数字电子技术幻灯片.ppt

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1、数字电子技术1第1页，共56页，编辑于2022年，星期六第十章第十章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形10.1 概述概述10.2 施密特触发器施密特触发器 10.3 单稳态触发器单稳态触发器10.4 多谐振荡器多谐振荡器10.5 555 555定时器及其应用定时器及其应用2第2页，共56页，编辑于2022年，星期六学习脉冲电路的分析方法学习脉冲电路的分析方法.本章要点本章要点掌握掌握555555定时器的电路结构、工作原理，定时器的电路结构、工作原理，以及由它组成的单稳态、史密特触发器、以及由它组成的单稳态、史密特触发器、方波发生器的典型电路方波发生器的典型电路.3第3页，共56页，编辑

2、于2022年，星期六10.1 概述概述 数字电路区别于模拟电路的主要特点数字电路区别于模拟电路的主要特点之之 一是：它的工作信号是离散的脉冲信一是：它的工作信号是离散的脉冲信号。最常用的脉冲信号是方波号。最常用的脉冲信号是方波(矩形波矩形波)。如何产生方波以及对不理想的方波如何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。整形，是本章讨论的重点。4第4页，共56页，编辑于2022年，星期六脉冲周期脉冲周期 T脉冲幅度脉冲幅度 脉冲宽度脉冲宽度 :上升沿上升沿 到下降沿到下降沿上升时间上升时间 ：下降时间下降时间 :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：

3、矩形脉冲主要参数矩形脉冲主要参数5第5页，共56页，编辑于2022年，星期六10.2 施密特触发器施密特触发器特点：特点：1、输入信号从低电平上升的过程中，电路、输入信号从低电平上升的过程中，电路状态转换时对应的输入电平，与输入信号从状态转换时对应的输入电平，与输入信号从高电平下降过程中对应的输入转换电平不同。高电平下降过程中对应的输入转换电平不同。2、电路状态转换时，通过电路内部的、电路状态转换时，通过电路内部的正反馈正反馈使输出电压波形边沿陡峭。使输出电压波形边沿陡峭。6第6页，共56页，编辑于2022年，星期六10.2.1 用门电路组成的施密特触发器用门电路组成的施密特触发器 VT+：输

4、入电压上升时所对应的转换电压。（：输入电压上升时所对应的转换电压。（正向阈值电压正向阈值电压）VT-：输入电压下降时所对应的转换电压。（：输入电压下降时所对应的转换电压。（负向阈值电压负向阈值电压）7第7页，共56页，编辑于2022年，星期六8第8页，共56页，编辑于2022年，星期六9第9页，共56页，编辑于2022年，星期六回差电压回差电压10第10页，共56页，编辑于2022年，星期六一、用于波形变换一、用于波形变换10.2.3 施密特触发器应用举例施密特触发器应用举例10.2.2 集成施密特触发器集成施密特触发器11第11页，共56页，编辑于2022年，星期六二、用于脉冲整形二、用于脉

5、冲整形12第12页，共56页，编辑于2022年，星期六三、用于脉冲鉴幅三、用于脉冲鉴幅 只有那些幅度大于只有那些幅度大于VT+的脉冲会产生输出信号。的脉冲会产生输出信号。13第13页，共56页，编辑于2022年，星期六10.3 单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器简称单稳。单稳态触发器简称单稳。稳定状态稳定状态稳定状态稳定状态暂稳态暂稳态由外界触发由外界触发自动返回自动返回稳态和暂稳态两个状态。稳态和暂稳态两个状态。暂稳态维持一段时间后，暂稳态维持一段时间后，自动返回自动返回稳态。稳态。暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数。暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数。特点：特点：整形、延时、

6、定时整形、延时、定时14第14页，共56页，编辑于2022年，星期六0tuiuo1uAuo20t0t0tt1当当 ui 发生正跳变后发生正跳变后,uo1 跟跟着负跳变着负跳变;但但uA不能突变，不能突变，uo2 立即下跳。立即下跳。在在ui正脉冲到来以前，正脉冲到来以前，uo1是是高电平，高电平，uo2是高电平。是高电平。10.3.1 用门电路组成的单稳态触发器用门电路组成的单稳态触发器一、积分型单稳态触发器一、积分型单稳态触发器uo1uo2RC12uiA&15第15页，共56页，编辑于2022年，星期六0tuiuo1uAuo20t0t0tt1uo1下跳后，下跳后，C放电，放电，uA下下降。降

7、。UTuA=UT时，时，uo2上跳。上跳。之后之后uA继续下降。继续下降。uo1uo2RC12uiA16第16页，共56页，编辑于2022年，星期六0tuiuo1uAuo20t0t0tt1UTuo1uo2RC12uiAtw 在在ui合理的配合下，单稳态触发合理的配合下，单稳态触发器输出脉冲（器输出脉冲（uo2）的宽度）的宽度tw，取决于，取决于电容的放电速度。即电容的放电速度。即R、C参数的大小。参数的大小。Ui正脉冲过后，正脉冲过后，uo1随后随后恢复高电平。恢复高电平。C充电。充电。17第17页，共56页，编辑于2022年，星期六uA0tUTuo20t0tuiuo10tt1t2 回答回答:

8、有有!.讨论讨论:对对C 的放电的放电快慢有无约束快慢有无约束?t3若的若的C放电速度太慢，在放电速度太慢，在 t1 t3 期间期间,uAUT,则则uo2 低电平低电平宽度不再受宽度不再受RC的控制。必的控制。必须改进电路须改进电路!0111uo1uo2RC12uiA18第18页，共56页，编辑于2022年，星期六二、微分型单稳态触发器二、微分型单稳态触发器19第19页，共56页，编辑于2022年，星期六20第20页，共56页，编辑于2022年，星期六21第21页，共56页，编辑于2022年，星期六微分型单稳控制附加电路10.3.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器输出缓冲电路22第22页，共

9、56页，编辑于2022年，星期六稳态稳态下降沿下降沿触发触发上升沿上升沿触发触发23第23页，共56页，编辑于2022年，星期六外接定时元件引脚 内部电阻引脚 24第24页，共56页，编辑于2022年，星期六不可重复触发型与可重复触发型不可重复触发型与可重复触发型 图图（a a）为为不不可可重重复复型型触触发单稳态触发器发单稳态触发器该该电电路路在在触触发发进进入入暂暂稳稳态态期期间间如如再再次次受受到到触触发发，对对原原暂暂稳稳态态时时间间没没有有影影响响，输输出出脉脉冲冲宽宽度度t tw w仍仍从从第第一一次次触发开始计算。触发开始计算。图图（b b）为为可可重重复复触触发型单稳态触发器发

10、型单稳态触发器 该该电电路路在在触触发发进进入入暂暂稳稳态态期期间间如如再再次次被被触触发发，则则输输出出脉脉冲冲宽宽度度可可在在此此前前暂暂稳稳态态时时间间的的基基础础上上再展宽再展宽t tw w。因因此此，采采用用可可重重复复触触发发单单稳稳态态触触发发器器时时能能比比较较方方便便地地得到持续时间更长的输出脉冲宽度。得到持续时间更长的输出脉冲宽度。25第25页，共56页，编辑于2022年，星期六1.1.脉冲延时脉冲延时单稳态触发器的主要应用是整形、定时和延时。单稳态触发器的主要应用是整形、定时和延时。单稳电路的延时作用单稳电路的延时作用 如果需要延迟脉冲的触发时间，可利用单稳电如果需要延迟

11、脉冲的触发时间，可利用单稳电路来实现。路来实现。u uO O的下降沿比的下降沿比u uI I的下降沿延迟了的下降沿延迟了t tw w的时间。的时间。10.3.3 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用26第26页，共56页，编辑于2022年，星期六2.2.脉冲定时脉冲定时 单稳态触发器能够产生一定宽度单稳态触发器能够产生一定宽度t tw w的矩形脉冲，利用的矩形脉冲，利用这个脉冲去控制某一电路，则可使它在这个脉冲去控制某一电路，则可使它在t tw w时间内动作时间内动作(或者或者不动作不动作)。27第27页，共56页，编辑于2022年，星期六 3.3.整形整形 单单稳稳态态触触发发器器能能够够把

12、把不不规规则则的的输输入入信信号号v vI I，整整形形成成为为幅幅度度和和宽宽度度都都相相同同的的标标准准矩矩形形脉脉冲冲v vO O。v vO O的的幅幅度度取取决决于于单单稳稳态态电电路路输输出出的的高高、低低电电平平，宽宽度度t tW W决决定定于于暂暂稳稳态态时间。时间。28第28页，共56页，编辑于2022年，星期六QAQCQBQDCPCLRRS0S1QAQCQBQDCPCLRRABCDEFGH7 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时钟时钟S1S0例如例如“延时控制延时控制”29第29页，

13、共56页，编辑于2022年，星期六CPABCDEFGHQ 1Q 2t0t1t2t3用波形图表示如下用波形图表示如下:30第30页，共56页，编辑于2022年，星期六CPABCDEFGHQ 1Q 2t0t1t2t3用波形图表示如下用波形图表示如下:移位寄存器清零H灯上升沿触发Q1Q1的下降沿触发Q2移位寄移位寄存器串存器串行输入行输入为为1循环重新开始 31第31页，共56页，编辑于2022年，星期六一一.电路电路 合理选择合理选择Rf1、Rf2，使静态，使静态时门电路工作在电压传输特性的时门电路工作在电压传输特性的转折区或线性区。转折区或线性区。10.4.1 对称式多谐振荡器对称式多谐振荡器

14、10.4 多谐振荡器多谐振荡器1 1多谐振荡器多谐振荡器没有稳定状态没有稳定状态，只有两个暂稳态。，只有两个暂稳态。2 2通通过过电电容容的的充充电电和和放放电电，使使两两个个暂暂稳稳态态相相互互交交替替，从从而而产产生生自激振荡自激振荡，无需外触发。，无需外触发。3 3输输出出周周期期性性的的矩矩形形脉脉冲冲信信号号，由由于于含含有有丰丰富富的的谐谐波波分分量量，故故称作多谐振荡器。称作多谐振荡器。32第32页，共56页，编辑于2022年，星期六 只要恰当地选取只要恰当地选取 值，就能够使静态工值，就能够使静态工作点作点P刚好位于电压传输特性的转折区。刚好位于电压传输特性的转折区。33第33

15、页，共56页，编辑于2022年，星期六二、工作原理二、工作原理34第34页，共56页，编辑于2022年，星期六矩形脉冲的振荡周期为矩形脉冲的振荡周期为 T1.3RFC35第35页，共56页，编辑于2022年，星期六1.1.最简单的环形振荡器最简单的环形振荡器 利用集成门电路的传输延迟时间，将奇数个反相器首尾相连便可构成最简单的环形振荡器。该电路没有稳定状态。如此周而复始，便产生了自激振荡。如此周而复始，便产生了自激振荡。振荡周期振荡周期T=2ntT=2ntpdpd。10.4.2 环形振荡器环形振荡器优点优点: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,并且不可

16、调整。并且不可调整。36第36页，共56页，编辑于2022年，星期六2.RC环形振荡器环形振荡器 37第37页，共56页，编辑于2022年，星期六T=2.2 RC38第38页，共56页，编辑于2022年，星期六10.4.3 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器 一、石英晶体的电抗频率特性和符号一、石英晶体的电抗频率特性和符号电电容容性性电电容容性性电感性电感性振荡频率为振荡频率为f0二、石英晶体多谐振荡器二、石英晶体多谐振荡器 12R1R2C1C2uo石英晶体石英晶体 石英晶体振荡器常用石英晶体振荡器常用 作数字系统作数字系统的基准信号。的基准信号。通常选用通常选用振荡频率为振荡频率为3276

17、8H32768HZ Z的石英晶体谐的石英晶体谐振器，因为振器，因为32768327682 21515，将，将32768H32768HZ Z经过经过1515次二分次二分频频，即可得到，即可得到1H1HZ Z的时钟脉冲作为计时标准。的时钟脉冲作为计时标准。39第39页，共56页，编辑于2022年，星期六10.4.4 用施密特触发器组成的多谐振荡器用施密特触发器组成的多谐振荡器想法想法：使输入电压在：使输入电压在 和和 之间不停地往复变之间不停地往复变化。化。VT-VT+ViVOVIVO t tVT+VT-40第40页，共56页，编辑于2022年，星期六10.5 555定时器及其应用定时器及其应用

18、555定时器定时器是将模拟电路和数字电路集成于是将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。在波形的产生与变换、测量一体的电子器件。在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到了应用。得到了应用。10.5.1 555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;两个电压两个电压比较器比较器:A1、A2;一个一个 RS 触发器触发器;一个反相一个反相器和一个晶体管器和一个晶体管T等。具体的等。具体的 结构见后图。结构见

19、后图。41第41页，共56页，编辑于2022年，星期六电阻分压器电压比较器基本RS触发器放电管T缓冲器 阈值端阈值端 触发端触发端控制电压输入端控制电压输入端当当CO悬空：悬空：UR12/3VCC，UR21/3VCC当当COVCO：UR1VCO，UR21/2VCO 42第42页，共56页，编辑于2022年，星期六功能表功能表43第43页，共56页，编辑于2022年，星期六10.5.2 用用555定时器接成的施密特触发器定时器接成的施密特触发器8 4 35126F44第44页，共56页，编辑于2022年，星期六时：时：时：时：不变不变以后：以后：分析分析 vI 从从0开始升高的过程：开始升高的过

20、程：45第45页，共56页，编辑于2022年，星期六当当以后：以后：回差电压：回差电压：从高于从高于 开始下降的过程：开始下降的过程：时：时：当当时：时：不变不变46第46页，共56页，编辑于2022年，星期六10.5.3 用用555定时器接成的单稳态触发器定时器接成的单稳态触发器47第47页，共56页，编辑于2022年，星期六1、稳态时：、稳态时：电容充电：电容充电：T 截止。截止。2、暂态：、暂态：电容放电：电容放电：充到充到 后，后，T放电。放电。48第48页，共56页，编辑于2022年，星期六10.5.4 用用555定时器接成的多谐振荡器定时器接成的多谐振荡器49第49页，共56页，编

21、辑于2022年，星期六48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCCuC0tVCC/32VCC/30tuo输出波形输出波形50第50页，共56页，编辑于2022年，星期六 设电容设电容C C 原先未充电原先未充电,故故 TH=TR VCC/3,此时此时 uo=1,=1,555内的晶体管内的晶体管 T T 截止截止,电源通过电源通过 R1 和和 R2 对对电容电容 C 充电。充电。uC0tVCC/32VCC/30tuo 在在 uC 没有充电到没有充电到 2VCC/3 之前之前,uo 保持保持 1 不不变。变。48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC51第51页，共56页

22、，编辑于2022年，星期六uC0tVCC/32VCC/30tuouC一旦充至一旦充至2VCC/3，则，则 TH=TR=2VCC/3、uo由由1翻转为翻转为 0。同时。同时555内的晶体管内的晶体管 T 导通导通,电容电容 C 经经 R2、T放电放电,一直一直至至VCC/3，使得，使得uo 回到回到 1,进进入循环入循环.t1t2t3 在在 uC 没有充电到没有充电到 2VCC/3 之前之前,uo 保持保持 1 不变。不变。48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC52第52页，共56页，编辑于2022年，星期六0tuouC0tVCC/32VCC/3T1T2输出方波的输出方波的周期

23、周期 T的计算的计算:T=T1 +T2 =0.7(R1+2R2)C 48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC占空比：占空比：53第53页，共56页，编辑于2022年，星期六0tuouC0tVCC/32VCC/3T1T2如何改变方波的占空比？如何改变方波的占空比？改变充放电回路的时间常数即可。改变充放电回路的时间常数即可。充电时间常数充电时间常数：（：（R1+R2）C 放电时间常数：放电时间常数：R2C48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC54第54页，共56页，编辑于2022年，星期六48162357R1C555uoVCCR21R28S8S1简易电子琴电路图简易电子琴电路图 简易电子琴就是通过改变简易电子琴就是通过改变R2 的阻值来改变输出的阻值来改变输出方波的周期方波的周期,使外接的喇叭发出不同的音调使外接的喇叭发出不同的音调。55第55页，共56页，编辑于2022年，星期六第第 十十 章章 结结 束束56第56页，共56页，编辑于2022年，星期六