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1、第16章脉冲波形的产生与整形本讲稿第一页，共四十六页第第16章章 脉冲波形的产生与整形脉冲波形的产生与整形16.1 由门电路构成的多谐振荡器和单稳态触发器由门电路构成的多谐振荡器和单稳态触发器 16.1.1由门电路构成的多谐振荡器由门电路构成的多谐振荡器 16.1.2由门电路构成的单稳态触发器由门电路构成的单稳态触发器16.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器74LS123 16.2.1集成单稳态触发器集成单稳态触发器74LS123的功能的功能 16.2.2集成单稳态触发器集成单稳态触发器74LS123的应用举例的应用举例16.3集成定时器集成定时器555 16.3.1 555定时器的工作原理
2、定时器的工作原理 16.3.2 555定时器的应用定时器的应用 本讲稿第二页，共四十六页 16.1由门电路构成的多谐振荡器和单稳态触发器由门电路构成的多谐振荡器和单稳态触发器 一、由奇数个非门组成的多谐振荡器一、由奇数个非门组成的多谐振荡器 利用门电路的传输延迟时间，将奇数个非门首利用门电路的传输延迟时间，将奇数个非门首尾相接，就可以构成一个简单的多谐振荡器（环行尾相接，就可以构成一个简单的多谐振荡器（环行振荡器）振荡器）:111u1u2u30tu3缺点缺点:因门电路传输延迟时间很短（因门电路传输延迟时间很短（10nS10nS左右），所以振荡频左右），所以振荡频率太高率太高,并且不可调整。并且
3、不可调整。16.1.1由门电路构成的多谐振荡器由门电路构成的多谐振荡器本讲稿第三页，共四十六页二、带二、带RCRC延时电路的多谐振荡器延时电路的多谐振荡器111u1u2u3CARRSG1G2G3时间常数时间常数 RC RC门电路传输延迟时间门电路传输延迟时间u u3 3 周期：周期：T 2.2 RCR RS S：限流电阻，几百：限流电阻，几百 输出输出本讲稿第四页，共四十六页0tu30tu20tu10tuAUT假设：开始时假设：开始时u u3 3=0=0当当u uA AUUT T时，时，u u3 3不反转不反转u1CR1u2=0.3VA111u1u2u3CARRSG1G2G3带带RC延时电路的
4、环行振荡器分析延时电路的环行振荡器分析本讲稿第五页，共四十六页0tu30tu20tu10tuAUT当当u uA A=U=UT T时，时，u u3 3反转，反转，u u1 1、u u2 2也同时反转也同时反转111u1u2u3CARRSG1G2G3本讲稿第六页，共四十六页0tu30tu20tu10tuAUT 由于电容电压不能由于电容电压不能 突变突变,当当u u1 1 发生下跳时发生下跳时,u,uA A有一有一突变。突变。111u1u2u3CARRSG1G2G3本讲稿第七页，共四十六页0tu30tu20tu10tuAUT111u1u2u3CARRSG1G2G3u u2 2uu1 1，电容反向充电
5、，电容反向充电,u,uA A上升。上升。本讲稿第八页，共四十六页0tu30tu20tu10tuAUT当当uA=UT 时，时，u3、u1、u2反转反转111u1u2u3CARRSG1G2G3本讲稿第九页，共四十六页0tu30tu20tu10tuAUTU由于由于u u1 1上跳，电容电压不能上跳，电容电压不能突变，所以突变，所以u uA A上跳，然后上跳，然后u uA A下降下降，进入下一个周期。，进入下一个周期。111u1u2u3CARRSG1G2G3本讲稿第十页，共四十六页T0tu30tu20tu10tuAUTU可以推导，输出信号的周期可以推导，输出信号的周期近似为近似为:T 2.2 RC11
6、1u1u2u3CARRSG1G2G3本讲稿第十一页，共四十六页三、三、RCRC耦合式振荡器耦合式振荡器0tuo0tuA11R1R2C2C1uoA当当R R1 1=R=R2 2=R ,C=R ,C1 1=C=C2 2=C=C时时 输出信号的周期近似为输出信号的周期近似为:T 1.4 RC本讲稿第十二页，共四十六页四、石英晶体振荡器四、石英晶体振荡器输出方波输出方波u uO O的频率的频率=石英晶体的固有谐振频率石英晶体的固有谐振频率石英晶体等效电路石英晶体等效电路石英晶体石英晶体11R1R2CuoAR1=R2=1k C=0.1 F优点：振荡频率稳定，精度高，常用作基准信号源优点：振荡频率稳定，精
7、度高，常用作基准信号源本讲稿第十三页，共四十六页单稳态触发器单稳态触发器:输出端只有一个稳定状态输出端只有一个稳定状态,另一个状另一个状态则是暂稳态。加入触发信号后，它可以由稳定状态则是暂稳态。加入触发信号后，它可以由稳定状态转入暂稳态，经过一定时间以后，它又会自动返态转入暂稳态，经过一定时间以后，它又会自动返回原来的稳定状态。回原来的稳定状态。稳定状态稳定状态稳定状态稳定状态暂稳态暂稳态16.1.2 由门电路构成的由门电路构成的单稳态触发器单稳态触发器由外部触发后，由稳由外部触发后，由稳定状态变为暂稳态定状态变为暂稳态经延时电路延时后，经延时电路延时后，又自动返回稳定状态又自动返回稳定状态本
8、讲稿第十四页，共四十六页一、由门电路构成的积分型单稳态触发器一、由门电路构成的积分型单稳态触发器0tuiu1uAu20t0t0tt1当当u ui i=0=0时时u1u2RC1&uiAu ui i：外部触发脉冲：外部触发脉冲当当u ui i上跳时，上跳时，u u1 1下跳下跳因因u uA A不能突变，所以不能突变，所以u u2 2下跳下跳本讲稿第十五页，共四十六页0tuiu1uAu20t0t0tt1u u1 1下跳后，下跳后，C C放电，放电，u uA A下降下降UTTWTW=1.1RCu1u2RC1&uiA当当u uA A=U=UT T时，时，u u2 2上跳，输出一上跳，输出一个宽度为个宽度
9、为T TW W的负脉冲的负脉冲当当u ui i下跳时，下跳时，u u1 1上跳，上跳，C C再充再充电，电，u uA A上升为高电平。上升为高电平。本讲稿第十六页，共四十六页uA0tUTu20t0tuiu10tt1t3缺点：缺点：若若C C的放电太慢，在的放电太慢，在 t t1 1-t-t3 3期期间间,u,uA AUUT T,失去对失去对 u u2 2 低电平宽低电平宽度的控制作用度的控制作用u1u2RC1&uiAu u2 2将随着将随着u ui i变为变为0 0而变为而变为1 1本讲稿第十七页，共四十六页u1u2RC1&uiA&ui,1u3(a)(b)改进型电路改进型电路u1u2RC1&u
10、iA本讲稿第十八页，共四十六页u1uAu20t0t0tui0tUT0tuit1t1改进的积分型单稳触发器工作改进的积分型单稳触发器工作原理原理特点特点:输出脉冲宽度不受输输出脉冲宽度不受输入脉冲宽度的影响入脉冲宽度的影响u1u2RC1&uiA&ui,1u3 本讲稿第十九页，共四十六页二、由门电路构成的微分型单稳态触发器二、由门电路构成的微分型单稳态触发器(略略)本讲稿第二十页，共四十六页16.2 16.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器74LS12374LS123 74LS123 74LS123 内部包括两个独立的单稳。单稳输出脉冲的宽度，内部包括两个独立的单稳。单稳输出脉冲的宽度，主要由外
11、接的定时电阻主要由外接的定时电阻(R(RT T)和定时电容和定时电容(C(CT T)决定。单决定。单稳的翻转时刻决定于稳的翻转时刻决定于 A A、B B、CLR CLR 三个输入信号。三个输入信号。ABQQCLRRT/CTCTABQQCLRRT/CTCT1216.2.1 16.2.1 集成单稳态触发器集成单稳态触发器74LS123的功能的功能本讲稿第二十一页，共四十六页触发触发74LS123功能表功能表ABQQCLRRT/CTCT+5V清清0 0CLRABQQ说明说明000000011111111稳态稳态稳态稳态触发触发触发时：触发时：Q Q端得到正脉冲端得到正脉冲 Q Q端得到负脉冲端得到负
12、脉冲本讲稿第二十二页，共四十六页ABQQCLRRT/CTCT+5VABQQCLRRT/CTCT+5V“1”TW =0.45 RT CT 单位单位 RT：k,CT:pF,tW:nSCT 1000PFRTCTCTRTTWAQQTWBQQ本讲稿第二十三页，共四十六页16.2.216.2.2集成单稳态触发器集成单稳态触发器74LS123应用举例应用举例例例1.1.用用单稳进行单稳进行彩灯的延时控制彩灯的延时控制BTWQQABQQCLRRT/CTCT+5VCTRT延时时间延时时间本讲稿第二十四页，共四十六页QAQCQBQDCPCLRRS0S1QAQCQBQDCPCLRRS0S1ABCDEFGH7 4 L
13、 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+5V+5V9108发光二极管发光二极管串行移位寄存器串行移位寄存器单稳态触发器单稳态触发器彩灯控制彩灯控制过程过程:全亮全亮由左到右逐个灭由左到右逐个灭全灭全灭延时延时全亮全亮,周而复始周而复始本讲稿第二十五页，共四十六页例例2.2.用单稳进行波形的整形、用晶体振荡器产生计数器的计用单稳进行波形的整形、用晶体振荡器产生计数器的计数脉冲数脉冲(数字测速系统数字测速系统)放大器放大器电机电机圆盘圆盘红外发射红外发射红外接收红外接收单稳整形单稳整形计数器计数器定时器定时
14、器(晶体振荡器晶体振荡器)显示译吗器显示译吗器数码显示器数码显示器uiuo转转/分分分频器分频器uiuo本讲稿第二十六页，共四十六页16.3 集成定时器集成定时器55516.3.1 555定时器的工作原理定时器的工作原理一、内部电路组成一、内部电路组成内部电路组成内部电路组成:(1)分压器分压器(3个个R)(2)电压比较器电压比较器 (A1、A2）(3)RS触发器触发器(4)反相器反相器(5)晶体管晶体管T+A1+A2RSQQTRCVTHRDTVCCUO6GND5432178DRRR本讲稿第二十七页，共四十六页1端端GND 地地2端端TR 低电平触发输入低电平触发输入 3端端UO 输出输出4端
15、端RD 直接清直接清05端端CV 电压控制，不用电压控制，不用 时经时经0.01 F电容电容 接地接地6端端TH 高电平触发输入高电平触发输入7端端D 三极管集电极三极管集电极8端端VCC 电源电源(4.5V18V)16.3.1 555定时器的工作原理定时器的工作原理(续续)二、引脚功能二、引脚功能+A1+A2RSQQTRCVTHRDTVCCUO6GND5432178DRRR本讲稿第二十八页，共四十六页16.3.1 555定时器的工作原理定时器的工作原理(续续)三、工作原理三、工作原理 各部分的功能各部分的功能+A1+A2RSQQTRCOTHRDTVCCUO6GND5432178DRRR(1)
16、分压器为比较器提供分压器为比较器提供基准电压，基准电压，A1的基准电压的基准电压为为 ，A2的基准电的基准电压为压为 。（2）阈值端（）阈值端（TH）和）和触发端（触发端（TR）的外加输）的外加输入信号和两基准电压比入信号和两基准电压比较。当较。当TH 时，时，A1输出高电平；当输出高电平；当TR 时，时，A2输出高电平。反输出高电平。反之，两比较器输出低电之，两比较器输出低电平。平。（3）A1、A2的输出作为的输出作为RS触发触发器的输入。器的输入。R=1时，时，Q=0；S=1时，时，Q=1（4）RS触发器的反相输出端经反触发器的反相输出端经反相驱动后输出相驱动后输出UO,即即UO=Q(5)
17、当当Q=0时时,T导通；导通；Q=1时，时，T截止。截止。本讲稿第二十九页，共四十六页16.3.1 555定时器的工作原理定时器的工作原理(续续)三、工作原理三、工作原理 功能表功能表555定时器的功能表定时器的功能表RDTHTRUOT10001100导通导通导通导通截止截止保持保持2V2VCCCC/3/3时，时，u uo o=0,T=0,T导通导通,电容电容C C很快放电很快放电,电路恢复到初始状态。电路恢复到初始状态。本讲稿第四十页，共四十六页555单稳电路波形图上电清上电清0 0：由于：由于C CS S的作用，的作用，上电后上电后u uo o=0=0，T T导通，导通，u uc c=0=
18、0本讲稿第四十一页，共四十六页555单稳电路波形图当当u ui i为高电平时，为高电平时，u uo o保持，仍为保持，仍为u uo o=0=0本讲稿第四十二页，共四十六页555单稳电路波形图当当u ui i由高电平变为低电平时，由高电平变为低电平时，u uo o=1=1T T截止，截止，C C开始充电开始充电本讲稿第四十三页，共四十六页555单稳电路波形图u ui i脉冲足够窄脉冲足够窄,u ui i变为高电平后变为高电平后,u uo o保持为保持为1,C1,C继续充电继续充电本讲稿第四十四页，共四十六页555单稳电路波形图当当C C充电充电2V2VCCCC/3/3时，时，u uo o=0,T=0,T导通导通,电容电容C C很快放电很快放电,电路恢复到初始状态。电路恢复到初始状态。本讲稿第四十五页，共四十六页555单稳电路波形图tw输出脉冲宽度：输出脉冲宽度：本讲稿第四十六页，共四十六页