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1、第六章 脉冲波形的产生和整形(2)1本讲稿第一页，共五十五页第六章第六章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形6.1 概述概述 6.3 连续矩形脉冲波的产生连续矩形脉冲波的产生6.2 单脉冲的产生单脉冲的产生6.4 单稳态触发器单稳态触发器6.5 555定时器的原理和应用定时器的原理和应用2本讲稿第二页，共五十五页6.1 概述概述 数字电路区别于模拟电路的主要特点之数字电路区别于模拟电路的主要特点之 一是：一是：它的工作信号是离散的脉冲信号。最常用的脉冲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信号是方波(矩形波矩形波)。如何产生方波以及对不理。如何产生方波以及对不理想的方波如何
2、整形，是本章讨论的重点。想的方波如何整形，是本章讨论的重点。3本讲稿第三页，共五十五页6.2 单脉冲的产生单脉冲的产生+VCCFS 按钮按放一次，便产生一个单脉冲。按钮按放一次，便产生一个单脉冲。但是，由于按钮但是，由于按钮 S 机械动作经常伴有抖动现象，使得输出的方波很不理机械动作经常伴有抖动现象，使得输出的方波很不理想，毛刺很大。这样的方波用到数字系统中很容易引起误动作。因此，这个想，毛刺很大。这样的方波用到数字系统中很容易引起误动作。因此，这个电路没有实用价值。电路没有实用价值。4本讲稿第四页，共五十五页&S5VQQ正常时，不按按钮，正常时，不按按钮，Q Q0 0；按下按钮时，锁定器翻转
3、，按下按钮时，锁定器翻转，Q Q1 1；开按钮后，回到开按钮后，回到Q Q0 0。可见：可见：按钮动作一次，按钮动作一次，Q Q端就输出一个正脉冲。由于锁定器端就输出一个正脉冲。由于锁定器的存在，即使按钮抖动，输出端也不会产生毛刺。的存在，即使按钮抖动，输出端也不会产生毛刺。QQ削抖电路削抖电路5本讲稿第五页，共五十五页 6.3 连续矩形脉冲波的产生连续矩形脉冲波的产生 矩形波发生器又称矩形波发生器又称多谐振荡器多谐振荡器。它可以由分立元件构成，也可以由集成电路。它可以由分立元件构成，也可以由集成电路构成，本节只讨论后一种电路。构成，本节只讨论后一种电路。6.3.1 环形振荡器环形振荡器 利用
4、逻辑门电路的传输延迟时间，将奇数个与非门首尾相接，就可以利用逻辑门电路的传输延迟时间，将奇数个与非门首尾相接，就可以构成一个简单的环形振荡器构成一个简单的环形振荡器:&uo3uo2uo16本讲稿第六页，共五十五页&321uo3uo2uo1 设设 uo3 的初始状态为的初始状态为0:010101 用波形图来表示用波形图来表示,则为则为:0tuo3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,并且不可调整。并且不可调整。7本讲稿第七页，共五十五页123RRS100CAuo1uouo2321uo3uo2uo1 在原电路的基础上添加在原电路的基础上添加RC延时
5、电路延时电路,便可以克服上图的不足便可以克服上图的不足:下面将结合它的工作波形说明其工作原理下面将结合它的工作波形说明其工作原理:8本讲稿第八页，共五十五页0tuo0tuo20tuo10tuAUT假设：开始时假设：开始时uo=0电容上的电流，uA下降uAUT时，时，uo不反转。不反转。123RRS100CAuo1uouo20109本讲稿第九页，共五十五页0tuo0tuo20tuo10tuAUT当当uA=UT时，时，uo反转，反转，uo1、uo2也也一起反转。一起反转。123RRS100CAuo1uouo210本讲稿第十页，共五十五页0tuo0tuo20tuo10tuAUT 由于电容电压不能由于
6、电容电压不能 突变突变,当当uo1 发生发生下跳时下跳时,uA有一突变。有一突变。U123RRS100CAuo1uouo211本讲稿第十一页，共五十五页0tuo0tuo20tuo10tuAUTUt1 后，uo2uo1，电容反向充电,uA上升。只要只要uAUT,则则uo2 低电平宽度不再受低电平宽度不再受RC的控的控制。必须改进电路制。必须改进电路!0111uo1uo2RC12uiA23本讲稿第二十三页，共五十五页(a)uo1uo2RC12uiA&ui,34uo4(b)具体原理请参见有关教材。具体原理请参见有关教材。uo1uo2RC12uiA24本讲稿第二十四页，共五十五页6.4.2 集成单稳组
7、件介绍集成单稳组件介绍 它的它的管脚图管脚图和和功能表见下页功能表见下页:集成化单稳组件的类型很多集成化单稳组件的类型很多,以下以以下以74LS123 为例为例,作为介绍对象。作为介绍对象。74LS123 包括两个独立的单稳包括两个独立的单稳,各管脚以字头各管脚以字头 1、2相区别。单稳输相区别。单稳输出脉冲的宽度，主要由外接的定时电阻出脉冲的宽度，主要由外接的定时电阻(RT)和定时电容和定时电容(CT)决定。决定。单稳的翻转时刻决定于单稳的翻转时刻决定于 A、B、CLR 三个输入三个输入 相与的结果，具体参见相与的结果，具体参见它的功能表。它的功能表。25本讲稿第二十五页，共五十五页9161
8、5141312111024365781CLRCLRQQQQ2B2A1B1A2Q1Q1Q2Q1CLR2CLR1CT2CTVCCGND2RT/CT1RT/CT74LS123管脚图管脚图26本讲稿第二十六页，共五十五页CLRABQQ说说 明明000000011111111稳态稳态触发触发74LS123功能表功能表27本讲稿第二十七页，共五十五页74LS123输出脉冲的宽度有三种控制方法输出脉冲的宽度有三种控制方法:1.基本脉冲宽度由外接电阻基本脉冲宽度由外接电阻(RT)、电容、电容(CT)决定，当决定，当CT 1000PF 时，脉宽时，脉宽 tW 应为：应为：tW =0.45 RT CT 2.在清零
9、端在清零端(CLR)加清加清 0 负脉冲负脉冲,可提前可提前 终止输出脉冲终止输出脉冲,如下图所示如下图所示:tWCLRQ单位单位：RT:k、CT:Pf、tW:nS28本讲稿第二十八页，共五十五页 3.通过在通过在 A 端或端或 B 端加再触发脉冲端加再触发脉冲,可使输出脉冲的宽度加宽可使输出脉冲的宽度加宽:tWtWBQ 由于这种单稳可以通过加再触发脉冲增大输出脉冲的由于这种单稳可以通过加再触发脉冲增大输出脉冲的宽度宽度,所以所以,它被称为它被称为可再触发式可再触发式单稳。单稳。29本讲稿第二十九页，共五十五页6.4.3 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用 单稳的应用多种多样单稳的应用多种多
10、样,如如:整形、延时控制、定时顺序控制等等。整形、延时控制、定时顺序控制等等。例如例如“延时控制延时控制”利用单稳可以取得延时作用利用单稳可以取得延时作用,延长的时间可以通过延长的时间可以通过 R、C调节。请看下例调节。请看下例:30本讲稿第三十页，共五十五页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S1S031本讲稿第三十一页，共五十五页CPABCDEFGHQ 1Q 2t0t1t2t3用波形图表示如下用波形图表示如下
11、:32本讲稿第三十二页，共五十五页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移位寄存器移位寄存器串行输入为串行输入为1循环重新开始33本讲稿第三十三页，共五十五页6.5 555定时器的原理和应用定时器的原理和应用 555定时器是将模拟电路和数字电路集成于定时器是将模拟电路和数字电路集成于 一体的电子器件。一体的电子器件。它使用方便它使用方便,带负载能力较强带负载能力较强,目前得到了非常广泛的应用。目前得到了非常广泛的应用。6.5.1 555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
12、几部分定时器的内部电路包括以下几部分:一个由三个相等电一个由三个相等电阻组成的分压器阻组成的分压器;两个电压比较器两个电压比较器:A1、A2;一个一个 RS 触发器触发器;一个一个反相器和一个晶体管反相器和一个晶体管T等。具体的等。具体的 结构见后图。结构见后图。34本讲稿第三十四页，共五十五页RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR35本讲稿第三十五页，共五十五页RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDuoRD87645321RRR12345678555VCCDTHCOGNDTRUoRD电电源源放放电电阈阈值值电控压电控压制制地地触触发发输输出出复复位位电源电
13、压范围电源电压范围:4.5V 18V管脚图管脚图36本讲稿第三十六页，共五十五页CORSQQ+-A1A2VCCTHTRDTuoRD87645321RRR 三个电阻构成的分压三个电阻构成的分压器给两个比较器提供器给两个比较器提供基准基准电压电压:A1 的为的为 2VCC/3,A2 的为的为 VCC/3。首先讨论上图中首先讨论上图中彩色部分彩色部分的电路的工作原理。的电路的工作原理。37本讲稿第三十七页，共五十五页101000阈值端阈值端触发端触发端THTRRS比较的结果比较的结果2VCC/3小于小于2VCC/3小于小于VCC/3大于大于VCC/3小于小于VCC/3大于大于大于大于2VCC/3SR
14、+-A1A2VCCTHCOTR876521RRR阈值端阈值端触发端触发端38本讲稿第三十八页，共五十五页RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR晶体管晶体管TRSQuo100100保持保持0110保持保持保持保持导通导通截止截止RSQ1001000101保持保持保持保持Q11禁止禁止禁止禁止RS 触发器功能表触发器功能表附录附录:39本讲稿第三十九页，共五十五页 综合以上的分析结果综合以上的分析结果,便便可得到可得到555的功能表的功能表:阈值端阈值端触发端触发端THTR2VCC/3VCC/3大于大于大于大于2VCC/32VCC/3VCC/3VCC/3小于小于小
15、于小于小于小于大于大于保持保持保持保持RD晶体管晶体管Tuo0111001导通导通导通导通截止截止RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDuoRD87645321RRR40本讲稿第四十页，共五十五页 6.5.2 555定时器的应用定时器的应用(1)双稳态触发器双稳态触发器:微电机起动停车控制电路。微电机起动停车控制电路。4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微电机微电机555S1:起动按钮起动按钮S2:停车按钮停车按钮 555定时器应用范围非常广泛，可以做单稳、双稳、多谐震荡器、施密特触发器等。定时器应用范围非常广泛，可以做单稳、双稳、多谐震荡器、施密特触发器等。下面举例说明：下面举
16、例说明：41本讲稿第四十一页，共五十五页4816235S2S1RRCVCCTHTRM微电机微电机555uo阈值端阈值端触发端触发端THTR大于大于大于大于小于小于小于小于小于小于大于大于保持保持保持保持RD晶体管晶体管Tuo0111001导通导通导通导通截止截止VCC/32VCC/3VCC/32VCC/32VCC/3VCC/3 仅仅按下按下起动按钮起动按钮 S1,则则 TR VCC/3;未按未按 S2,当然当然 TH VCC/3,TH 2VCC/3,未未按按 S1,当然当然TR VCC /3,这时这时 uo=0,电电机停止运行机停止运行。如果松开如果松开 S2,电机仍不转动电机仍不转动。42本
17、讲稿第四十二页，共五十五页(2)单稳态触发器单稳态触发器:洗相曝光洗相曝光定时器定时器48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS若若S打开打开,则则 ui =1;若若S合上合上,则则 ui =0。0t0t0tuiuCTuo2VCC/3TW43本讲稿第四十三页，共五十五页若若S打开打开,则则 ui =1;若若S合上合上,则则 ui =0。接通电源后，设按钮接通电源后，设按钮 S 处于打开处于打开状态状态,电容已充电至稳态。则：电容已充电至稳态。则：依前分析可知：此时依前分析可知：此时uo=0,555内的内的晶体管晶体管T导通导通,电容电容 CT 被短路被短路,TH VCC/3 。Uo保
18、持保持0状态。状态。48162357uouiVCCRRTCTDTHTRSTR VCC/3 TR VCC/3 。44本讲稿第四十四页，共五十五页若若S打开打开,则则 ui =1;若若S合上合上,则则 ui =0。0tuiuo=0,555内的管内的管T导通导通,电容电容 CT 被被短路。短路。0tuCT2VCC/30tuo48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS45本讲稿第四十五页，共五十五页0tuiS按下时按下时,TR VCC/3,已有已有 TH 2VCC/3,且按钮已且按钮已 松开，松开，TR VCC/3,则则uo=0;555内的晶体管内的晶体管T也由截止变成导通也由截止变成导通,
19、电容电容CT 迅速放电而变迅速放电而变成成 0V。0tui0tuCT2VCC/30tuo48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS47本讲稿第四十七页，共五十五页0tui0tuCT2VCC/30tuo 由以上过程可以看出由以上过程可以看出:按钮每按动一次按钮每按动一次,uo 便输出一个正脉冲便输出一个正脉冲,其宽度其宽度 TW 由由 RT CT 决定决定。TW48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS48本讲稿第四十八页，共五十五页48162357uouiVCCRRTCTDTHTRSJJ红红白白D1D2按一次按一次按钮按钮 S未按未按uo0J的线圈的线圈不通电不通电J 的结
20、点的结点不动作不动作红灯红灯白灯白灯亮亮灭灭1通电通电闭合闭合亮亮灭灭红灯亮的时间即为曝光时间红灯亮的时间即为曝光时间 TWTW =1.1 RT CT49本讲稿第四十九页，共五十五页(3)多谐振荡器多谐振荡器:简易电子琴电路简易电子琴电路48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCCuC0tVCC/32VCC/3首先说明如何用首先说明如何用555 定时器构成多谐振荡器定时器构成多谐振荡器:0tuo输出波形输出波形50本讲稿第五十页，共五十五页 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 截截止止
21、 ,电源通过电源通过 R1 和和 R2 对电容对电容 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 不变。不变。48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC51本讲稿第五十一页，共五十五页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,一直至一直至VCC/3，使得使得uo 回到回到 1,进入循环进入循环.t1t2t3 在在
22、 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本讲稿第五十二页，共五十五页0tuouC0tVCC/32VCC/3T1T2输出方波的输出方波的周期周期 T的计算的计算:T=T1 +T2 =0.7(R1+2R2)C 48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC53本讲稿第五十三页，共五十五页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本讲稿第五十四页，共五十五页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 的阻值来改变输出方波的周期的阻值来改变输出方波的周期,使外接的喇叭使外接的喇叭发出不同的音调发出不同的音调。55本讲稿第五十五页，共五十五页