一暂稳态。路进入第一暂稳态。0tvo10tvo20tvo20tvAVT 由于电容电压不能由于电容电压不能 突变突变,当当vo2 发生下跳发生下跳时时,vA有一突变。有一突变。Vv1vo1vo2RCA0 0111第一暂稳态。第一暂稳态。0tvo10tvo20tvo20tvAVTVvo1vo2,电容充,电容充电电,vA上升。上
6、升。只要只要vAtw时,时,V02的输出边沿的输出边沿变缓,可在其输入端加入微分电路。变缓,可在其输入端加入微分电路。rewttT11minuiCuA11uo2RG1G2uo1VDDC1R1电路的改进电路的改进当当ui的宽度很宽时,可在单稳态触发器的输入端加一的宽度很宽时,可在单稳态触发器的输入端加一个个RC微分电路,否则,在电路由暂稳态返回到稳态微分电路,否则,在电路由暂稳态返回到稳态时,由于门时,由于门G1被被ui封住了,会使封住了,会使uo2的下降沿变缓。的下降沿变缓。 14 13 12 11 10 9 874122 1 2 3 4 5 6 7(b) 74122 的引脚排列图 TR- T
7、R-B TR+A TR+B RD Q GND Rext/CextVCC NC Cext NC Rin QTR-A、TR-B是两个下降沿有是两个下降沿有效的触发信号输入端,效的触发信号输入端,TR+A、TR+B是两个上升沿有效的触是两个上升沿有效的触发信号输入端。发信号输入端。Q和是两个和是两个状态互补的输出端。状态互补的输出端。Rext/Cext、Cext、Rin3个引出端是供外接个引出端是供外接定时元件使用的,外接定时定时元件使用的,外接定时电阻电阻R(R=5k50k)、)、电容电容C(无限制)的接法与(无限制)的接法与74121相同。相同。RD为直接复位为直接复位输入端,低电平有效。输入端
8、,低电平有效。当定时电容当定时电容C1000pF时,时,74122的输出脉冲宽度:的输出脉冲宽度:tp0.32RCRext/Cext、Cext是是外接定时电阻和外接定时电阻和电容的连接端,电容的连接端,(R=1.4k40k)接在)接在VCC和和Rext/Cext之间,之间,(C=10pF10F)接在)接在Cext(正)和(正)和Rext/Cext之间。之间。74121内内部已设置了一个部已设置了一个2k的定时电阻,的定时电阻,Rin是其引出端,是其引出端,使用时只需将使用时只需将Rin与与VCC连接起来连接起来即可,不用时则即可,不用时则应将应将Rin开路。开路。 2 集集 成成 单单 稳稳
9、态态 触触 发发 器器 (a) 74121 的引脚排列图 14 13 12 11 10 9 8 74121 1 2 3 4 5 6 7 Rext/Cext VCC NC NC Cext Rin NC Q NC A1 A2 B Q GND A1、A2是两个下降沿是两个下降沿有效的触发信号输入有效的触发信号输入端,端,B是上升沿有效是上升沿有效的触发信号输入端。的触发信号输入端。Q和是两个状态互补和是两个状态互补的输出端。的输出端。74121的输出脉冲宽度:的输出脉冲宽度:tp0.7RC74121的输出脉冲宽度:的输出脉冲宽度:tp0.7RCA1、A2是两个下降沿有效是两个下降沿有效的触发信号输入
10、端,的触发信号输入端,B是是上升沿有效的触发信号输上升沿有效的触发信号输入端。入端。Q和是两个状态互和是两个状态互补的输出端。补的输出端。该电路属于不可重复触发该电路属于不可重复触发的触发器。的触发器。可重复触发式可重复触发式单稳态触发器的输出波形:单稳态触发器的输出波形:tWtWBQ 这种单稳可以通过加重复触发脉冲增大这种单稳可以通过加重复触发脉冲增大输出脉冲的宽度输出脉冲的宽度,所以所以,可用于检测失落脉冲。可用于检测失落脉冲。3 . 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用 单稳的应用多种多样单稳的应用多种多样,如如:整形、延整形、延时控制、定时顺序控制等等。时控制、定时顺序控制等等。 1)
11、.定时定时uo&uiuAuo(a) 电路示意图(b) 波形图单稳态触发器uououiuAtp3 . 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用 2).延时延时利用单稳可以取得延时作用利用单稳可以取得延时作用,延长的时间可以延长的时间可以通过通过 R、C调节。调节。3).方波发生器(多谐振荡)方波发生器(多谐振荡)P3624).消噪声消噪声 P3635).整形整形uiuotpQAQCQBQDCPCLRRS0S1QAQCQBQDCPCLRRS0S1ABCDEFGH7 4 L S 1 9 4 ( 1 )7 4 L S 1 9 4 ( 2 )R2C2AQ2R1C1AQ1B+ 5V移位输入移位输入DW1DW2
12、时钟时钟7 4 L S 1 9 4-四位双向移位寄存器四位双向移位寄存器CPABCDEFGHQ 1Q 2t0t1t2t3用波形图表示如下用波形图表示如下:CPABCDEFGHQ 1Q 2t0t1t2t3用波形图表示如下用波形图表示如下:移位寄存移位寄存器清零器清零H灯上升灯上升沿触发沿触发Q1Q1的下降的下降沿触发沿触发Q2移位寄存移位寄存器串行输器串行输入为入为1循环重循环重新开始新开始 9.3 施密特触发器施密特触发器ViVi2R1R2Vo2Vo11。起始。起始Vi=0,Vo2=1 Vi2=0, Vo1=0 , 2. Vi =VT时时,由于由于 Vo1=0 ,所以状态不变所以状态不变. V
13、i 使得使得Vi 2=VT时时, Vo1=1 , Vo2=0(翻转翻转).此时此时 Vi 2=R2/(R1+R2) Vi = VT所以所以 Vi =(1+R1/R2) VT 10010110ViVi2R1R2Vo2Vo1 3. Vi =VT时时,翻转翻转 Vo2=1 , Vo1=0.正向增长的阈值:正向增长的阈值: VT- = VT VT+ =(1+R1/R2) VT负向增长的阈值负向增长的阈值回差电压:回差电压: VT = VT+ - VT- =(R1/R2) VTVT+VT-VIVO01010uoui(b) 逻辑符号(a) 传输特性uiuoUTUT+0下限阈值电压下限阈值电压上限阈值电压上
14、限阈值电压回差电压(滞回电压):回差电压(滞回电压):VT VTVT三、施密特触发器的应用:三、施密特触发器的应用:1、波形的整形及变换,利用回差、波形的整形及变换,利用回差电压的选择来控制波形。电压的选择来控制波形。2、幅度鉴别:、幅度鉴别:3、多谐振荡器:、多谐振荡器:(a) 40106 的引脚排列图 14 13 12 11 10 9 840106 1 2 3 4 5 6 7VDD 4A 4Y 5A 5Y 6A 6Y 1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y VSS 14 13 12 11 10 9 84093 1 2 3 4 5 6 7(b) 4093 的引脚排列图VDD 3A 3B 3Y 4
15、Y 4B 4A 1A 1B 1Y 2Y 2B 2A VSS(a) 7414 的引脚排列图 14 13 12 11 10 9 87414 1 2 3 4 5 6 7VCC 4A 4Y 5A 5Y 6A 6Y 1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y GND 14 13 12 11 10 9 874132 1 2 3 4 5 6 7(b) 74132 的引脚排列图VCC 3A 3B 3Y 4A 4B 4Y 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND9.4 555定时器的原理和应用定时器的原理和应用 555定时器是集模拟电路和数字电路于定时器是集模拟电路和数字电路于 一体一体的电子器件。它使用方便的电子器
16、件。它使用方便, ,带负载能力较强带负载能力较强, , 目目前得到了非常广泛的应用。前得到了非常广泛的应用。1。 555定时器的工作原理定时器的工作原理 555定时器的内部电路包括以下几部分定时器的内部电路包括以下几部分 : 一个由三个相等电阻组成的分压器一个由三个相等电阻组成的分压器 两个电压比较器两个电压比较器: A1、A2 一个一个 RS 触发器触发器 一个反相器和一个晶体管一个反相器和一个晶体管T 具体的具体的 结构见后图。结构见后图。1 1、555定时器工作原理定时器工作原理触发输入触发输入控制电压控制电压复位端复位端电平有效电平有效放电端放电端4.516V输出输出接地接地RSQQ+
17、-A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRRuo电源电源放电放电阈值阈值控制电压控制电压复位复位输出输出触发触发地地555定时器的原理电路图定时器的原理电路图分压器分压器比较器比较器: C1、C2RS 触发器触发器 反相器和晶体管反相器和晶体管RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR 三个电阻三个电阻构成的分压器构成的分压器给给 两个比较器两个比较器提供提供基准电压基准电压: A1 的为的为 2VCC / 3 , A2 的为的为 VCC / 3 。 首先讨论上图中首先讨论上图中加彩色部分加彩色部分的的电路的工作原理。电路的工作原理。101000
18、阈值端阈值端触发端触发端THTRRS比较的结果比较的结果2VCC / 3小于小于2VCC / 3小于小于VCC / 3大于大于VCC / 3小于小于VCC / 3大于大于大于大于2VCC / 3SR+-A1A2VCCTHCOTR876521RRR阈值端阈值端触发端触发端RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR晶体管晶体管TRSQuo100100保持保持0110保持保持保持保持导通导通截止截止RSQ1001000101保持保持 保持保持Q11禁止禁止禁止禁止RS 触发器功能表触发器功能表 综合以上的分析结果综合以上的分析结果,便可得到便可得到555的功能表的功能表
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