第7章 脉冲波形的产生与整形PPT讲稿.ppt
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1、第7章 脉冲波形的产生与整形第1页,共57页,编辑于2022年,星期二7.1 7.1 概述概述 脉冲信号脉冲信号 :凡是不具有连续正弦波形状的信号,通称为脉:凡是不具有连续正弦波形状的信号,通称为脉冲信号。冲信号。常见的脉冲信号波形常见的脉冲信号波形第2页,共57页,编辑于2022年,星期二 数字电路最常用的脉冲信号就是矩形脉冲。例如时钟信号数字电路最常用的脉冲信号就是矩形脉冲。例如时钟信号(CLK)就就是一种典型的矩形波信号,它在时序电路中协调各种功能部件的工作。是一种典型的矩形波信号,它在时序电路中协调各种功能部件的工作。脉冲周期脉冲周期T:周期性重复的脉冲:周期性重复的脉冲序列中,两个相
2、邻脉冲之间的时间序列中,两个相邻脉冲之间的时间间隔。间隔。描述矩形脉冲信描述矩形脉冲信号的参数:号的参数:矩形脉冲信号矩形脉冲信号脉冲频率脉冲频率f:单位时间内的脉冲重复:单位时间内的脉冲重复次数次数。脉冲幅值脉冲幅值Vm:脉冲电压变化的最大幅度:脉冲电压变化的最大幅度。脉冲宽度脉冲宽度tw:从脉冲前沿到达:从脉冲前沿到达0.5Vm起,到脉冲后沿到达起,到脉冲后沿到达0.5Vm为止的一段时间为止的一段时间。第3页,共57页,编辑于2022年,星期二上升时间上升时间tr:脉冲上升沿从:脉冲上升沿从0.1Vm上升到上升到0.9Vm所需要的时间。所需要的时间。下降时间下降时间tf:脉冲下降沿从:脉冲
3、下降沿从0.9Vm下降到下降到0.1Vm所需要时间所需要时间。占空比占空比q:脉冲宽度与脉冲周期的比值,:脉冲宽度与脉冲周期的比值,即即 q=tw/T。获得脉冲信号的方法通常有两种:一种方法是利用多谐振荡器获得脉冲信号的方法通常有两种:一种方法是利用多谐振荡器直接产生所需的脉冲信号;另一种方法是通过脉冲整形电路变换直接产生所需的脉冲信号;另一种方法是通过脉冲整形电路变换成所需的脉冲信号。成所需的脉冲信号。第4页,共57页,编辑于2022年,星期二 Proteus ISIS是英国是英国Labcenter公司开发的电路公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于分析与实物仿真软件。它运行于Windo
4、ws操作系操作系统上,可以仿真、分析各种模拟器件和集成电路,统上,可以仿真、分析各种模拟器件和集成电路,该软件的特点是:具有模拟电路仿真、数字电路该软件的特点是:具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真和仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真和分析相结合分析相结合 Proteus ISIS程序程序d的用户界面的用户界面 第5页,共57页,编辑于2022年,星期二7.2 5557.2 555定时器定时器 555定时器是一种兼容模拟和数字电路于同一硅片的混合中规模集成电路。国外典型定时器是一种兼容模拟和数字电路于同一硅片的混合中规模集成电路。国外典型的产品型号有的产品型
5、号有NE555、LM555、XR555、CA555、RC555、LC555等,国内产品型号等,国内产品型号有有CB555、SL555、FX555、FD555等。等。7.2.1 5557.2.1 555定时器的电路结构定时器的电路结构管脚图管脚图 内部电路内部电路 第6页,共57页,编辑于2022年,星期二555定时器组成:定时器组成:电压比较器电压比较器 C1和和C2是两个结构完全相同的高精度电压比较器。当是两个结构完全相同的高精度电压比较器。当比较器的比较器的V+V-时,其输出为高电平;反之,当时,其输出为高电平;反之,当V+V-时,其输出为低电平。时,其输出为低电平。逻辑符号逻辑符号 第7
6、页,共57页,编辑于2022年,星期二分压器分压器 由由3个阻值为个阻值为5k的电阻串联构的电阻串联构成分压器,成分压器,C1和和C2提供参考电压提供参考电压VR1和和VR2。当。当5脚不外接电压时,脚不外接电压时,为为 若引脚若引脚5外接固定电压外接固定电压VDD时,时,为为注意:当引脚注意:当引脚5 5不加控制电压时,一般不可悬空,可不加控制电压时,一般不可悬空,可通过一个小电容(如通过一个小电容(如0.01F0.1F0.01F0.1F)接地,以防止旁)接地,以防止旁路高频干扰。路高频干扰。第8页,共57页,编辑于2022年,星期二(3 3)SRSR锁存器锁存器 由与非门由与非门Gl和和G
7、2构成构成SR锁存锁存器,它的状态由两个电压比较器器,它的状态由两个电压比较器的输出来控制。其中,的输出来控制。其中,RD是专门是专门设置的可从外部直接异步置设置的可从外部直接异步置0复位复位端,低电平有效。端,低电平有效。(4 4)泄放三极管)泄放三极管 三极管三极管TD是集电极开路输出三极管,是集电极开路输出三极管,为外接电容提供充、放电回路,称为为外接电容提供充、放电回路,称为泄放三极管。泄放三极管。G3门输出门输出1时时TD导通;导通;反之反之TD截止。截止。(5 5)反相器)反相器 反相器反相器G4为输出缓冲反相器,提高带负载能力;同时还可为输出缓冲反相器,提高带负载能力;同时还可隔
8、离负载对定时器的影响,起整形作用。隔离负载对定时器的影响,起整形作用。第9页,共57页,编辑于2022年,星期二1接地端,接地端,GND;各管脚功能各管脚功能 :7.2.2 5557.2.2 555定时器的管脚用途及工作原理定时器的管脚用途及工作原理2低电平触发端,低电平触发端,TR;3输出端,输出端,OUTPUT,输出电,输出电 流可达流可达200mA;4复位端,复位端,RD;5压控端,压控端,CO;6高电平触发端,高电平触发端,TH;7放电端,放电端,DIS;8电源端,电源端,VCC,范围为,范围为4.518V;第10页,共57页,编辑于2022年,星期二功能表功能表 工作原理工作原理 :
9、当当RD为高电平时为高电平时 当当vI1VR1且且vI2VR2时,时,C1的输出的输出”0”,C2的输出的输出”1”,SR锁存锁存器器Q=0,TD导通,输出为低电平;导通,输出为低电平;第11页,共57页,编辑于2022年,星期二当当vI1VR2时,时,C1和和C2的输出均为的输出均为”1”,SR锁存器保持锁存器保持状态不变,故状态不变,故TD和输出的状态也均不变;和输出的状态也均不变;当当vI1VR1且且vI2 VR1且且vI2VR2时,时,C1和和C2的输出均为的输出均为”0”,SR锁锁存器存器Q=Q=1,TD截止,输出为高电平;截止,输出为高电平;第13页,共57页,编辑于2022年,星
10、期二 555定时器能在很宽的电源电压范围内工作,并可承受较大的负载电定时器能在很宽的电源电压范围内工作,并可承受较大的负载电流,可直接驱动继电器、发光二极管、扬声器、指示灯等,但其静态功耗流,可直接驱动继电器、发光二极管、扬声器、指示灯等,但其静态功耗较大。较大。CMOS型型7555定时器的电源电压定时器的电源电压218V,静态功耗小,但最大,静态功耗小,但最大的负载电流是在的负载电流是在4mA以下。以下。型号型号供供电电电电流流工作工作电压电压上升、下降沿上升、下降沿时间时间3脚脚驱动电驱动电流流755560300A218V40ns2mA55535mA4.518V100ns200mA555和
11、和7555定时器性能比较定时器性能比较 555定时器的应用十分广泛,由它可构成施密特触发器、定时器的应用十分广泛,由它可构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等脉冲单元电路。单稳态触发器和多谐振荡器等脉冲单元电路。第14页,共57页,编辑于2022年,星期二7.3 7.3 施密特触发器施密特触发器 施密特触发器(施密特触发器(Schmitt Trigger)是具有回差特性的数字传输)是具有回差特性的数字传输门,其特点:门,其特点:施密特触发器输出有两种稳定状态施密特触发器输出有两种稳定状态0态和态和1态;态;施密特触发器采用电平触发,即它输出是高电平还是低电平都取决于输施密特触发器采用电平
12、触发,即它输出是高电平还是低电平都取决于输入信号的电平;入信号的电平;对于正向和负向增长的输入信号,电路有不同的阈值电平对于正向和负向增长的输入信号,电路有不同的阈值电平VT+和和VT-。当输入信号电压上升时,与。当输入信号电压上升时,与VT+比较,若输入信号大于比较,若输入信号大于VT+,输出状态翻转;当输入信号电压下降时,与,输出状态翻转;当输入信号电压下降时,与VT-比较,当输入信比较,当输入信号小于号小于VT-,输出状态翻转。这是与普通比较器的区别。,输出状态翻转。这是与普通比较器的区别。第15页,共57页,编辑于2022年,星期二 施密特触发器分同相施密特触发器和反相施密特触发器两种
13、施密特触发器分同相施密特触发器和反相施密特触发器两种:同相施密特触发器同相施密特触发器 反相施密特触发器反相施密特触发器 施密特触发器主要参数:施密特触发器主要参数:上限阈值电压上限阈值电压VT+:输入信号电压:输入信号电压vI上升过程中,输出上升过程中,输出电压电压vO状态翻转时,所对应的输入电压值。状态翻转时,所对应的输入电压值。上限阈值电压上限阈值电压 第16页,共57页,编辑于2022年,星期二下限阈值电压下限阈值电压VT-:输入信号电压:输入信号电压vI下降过程中,输出电压下降过程中,输出电压vO状态翻状态翻转时,所对应的输入电压值。转时,所对应的输入电压值。下限阈值电压下限阈值电压
14、 回差电压回差电压VT:VT和和VT-之间的差值之间的差值,即,即VT=VT+-VT-两次触发电平的不一致性称为施密特触发器的回差特性,又叫滞两次触发电平的不一致性称为施密特触发器的回差特性,又叫滞迟特性,这是施密特触发器最重要的电气特性。由于施密特触发迟特性,这是施密特触发器最重要的电气特性。由于施密特触发器具有回差特性,与电压比较器相比,施密特触发器具有较强的器具有回差特性,与电压比较器相比,施密特触发器具有较强的抗干扰能力。施密特触发器的回差电压越大,电路的抗干扰能力抗干扰能力。施密特触发器的回差电压越大,电路的抗干扰能力也越强,但灵敏度会相应降低。也越强,但灵敏度会相应降低。第17页,
15、共57页,编辑于2022年,星期二7.3.1 5557.3.1 555定时器构成的施密特触发器定时器构成的施密特触发器 555定时器构成的施密特触发器电路定时器构成的施密特触发器电路 构成:构成:2脚和脚和6脚连一起接输入信号脚连一起接输入信号vI;4脚和脚和8脚连一起接电源电压脚连一起接电源电压VCC;5脚通过脚通过0.01F的电容和的电容和1脚一起接接地;脚一起接接地;7脚悬空,脚悬空,3脚输出。脚输出。第18页,共57页,编辑于2022年,星期二vIVCC/3工作原理:工作原理:输入信号输入信号vI从从0逐渐升高的过程:逐渐升高的过程:101vIVCC/301输出高电平输出高电平第19页
16、,共57页,编辑于2022年,星期二VCC/3vI2VCC/311101保持高电平保持高电平VCC/3vI 2VCC/3vI2VCC/301010输出低电平输出低电平第20页,共57页,编辑于2022年,星期二VCC/32VCC/3上限阈值电压为上限阈值电压为电压传输特性电压传输特性第21页,共57页,编辑于2022年,星期二 输入信号输入信号vI从从vI 2VCC/3逐渐下降的过程:逐渐下降的过程:010vI2VCC/310输出低电平输出低电平vI2VCC/3第22页,共57页,编辑于2022年,星期二VCC/3vI2VCC/311010保持低电平保持低电平VCC/3vI2VCC/3vI V
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