数字逻辑第十章幻灯片.ppt

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1、数字逻辑课件第十章第1页，共47页，编辑于2022年，星期六 图图10.1.1(b)组成积分电路，当组成积分电路，当RCTK时，在电容上又可得线性扫描的波时，在电容上又可得线性扫描的波形。由上可看出脉冲形成电路的组成应有两形。由上可看出脉冲形成电路的组成应有两大部分，惰性电路和开关。开关是用来破坏大部分，惰性电路和开关。开关是用来破坏稳态，使惰性电路产生暂态的。开关可用不稳态，使惰性电路产生暂态的。开关可用不同的电子器件来完成，如可用运算放大器，同的电子器件来完成，如可用运算放大器，可用分立器件晶体三极管或场效应管，也可可用分立器件晶体三极管或场效应管，也可以用逻辑门。目前用得较多的是以用逻辑

2、门。目前用得较多的是555定时电定时电路。路。第2页，共47页，编辑于2022年，星期六图10.1.1 RC暂态电路波形第3页，共47页，编辑于2022年，星期六 惰性电路产生的暂态过程，对一阶问惰性电路产生的暂态过程，对一阶问题而言，可用三要素法来描述，获得电压或题而言，可用三要素法来描述，获得电压或电流随时间变化的方程，该方程是脉冲波形电流随时间变化的方程，该方程是脉冲波形计算的重要依据。三要素即起始值计算的重要依据。三要素即起始值X(0+)、趋、趋向值向值X()和时间常数和时间常数，若三要素已知，则得，若三要素已知，则得方程方程或 第4页，共47页，编辑于2022年，星期六10.2555

3、定时电路 555定时电路是目前应用十分广泛的一种定时电路是目前应用十分广泛的一种器件，本章仅介绍它在脉冲形成方面的基本电器件，本章仅介绍它在脉冲形成方面的基本电路。路。555定时电路有定时电路有TTL集成定时电路和集成定时电路和CMOS集成定时电路，功能完全一样，不同之处是前集成定时电路，功能完全一样，不同之处是前者驱动能力大于后者，我们以者驱动能力大于后者，我们以CMOS集成定时集成定时器器CC7555为例进行介绍。为例进行介绍。第5页，共47页，编辑于2022年，星期六 10.2.1 基本组成基本组成 555集成电路主要由集成电路主要由3个个5k电阻组成电阻组成的分压器、两个高精度电压比较

4、器、一个基的分压器、两个高精度电压比较器、一个基本本RS触发器、一个作为放电通路的管子及输触发器、一个作为放电通路的管子及输出驱动电路组成，其结构框图如图出驱动电路组成，其结构框图如图10.2.1所所示。示。第6页，共47页，编辑于2022年，星期六图10.2.1 CC7555集成定时电路第7页，共47页，编辑于2022年，星期六1.分压器分压器 由由3个个5k电阻组成，它为两个比较电阻组成，它为两个比较器提供基准电平。如器提供基准电平。如5脚悬空，则比较器脚悬空，则比较器A的基准电平为的基准电平为 ，比较器，比较器B的基准的基准电平为电平为 ，改变，改变5脚的接法可脚的接法可 改变改变A、B

5、的基准电平。的基准电平。第8页，共47页，编辑于2022年，星期六第9页，共47页，编辑于2022年，星期六3.基本RS触发器RS触发器由两个或非门组成，它的状态由两个比较器输出控制，根据基本RS触发器的工作原理，就可以决定触发器输出端的状态。是专门设置的可从外部进行置“0”的复位端，当时，经反相后将或非门封锁输出为0。4.开关放电管和输出缓冲级放电管V，它是N沟道增强型的MOS管，其控制栅为0电平时截止；当为1电平时导通。第10页，共47页，编辑于2022年，星期六两级反相器构成输出缓冲级，反相器的设计考虑了有较大的电流驱动能力，一般可驱动两个TTL门电路。同时，输出级还起隔离负载对定时器影

6、响的作用。第11页，共47页，编辑于2022年，星期六10.2.2工作原理及特点综上所述，我们根据图10.2.1所示电路结构图可以很容易得到CC7555定时器的功能表，如表10.2.1所示。表10.2.1 555定时器功能表 第12页，共47页，编辑于2022年，星期六CC7555定时器电路具有静态电流较小(80A左右)，输入阻抗极高(输入电流仅为0.1A左右)，电源电压范围较宽(在3V18V内均正常工作)等特点。最大功耗为300mW，和所有CMOS集成电路一样，在使用时输入电压uI应确保在安全范围之内，即满足下式条件：USS-0.5VUIUDD+0.5V555定时电路除了CMOS型之外，还有

7、TTL型如5G555(NE555)，它的工作原理与CC7555没有本质区别，但其驱动电流可达200mA。第13页，共47页，编辑于2022年，星期六10.3单稳态电路单稳态触发器只有一个稳定状态和一个暂稳态，在外界触发脉冲的作用下，电路从稳态翻转到暂态，然后在暂稳态停留一段时间TW后又自动返回到稳态，并在输出端产生一个宽度为TW的矩形脉冲。TW只与电路本身的参数有关，而与触发脉冲无关。通常把TW称为脉冲宽度。第14页，共47页，编辑于2022年，星期六10.3.1电路组成图10.3.1(a)是用CC7555构成的单稳态电路，图10.3.1(b)是其工作波形。图中R、C为外接定时元件，输入触发信

8、号uI加至低触发端，由OUT端给出输出信号，控制端CO不用时一般均通过0.01F接地，以防干扰。第15页，共47页，编辑于2022年，星期六图10.3.1 CC7555构成的单稳态触发器 第16页，共47页，编辑于2022年，星期六10.3.2工作原理静止期：触发信号uI处于高电平，电路处于稳态，根据555工作原理知道uO为低电平，放电管V导通，定时电容C两端电压uC=0。工作期：外界触发信号uI加进来，要求为负脉冲且低电平应比较器输出UB为高电平，UA为低电平，使uO为高电平，且放电管截止，电源UDD通过定时电阻R对定时电容充电，这是一个暂态问题，只要写出三要素即可。第17页，共47页，编辑

9、于2022年，星期六由于比较器A、B的存在，uC不可能充至UDD。当uC充至大于，但小于时，UA=UB均为低电平，RS触发器处于保持态，即Q=1、,电路仍处于uO=高电平，放电管仍处于截止，电容继续充电；当时UA=1,UB=0,则Q=0,则uO=0,放电管导通，电容通过放电管很快放电，进入恢复期。由于外界触发脉冲加进来，电路uO由低电平变为高电平到再次变为低电平这段时间就是暂稳态时间，其暂稳态时间TW计算如下：第18页，共47页，编辑于2022年，星期六第19页，共47页，编辑于2022年，星期六显然改变定时元件R或C即可改变延迟时间TW；通过改变比较器的参考电压也可改变TW。一般是在5脚CO

10、端外接电源或电阻即可改变比较器A、B的参考电压。为了使电路能正常工作，要求外加触发脉冲的宽度CP小于TW。且负脉冲的数值一定要低于。为此常在输入信号uI和触发电路之间加一微分电路，如图10.3.2所示。第20页，共47页，编辑于2022年，星期六图10.3.2 具有微分环节的单稳态电路第21页，共47页，编辑于2022年，星期六恢复期：当放电管V导通时，定时电容C通过放电管迅速放电，即进入恢复期，恢复到静止期状态。恢复期TR由下式决定TR=(35)rdC其中rd为放电管导通时呈现的电阻，一般Rrd,所以恢复期很短。利用单稳态触发器我们也可以获得线性锯齿波。由上述工作原理和输出波形可看出，在电容

11、C两端可得到按指数规律上升的电压，为获得线性锯齿波，只要对电容C恒流充电即可。故用恒流源代替R即可组成线性锯齿波电路。第22页，共47页，编辑于2022年，星期六图10.3.3 线性锯齿波电路 第23页，共47页，编辑于2022年，星期六图10.3.3为线性锯齿波电路，其中晶体三极管V及电阻Re、Rb1、Rb2组成恒流源，给定时电容提供恒定的充电电流。电容两端电压随时间线性增长 I0为恒定电流。其工作波形如图7.3.3(b)所示。实际中为了防止负载对定时电路影响，uC输出常常通过射极输出器输出。第24页，共47页，编辑于2022年，星期六外接电阻R的范围为2k20M，定时电容C为100pF10

12、00F，因此其单稳态电路的延迟时间TW可由几微秒到几小时。精度可达0.1%。当然还可以增大R、C值使延时增大，但将导致精度变低。单稳态电路的主要应用是定时、延时(对输入uI的下降沿而言)和波形变换。第25页，共47页，编辑于2022年，星期六10.4多谐振荡器多谐振荡器是一种无稳态电路，它在接通电源后，不需要外加触发信号，电路状态能够自动地不断变换，产生矩形波的输出。由于矩形波中的谐波分量很多，因此又常称为多谐振荡器。在数字电路中，为了定量地描述多谐振荡器所产生的矩形脉冲波形的特性，经常使用如图10.4.1所示的几个指标，即第26页，共47页，编辑于2022年，星期六脉冲周期：周期性重复的脉冲

13、序列中，两个相邻脉冲的时间间隔。有时也用频率f=1/T表示，f表示单位时间里脉冲重复的次数。脉冲幅度Um:脉冲电压的最大变化幅度。脉冲宽度TW：从脉冲前沿上升到0.5Um起，到脉冲后沿下降到0.5Um止的一段时间。第27页，共47页，编辑于2022年，星期六上升时间tr：脉冲前沿从0.1Um上升到0.9Um所需的时间。下降时间tf:脉冲后沿从0.9Um下降到0.1Um所需的时间。利用上述指标，就可以把一个矩形脉冲的基本特性大体上表示清楚了。第28页，共47页，编辑于2022年，星期六图10.4.1 描述矩形脉冲特性的指标 第29页，共47页，编辑于2022年，星期六10.4.1电路组成图10.

14、4.2(a)给出用CC7555构成的多谐振荡器。由图可见，除将高电平触发端TH和低电平触发端短接外，在放电回路中还串接一个电阻R2。电路中R1、R2、C均是定时元件。图10.4.2(b)为工作波形。第30页，共47页，编辑于2022年，星期六图10.4.2 自由多谐电路 第31页，共47页，编辑于2022年，星期六10.4.2工作原理自由多谐振荡器不具有稳态，只具有两个暂稳态，暂稳态的时间长短由电路的定时元件确定，电路工作就在两个暂稳态之间来回转换，具体工作过程如下：由于接通电源前，电容器两端电压uC=0,电源刚接通时UB=1,UA=0,所以Q=1，经输出缓冲级后uO为高电平，放电管V处于截止

15、。电源电压通过R1R2对C充电，其暂态过程为第32页，共47页，编辑于2022年，星期六充 由于比较器A、B的存在，电容C不可能充至UDD。过程如下：当时，UB、UA均为低电平，RS触发器状态不变；但当时，UA=1,UB=0，则RS触发器状态变为Q=0、,输出uO为低电平，放电管V导通，这段时间我们称为第一暂稳态。放电管V导通时，电容C通过电阻R2和放电管放电，电路进入第二暂稳态期，放电过程为第33页，共47页，编辑于2022年，星期六放电管V导通时，电容C通过电阻R2和放电管放电，电路进入第二暂稳态期，放电过程为放 第34页，共47页，编辑于2022年，星期六由于比较器A、B的存在，电容器不

16、可能放电至0。当电容放电时，UA=UB=0,RS触发器处于维持状态，输出也不变；但当C继续放电时，UB=1、UA=0,则Q=1、，输出uO为高电平，放电管截止，UDD再次对电容充电，如此反复，则输出可得矩形波形。该电路的振荡周期计算如下：T=T1+T2而T1和T2分别为第35页，共47页，编辑于2022年，星期六所以 第36页，共47页，编辑于2022年，星期六输出矩形的频率。显然改变R1、R2和C值即可改变振荡频率。我们也可通过改变5腿电压U5来改变比较器A、B的参考电压，从而达到改变振荡频率的目的。在实际中常常需要调节T1和T2，引进占空比概念第37页，共47页，编辑于2022年，星期六在

17、图10.4.2中调占空比时将同时改变振荡周期，为此将电路略加改进就得占空比可变的多谐振荡器，如图10.4.3所示，它将充放电回路分开了，充电回路为R1、D1、C,放电回路为C、D2、R2和放电管。改变RW不改变R1+R2值。所以该电路振荡周期为T=(充+放)ln2=(R1+R2)C0.7占空比D为第38页，共47页，编辑于2022年，星期六图10.4.3 占空比可调振荡器第39页，共47页，编辑于2022年，星期六可利用自由多谐振荡器组成模拟声响电路，如图7.4.4所示，A、B两个555电路均为多谐振荡器。如调节振荡器A振荡频率fA=1Hz，振荡器B振荡频率fB=1kHz,由于A输出接至B的

18、端，故只有uO1输出为高电平时，B振荡器才振荡，uO1输出为0时，B停止振荡，使扬声器发出1kHz的间歇声响。第40页，共47页，编辑于2022年，星期六图10.4.4 模拟声响发生器第41页，共47页，编辑于2022年，星期六10.5施密特电路10.5.1电路组成将555时基电路2、6端连接，即构成施密特电路，如图10.5.1所示。第42页，共47页，编辑于2022年，星期六图10.5.1 施密特电路 第43页，共47页，编辑于2022年，星期六10.5.2工作原理当时，UA=0,UB=1,输出uO为高电平；uI增加，满足时，UA=UB=0，电路维 持 不 变，即 uO=1;uI继 续 增

19、加，满 足 时，UA=1,UB=0,输出uO由高电平变为低电平；之后uI再增加，只要满足，电路不变，如uI下降只要满足，由于UA=UB=0,电路状态仍维持不变。第44页，共47页，编辑于2022年，星期六只有当时电路才再次翻回uO为高电平，波形如图10.5.1(b)所示。由上可看出uI上升时引起电路状态改变由高电平变为低电平的输入电压为;uI下降引起电路由低电平变为高电平的输入电压为，这二者之差称为回差电压，即 该电路的电压传输特性如图10.5.1(c)所示。回差电压可通过改变5脚电压达到。一般讲，5脚电压越高，回差电压UT越大，抗干扰能力越强，但是降低了触发灵敏度。第45页，共47页，编辑于2022年，星期六10.5.3主要应用施密特电路的主要应用有：1.波形变换波形变换可以将非矩形波变换为矩形波。2.整形整形可以将一个不规则的矩形波转换为规则的矩形波。如图10.5.2(a)所示。3.幅值选择输入是一些随机的脉冲，通过施密特电路可以将幅值大于某值的输入脉冲检测出来。如图105.2(b)所示。第46页，共47页，编辑于2022年，星期六图10.5.2 施密特电路应用二例 第47页，共47页，编辑于2022年，星期六