数字电路与数字逻辑 第7章_脉冲波形的产生和变换.ppt

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1、第七章 脉冲波形的产生与变换授课教师：孙 虹（一）555定时器的电路结构一.集成555定时器电压比较器的功能：电压比较器的功能：v+v-，vO=1 v+v-，vO=0由以下几部分组成：由以下几部分组成：（1）三三个个5k电电阻阻组组成的分压器。成的分压器。（2）两个电压比较器）两个电压比较器 C1和和C2。（3）基本基本RS触发器，触发器，（4）放电三极管）放电三极管T及缓冲器及缓冲器G。电路符号电路符号（二）工作原理（1）4脚为复位输入端脚为复位输入端（RD），当），当RD为低为低电平时，不管其他输电平时，不管其他输入端的状态如何，输入端的状态如何，输出出vo为低电平。正常为低电平。正常工作

2、时，应将其接高工作时，应将其接高电平。电平。（2 2）5脚为电压控制端，脚为电压控制端，当其悬空时，比较器当其悬空时，比较器C1和和C2的比较电压分的比较电压分别为别为2/3VCC 和和1/3VCC。1/3VCC2/3VCC（3）2脚为触发输入端，脚为触发输入端，6脚为阈值输入端，两端的电位高低脚为阈值输入端，两端的电位高低控制比较器控制比较器C1和和C2的输出，从而控制的输出，从而控制RS触发器，决定输出触发器，决定输出状态。状态。1/3VCC2/3VCC阈值阈值输入输入阈值阈值输入输入复复位位输输出出vI1vI2RDvo2/3VCC2/3VCC2/3VCC1/3VCC1/3VCC1/3VC

3、C0111010不变不变功能表功能表二.施密特触发器施施密密特特触触发发器器具具有有回回差差电电压压特特性性，能能将将边边沿沿变变化化缓慢的电压波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲。缓慢的电压波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲。（一）用555定时器构成的施密特触发器1.电路组成及工作原理电路组成及工作原理1/3VCC2/3VCC电路符号电路符号2.电压滞回特性和主要参数电压滞回特性和主要参数 （2）主要静态参数）主要静态参数 （a）上限阈值电压上限阈值电压VT+vI上上升升过过程程中中，输输出出电电压压vO由由高高电电平平VOH跳跳变变到到低低电电平平VOL时时，所所 对对 应应 的的 输输 入入 电电 压

4、压 值值。VT+=2/3VCC。（b）下限阈值电压下限阈值电压VT vI下下降降过过程程中中，vO由由低低电电平平VOL跳跳变变到到高高电电平平VOH时时，所所对对应应的的输入电压值。输入电压值。VT=1/3VCC。（3）回差电压回差电压VT VT=VT+VT=1/3VCC（1）电压滞回特性）电压滞回特性1/3VCCVoVi0传输特性传输特性VOHVOL2/3VCC1/3VCC2/3VCCVT+VT VTVT+VT VT电路符号电路符号O2vtO1vtVCC2vO1（二）集成施密特触发器 2.TTL集成施密特触发器集成施密特触发器74LS14 1.CMOS集成施密特触发器集成施密特触发器CC4

5、0106（三）施密特触发器的应用举例1.用用作作接接口口电电路路将将缓缓慢慢变变化化的的输输入入信信号号，转转换换成成为为符符合合TTL系统要求的脉冲波形。系统要求的脉冲波形。2.用作整形电路用作整形电路把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲。把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲。输入输入输出输出VT+VT-3.用用于于脉脉冲冲鉴鉴幅幅从从一一系系列列幅幅度度不不同同的的脉脉冲冲信信号号中中，选出那些幅度大于选出那些幅度大于VT+的输入脉冲。的输入脉冲。0vctvo0t三.多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器能产生矩形脉冲波的自激振荡器。能产生矩形脉冲波的自激振荡器。（一）用555定时器构成的多谐振荡器1

6、.电路组成及工作原理电路组成及工作原理2/3VCC1/3VCC555组成多谐振荡器组成多谐振荡器2.振荡频率的估算振荡频率的估算（1）电容充电时间）电容充电时间T1：（：（用三要素法计算）用三要素法计算）（2）电容放电时间电容放电时间T2（3）电电路路振振荡荡周周期期T T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C（5）输出波形占空比输出波形占空比q（4）电路振荡频率电路振荡频率fTT1T20vctvo0t2/3VCC1/3VCC（二）占空比可调的多谐振荡器电路 利利用用二二极极管管的的单单向向导导电电性性，把把电电容容C充充电电和和放放电电回回路路隔隔离离开开，再加上一个电位器，便可构成占空比可

7、调的多谐振荡器。再加上一个电位器，便可构成占空比可调的多谐振荡器。可计算得：可计算得：T1=0.7R1C T2=0.7R2C 占空比：占空比：（三）石英晶体多谐振荡器有两个谐振频率。当有两个谐振频率。当f=fs时，为串联谐振，石英晶体的电抗时，为串联谐振，石英晶体的电抗X=0；当当f=fp时，为并联谐振，石英晶体的电抗无穷大。时，为并联谐振，石英晶体的电抗无穷大。由晶体本身的特性决定：由晶体本身的特性决定：fs fp f0（晶体的标称频率）晶体的标称频率）石英晶体的选频特性极好，石英晶体的选频特性极好，f0十分稳定，其稳定度可达十分稳定，其稳定度可达10-1010-11。1.石英晶体的选频特性

8、石英晶体的选频特性X感性感性0容性容性2.石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器（1）串联式振荡器）串联式振荡器 R1、R2：使两个反相器都工作在转折区，成为具有高放大倍数的放大器。使两个反相器都工作在转折区，成为具有高放大倍数的放大器。对对于于TTL门门，常常取取R1=R2=0.72k，对对于于CMOS门门，常常取取R1=R2=10100M；C1=C2是耦合电容。是耦合电容。石石英英晶晶体体工工作作在在串串联联谐谐振振频频率率f0下下，只只有有频频率率为为f0的的信信号号才才能能通通过过，满满足足振振荡荡条条件件。因因此此，电电路路的的振振荡荡频频率率=f0，与与外外接接元元件件R、C无无关关

9、，所所以以这这种电路振荡频率的稳定度很高。种电路振荡频率的稳定度很高。（2）并联式振荡器）并联式振荡器 RF是偏置电阻，是偏置电阻，保证在静态时使保证在静态时使G1工作转折区，构成一个反相放大器。工作转折区，构成一个反相放大器。晶晶体体工工作作在在略略大大于于fS与与 fP之之间间，等等效效一一电电感感，与与C1、C2共共同同构构成成电电容容三三点点式式振荡电路。振荡电路。电路的振荡频率电路的振荡频率=f0。反相器反相器G2起整形缓冲作用，同时起整形缓冲作用，同时G2还可以隔离负载对振荡电路工作的影响。还可以隔离负载对振荡电路工作的影响。四.单稳态触发器 单稳态触发器单稳态触发器有一个稳态和一

10、个暂稳态；在触发脉有一个稳态和一个暂稳态；在触发脉冲作用下，由稳态翻转到暂稳态；暂稳状态维持一段时间冲作用下，由稳态翻转到暂稳态；暂稳状态维持一段时间后，自动返回到稳态。后，自动返回到稳态。（1）无无触触发发信信号号输输入入时时电电路路工工作作在稳定状态在稳定状态 当当vI=1时时，电电路路工工作作在在稳稳定定状状态态，即即vO=0，vC=0。（一）用555定时器组成单稳态触发器1.电路组成及工作原理电路组成及工作原理（2）vI下降沿触发下降沿触发 当当vI下降沿到达时，下降沿到达时，vO由由0跳变为跳变为1，电路由稳态转入暂稳态。，电路由稳态转入暂稳态。（3）暂稳态的维持时间）暂稳态的维持时

11、间在暂稳态期间，三极管在暂稳态期间，三极管T截止，截止，VCC经经R向向C充电。充电。时间常数时间常数1=RC，vC由由0V开始增大，在开始增大，在vC上升到上升到2/3VCC之前，电路保持暂稳态不变。之前，电路保持暂稳态不变。（4）自动返回时间）自动返回时间当当vC上升至上升至2/3VCC时，时，vO变变0，电路由暂稳态重新，电路由暂稳态重新转入稳态。转入稳态。（5）恢恢复复过过程程当当暂暂稳稳态态结结束束后后，C通通过过饱饱和和导导通通的的T放放电电，时时间间常常数数 2=RCESC，由于由于RCES很小，所以放电很快。很小，所以放电很快。C放电完毕，恢复过程结束。放电完毕，恢复过程结束。

12、2.主要参数估算主要参数估算(1)输出脉冲宽度输出脉冲宽度Tw（用三要素法计算）用三要素法计算）（2）恢复时间恢复时间tre tre=（35）2（3）最高工作频率最高工作频率fmax vI周期的最小值：周期的最小值：Tmin=tWtre 最高工作频率最高工作频率:TTW（二）集成单稳态触发器74121A1、A2是下沿有效的触发信号输入端，是下沿有效的触发信号输入端，B是上沿有效的触发信号输入端。是上沿有效的触发信号输入端。保持稳态保持稳态0 10 10 10 10 1 0 1 01 1 下沿触发下沿触发1 1 1 1 1上沿触发上沿触发工作特征工作特征vO vO输输 出出0 0 A1 A1 B

13、输输 入入74121功能表功能表集成单稳态触发器集成单稳态触发器7412174121的外部元件连接方法的外部元件连接方法:（b b）使用内部电阻使用内部电阻Rint且电路为上升沿触发的连接方式。且电路为上升沿触发的连接方式。（a a）使用外部电阻使用外部电阻Rext且电路为下降沿触发的连接方式。且电路为下降沿触发的连接方式。74121的主要参数的主要参数 (1)输出脉冲宽度输出脉冲宽度tW 使用外接电阻：使用外接电阻：tW 0.7RextC 使用内部电阻：使用内部电阻：tW 0.7RintC 74121内部内部电阻电阻=2k，外接电阻外接电阻Rext可在可在1.440k之间选择，之间选择，外接

14、电容外接电容C可在可在10pF10F之间选择，之间选择，（2）输入触发脉冲最小周期输入触发脉冲最小周期Tmin Tmin=tWtre（3）周期性输入触发脉冲占空比周期性输入触发脉冲占空比q 定义：定义：q=tW/T 最大占空比：最大占空比：qmax=tW/Tmin所以，当所以，当R=2k时，时，最大占空比最大占空比qmax为为67%；当当R=40k时，时，最大占空比最大占空比qmax可达可达90%。（三）单稳态触发器的应用1.延时与定时延时与定时（1）延时）延时图中，图中，v/O的下降沿比的下降沿比vI的下的下降沿滞后了时间降沿滞后了时间tW。（2）定时定时当当v/O=1时，与门打开，时，与门

15、打开，vO=vF。当。当v/O=0时，时，与门关闭，与门关闭，vO为低电平。为低电平。与门打开的时间是单稳与门打开的时间是单稳输出脉冲输出脉冲v/O的宽度的宽度tW。2.整形整形 单单稳稳态态触触发发器器能能够够把把不不规规则则的的输输入入信信号号vI，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vO。vO的的幅幅度度取取决决于于单单稳稳态态电电路输出的高、低电平，宽度路输出的高、低电平，宽度tW决定于暂稳态时间。决定于暂稳态时间。3.触摸定时控制开关触摸定时控制开关 555定定时时器器构构成成单单稳稳态态触触发发器器。只只要要用用手手触触摸摸一一下下金金属属片

16、片P，由由于于人人体体感感应电压相当于在触发应电压相当于在触发输入端（管脚输入端（管脚2）加入一个负）加入一个负脉冲，脉冲，555输出端输出高电平，输出端输出高电平，灯泡（灯泡（RL）发光，当暂稳态发光，当暂稳态时间（时间（tW）结束时，结束时，555输出输出端恢复低电平，灯泡熄灭。端恢复低电平，灯泡熄灭。该触摸开关可用于夜间定时该触摸开关可用于夜间定时照明，定时时间可由照明，定时时间可由RC参数参数调节。调节。本章小结1 1多多谐谐振振荡荡器器是是一一种种自自激激振振荡荡电电路路，不不需需要要外外加加输输入入信信号号，就就可可以以自自动动地地产产生生出出矩矩形形脉脉冲冲。用用555555定定

17、时时器器可可以以组组成成多多谐谐振振荡荡器器，用用石石英英晶晶体体也也定定时时器器可可以以组组成成多多谐谐振振荡荡器器。石石英英晶晶体体振振荡荡器器的的特特点点是是f fo o的的稳稳定定性性极极好。好。2 2施施密密特特触触发发器器和和单单稳稳态态触触发发器器，虽虽然然不不能能自自动动地地产产生生矩矩形形脉脉冲冲，但但却却可可以以把把其其它它形形状状的的信信号号变变换换成成为为矩矩形形波波，为为数数字字系系统统提提供供标标准准的的脉脉冲冲信号。信号。3 3555555定定时时器器是是一一种种用用途途很很广广的的集集成成电电路路，除除了了能能组组成成施施密密特特触触发发器器、单单稳稳态态触触发发器器和和多多谐谐振振荡荡器器以以外外，还还可可以以接接成成各各种种灵灵活活多多变变的的应应用用电电路。路。4 4除了除了555555定时器外，目前还有定时器外，目前还有556556（双定时器）和（双定时器）和558558（四定时器）等。（四定时器）等。