脉冲波形的产生与整形.ppt

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1、中北大学电子信息工程系数字电子技术第八章 脉冲波形的产生与整形第八章第八章 脉冲波形的产生与整形脉冲波形的产生与整形 （the production and form-modulation of pulse waveform）概述概述8.2 集成集成555定时器定时器中北大学电子信息工程系数字电子技术第八章 脉冲波形的产生与整形 在数字系统中，矩形脉冲作为时钟信号控在数字系统中，矩形脉冲作为时钟信号控制和协调着整个数字系统的工作，所以时钟脉制和协调着整个数字系统的工作，所以时钟脉冲的好坏直接关系整个系统能否正常工作，实冲的好坏直接关系整个系统能否正常工作，实际矩形波信号如图所示。其特征主要由以

2、下几际矩形波信号如图所示。其特征主要由以下几个参数来表征。个参数来表征。8.1 概述概述中北大学电子信息工程系数字电子技术第八章 脉冲波形的产生与整形主要要求：主要要求：了解脉冲信号产生与整形的方法。了解脉冲信号产生与整形的方法。了解了解 555 定时器的电路结构，掌握其符号和功能定时器的电路结构，掌握其符号和功能。掌握用掌握用 555 定时器构成施密特触发器、单稳态定时器构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的方法。触发器和多谐振荡器的方法。中北大学电子信息工程系数字电子技术第八章 脉冲波形的产生与整形1、矩形波信号的参数、矩形波信号的参数 Um脉冲幅度，脉冲电压最大值。tW脉冲宽度，从

3、脉冲前沿上升到开始 到脉冲后沿下降到为止的一段时间。tr上升时间，脉冲前沿从上升到所需的时间。tf下降时间，脉冲后沿从上升到所需的时间。T脉冲周期，在周期性脉冲序列中，两个相邻脉冲间的 时间间隔。f脉冲频率，单位时间内脉冲重复的次数。q占空比，脉冲宽度和脉冲周期的比值。中北大学电子信息工程系数字电子技术第八章 脉冲波形的产生与整形理想的矩形脉冲波参数如下：tr=tf=0，tW、Um和T也是稳定的。实际的矩形脉冲波tr和tf都不等于0，tW、Um和T也受很多因素影响而不稳定。2、获得矩形脉冲的方法一般有两种：、获得矩形脉冲的方法一般有两种：（1）使用各种形式的矩形波发生电路产生矩形波。（2）利用

4、已有的周期性信号，通过整形电路变换为所需的矩形波信号。中北大学电子信息工程系数字电子技术第八章 脉冲波形的产生与整形8.2 集成集成555定时器定时器8.2.1 概述 集成定时器是一种将模拟电路与数字电路的功能巧妙结合在一起的多用途单片集成电路，有些书上把它描述为：模拟电路与数字电路的的完美结合。在其外部配接上少许阻容定时元件，便能构成多谐振荡器、单稳态触发器和施密特触发器等多种应用电路。8.2.2 电路结构电阻分压器两个CMOS比较器一个基本RS触发器一个NMOS开关中北大学电子信息工程系数字电子技术第八章 脉冲波形的产生与整形1、电阻分压器、电阻分压器2、电压比较器、电压比较器3、基本、基

5、本RS触发器触发器4、CMOS开关开关V特性方程：/R为外部复位端，低电平有效 正常工作时，正常工作时，/R=1。当当/Q=0时，时，D2=1，D3=0，V截截 止；止；当当/Q=1时，时，D2=0，D3=1，V导通导通。中北大学电子信息工程系数字电子技术第八章 脉冲波形的产生与整形中北大学电子信息工程系数字电子技术第八章 脉冲波形的产生与整形8.2.3 工作原理中北大学电子信息工程系数字电子技术第八章 脉冲波形的产生与整形8.3 555构成的施密特触发器（构成的施密特触发器（Schmitt Trigger）中北大学电子信息工程系数字电子技术第八章 脉冲波形的产生与整形不变不变不变不变1截止截

6、止11导通导通01导通导通00V 状态状态OUTRD输输 出出 输输 入入TRTH0uOuIUOL1/3VCC2/3VCCUOHUT+=2/3 VCC UT-=1/3 VCC UT=UT+-UT-=1/3 VCC中北大学电子信息工程系数字电子技术第八章 脉冲波形的产生与整形OuO/Vt 例例 试对应输入波形画出试对应输入波形画出下图中输出下图中输出波形。波形。184355557+12V0.01 FuIuO260uI/Vt246810THTRuIuO+12VUT+UT-abcdefUOH解：解：UT+=2/3 VCC=8 VUT-=1/3 VCC=4 V因此可画出输出波形为因此可画出输出波形为

7、电路构成反相输出的施密特触发器电路构成反相输出的施密特触发器中北大学电子信息工程系数字电子技术第八章 脉冲波形的产生与整形8.4 555构成单稳态触发器（构成单稳态触发器（monostable flip-flop）（一）、电路结构（一）、电路结构中北大学电子信息工程系数字电子技术第八章 脉冲波形的产生与整形(二二)工作原理、工作波形与参数估算工作原理、工作波形与参数估算 1.稳定状态稳定状态 接通电源后接通电源后 VCC 经经 R 向向 C 充电，充电，使使 uC 上升。上升。uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC该电路该电路触发信号为负脉冲触发信号为负脉冲，不加触，不加

8、触发信号时，发信号时，uI=UIH(应应 1/3 VCC)。当当 uC 2/3 VCC 时，满足时，满足TR=uI 1/3 VCC，TH=uI 2/3 VCC,因此因此 uO 为低电平，为低电平，V 导通，电容导通，电容 C 经经放电管放电管 V 迅速放电完毕，迅速放电完毕，uC 0 V。这时这时TR=UIH 1/3 VCC，TH=uC 0 2/3 VCC，uO 保持保持低电平不变。因此，低电平不变。因此，稳态时稳态时 uC 0 V，uO 为低电平。为低电平。充电充电导通导通放电放电VuCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC0VUOLUIH中北大学电子信息工程系数字电子技术

9、第八章 脉冲波形的产生与整形 2.触发进入暂稳态触发进入暂稳态 (二二)工作原理、工作波形与参数估算工作原理、工作波形与参数估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC当输入当输入 uI 由高电平跃变为低电平由高电平跃变为低电平(应应 1/3 VCC)时，使时，使 TR=UIL1/3 VCC而而TH=uC 0 V 2/3 VCC，因此，因此 uO 跃变为跃变为高电平，进入暂稳态高电平，进入暂稳态，这时放电管，这时放电管 V截止，截止，VCC 又经又经 R 向向 C 充电，充电，uC 上升上升。UILUOH充电充电中北大学电子信息工程系数字电子技术第八章 脉冲波形的产生与整

10、形 3.自动返回稳定状态自动返回稳定状态 (二二)工作原理、工作波形与参数估算工作原理、工作波形与参数估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC 2.触发进入暂稳态触发进入暂稳态 UIHUOL TH2/3 VCC放电放电V当输入当输入 uI 由高电平跃变为低电平由高电平跃变为低电平(应应 1/3 VCC)时，使时，使 TR=UIL1/3 VCC 而而TH=uC 0 V 1/3 VCC)，因此，因此 uO 重新跃变重新跃变为低电平。为低电平。同时，放电管导通，同时，放电管导通，C 经经 V 迅速放电迅速放电 uC 0 V，放电完毕放电完毕后，电路返回稳态。后，电路返回稳态

11、。中北大学电子信息工程系数字电子技术第八章 脉冲波形的产生与整形 例例 用上述单稳态电路输出定时用上述单稳态电路输出定时时间为时间为1 s 的的正脉冲，正脉冲，R=27 k，试确定定时元件试确定定时元件 C 的取值。的取值。(二二)工作原理、工作波形与参数估算工作原理、工作波形与参数估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC输出脉冲宽度输出脉冲宽度 tW 即为暂稳态维持时即为暂稳态维持时间，主要取决于充放电元件间，主要取决于充放电元件 R、C。该单稳态触发器为不可重复触发器，该单稳态触发器为不可重复触发器，且要求输入脉宽且要求输入脉宽 tWI 小于输出脉宽小于输出脉宽

12、tWO。解：解：因为因为 tWO 1.1 RC故故可取标称值可取标称值 33 F。估算公式估算公式 tWO 1.1 RC中北大学电子信息工程系数字电子技术第八章 脉冲波形的产生与整形8.5 555构成的多谐振荡器（构成的多谐振荡器（Astable Multivibrator）（一）电路结构（一）电路结构中北大学电子信息工程系数字电子技术第八章 脉冲波形的产生与整形(二二)工作原理、工作波形与周期估算工作原理、工作波形与周期估算 uCOtOuOtUOLUOHtWHtWL 充电充电UOHTH=TR=uC 很小很小接通接通 VCC 后后，开始时，开始时 TH=TR=uC 0 0，uO 为高电平，为高

13、电平，放电管截止，放电管截止，VCC 经经 R1、R2 向向 C 充电，充电，uC 上升上升，这时，这时电路电路处处于暂稳态于暂稳态。中北大学电子信息工程系数字电子技术第八章 脉冲波形的产生与整形(二二)工作原理、工作波形与周期估算工作原理、工作波形与周期估算 uCOtOuOtUOLUOHtWHtWL UOLTH=TR 2/3 VCC当当 uC 上升到上升到 TH=TR=uC 2/3 VCC 时，时，uO 跃变为低电平，跃变为低电平，同时放电管同时放电管 V 导通，导通，C 经经 R2 和和 V 放电，放电，uC 下降下降，电路进入电路进入暂稳态暂稳态。接通接通 VCC 后后，开始时，开始时

14、TH=TR=uC 0，uO 为高电平，为高电平，放电管截止，放电管截止，VCC经经 R1、R2 向向 C 充电，充电，uC 上升上升，这时，这时电电路路处于暂稳态处于暂稳态。放电放电中北大学电子信息工程系数字电子技术第八章 脉冲波形的产生与整形当当 uC 下降到下降到 TH=TR=uC 1/3 VCC 时，时，uO 重新跃变为高电平重新跃变为高电平，同时，同时放电管放电管 V 截止，截止，C 又被又被充电，充电，uC 上升上升，电路又电路又返回到暂稳态返回到暂稳态。(二二)工作原理、工作波形与周期估算工作原理、工作波形与周期估算uCOtOuOtUOLUOHtWHtWL TH=TR1/3VCC当

15、当 uC 上升到上升到 TH=TR=uC 2/3 VCC时，时，uO 跃变为低电平，跃变为低电平，同时放电管同时放电管 V 导通，导通，C 经经 R2 和和 V 放电，放电，uC 下降下降，电路进入电路进入暂稳态暂稳态。接通接通 VCC 后后，开始时，开始时 TH=TR=uC 0 0，uO 为高电平，为高电平，放电管截止，放电管截止，VCC 经经 R1、R2 向向 C 充电，充电，uC 上升上升，这时，这时电路电路处处于暂稳态于暂稳态。中北大学电子信息工程系数字电子技术第八章 脉冲波形的产生与整形(二二)工作原理、工作波形与周期估算工作原理、工作波形与周期估算 电容电容 C 如此循环充电和放电

16、，使如此循环充电和放电，使电路产生振荡，输出矩形脉冲。电路产生振荡，输出矩形脉冲。uCOtOuOtUOLUOHtWHtWL 周期与占空比估算周期与占空比估算tWH 0.7(R1+R2)C tWL 0.7 R2CT=tWH+tWL 0.7(R1+2R2)C中北大学电子信息工程系数字电子技术第八章 脉冲波形的产生与整形GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01 FR1C+R2RP1RP2 例例 指指出出右右图图中中控控制制扬扬声声器器鸣鸣响响与与否否和和调调节节音音调调高高低低的的分分别别是是哪哪个个电电位位器器？若若原原来来无无声声，如如何何调调节节才才能能鸣鸣响响？欲欲提提高

17、高音音调调，又又该该如如何调节？何调节？解：解：R1、R2、RP1 和和 C 共同构成定时元件，因此调节共同构成定时元件，因此调节 RP1 可调节音调高低。可调节音调高低。欲提高音调，则应减小欲提高音调，则应减小 RP1，因此触头应下移。，因此触头应下移。RP2调节调节 RP2 可控制可控制 RD 为为 0 或或 1，从而控制振荡器工作与，从而控制振荡器工作与否，因此能控制扬声器鸣响与否。否，因此能控制扬声器鸣响与否。调节调节 RP2 使触头左移至适当位置，可使使触头左移至适当位置，可使 RD=1，使，使扬声器鸣响。扬声器鸣响。RP1中北大学电子信息工程系数字电子技术第八章 脉冲波形的产生与整

18、形本章小结本章小结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是是两两种种常常用用的的整整形形电电路路，可可将将输输入入的的周周期期信信号号整整形形成成符符合合要要求求的同周期矩形脉冲。的同周期矩形脉冲。施密特触发器具有回差特性，它有两个稳态状态，施密特触发器具有回差特性，它有两个稳态状态，有两个不同的触发电平。有两个不同的触发电平。施密特触发器施密特触发器可将任意波形变换可将任意波形变换成矩形脉成矩形脉冲，输出脉冲宽度取决于输入信号的波形和冲，输出脉冲宽度取决于输入信号的波形和回差电压的大小。回差电压的大小。施密特触发器还可用来进施密特触发器还可用来进行幅度鉴别、构成单稳态触发器和多

19、谐振荡行幅度鉴别、构成单稳态触发器和多谐振荡器等。实用中，常选用集成施密特触发器器等。实用中，常选用集成施密特触发器或或 采用采用555 定时器构成施密特触发器。定时器构成施密特触发器。中北大学电子信息工程系数字电子技术第八章 脉冲波形的产生与整形单稳态触发器有一个稳定状态和一个暂稳态。单稳态触发器有一个稳定状态和一个暂稳态。其输出脉冲的宽度只取决于电路本身其输出脉冲的宽度只取决于电路本身 R、C 定定时元件的数值，与输入信号没有关系。时元件的数值，与输入信号没有关系。输入信输入信号只起到触发电路进入暂稳态的作用。改变号只起到触发电路进入暂稳态的作用。改变 R、C 定时元件的数值可调节输出脉冲

20、的宽度。定时元件的数值可调节输出脉冲的宽度。单稳态触发器单稳态触发器可将输入的触发脉冲变换可将输入的触发脉冲变换为为宽度和幅度都符合要求的矩形脉冲，宽度和幅度都符合要求的矩形脉冲，因此，常因此，常用于脉冲的定时、整形和展宽等。用于脉冲的定时、整形和展宽等。实用中，常选用集成单稳态触发器实用中，常选用集成单稳态触发器或或 采用采用 555 定时器构成单稳态触发器。定时器构成单稳态触发器。中北大学电子信息工程系数字电子技术第八章 脉冲波形的产生与整形在振荡频率稳定度要求很高的情况下，在振荡频率稳定度要求很高的情况下，可采用石英晶体振荡器。可采用石英晶体振荡器。多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳态

21、。多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳态。暂稳态间的相互转换完全靠电路本身电容的充暂稳态间的相互转换完全靠电路本身电容的充电和放电自动完成。因此，多谐振荡器接通电电和放电自动完成。因此，多谐振荡器接通电源后就能输出周期性的矩形脉冲。源后就能输出周期性的矩形脉冲。改变改变 R、C定时元件数值的大小，可调节振荡频率。定时元件数值的大小，可调节振荡频率。中北大学电子信息工程系数字电子技术第八章 脉冲波形的产生与整形555 定时器是一种多用途的集成电路。只需外接定时器是一种多用途的集成电路。只需外接少量阻容元件便可构成施密特触发器、单稳态少量阻容元件便可构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等。触

22、发器和多谐振荡器等。此外，它还可组成其此外，它还可组成其它多种实用电路。由于它多种实用电路。由于 555 定时器使用方便、定时器使用方便、灵活，有较强的负载能力和较高的触发灵敏度，灵活，有较强的负载能力和较高的触发灵敏度，因此，在自动控制、仪器仪表、家用电器等许因此，在自动控制、仪器仪表、家用电器等许多领域都有着广泛的应用。多领域都有着广泛的应用。除除 555 单定时器外，还有双定时器单定时器外，还有双定时器 556、四定时器四定时器 558 等。等。中北大学电子信息工程系数字电子技术第八章 脉冲波形的产生与整形单稳态触发器、施密特触发器和多谐振荡器的单稳态触发器、施密特触发器和多谐振荡器的电路符号为电路符号为 GuO可重复触发型可重复触发型 不可重复触发型不可重复触发型 uOuI1uOuIuOuI单稳态触发器单稳态触发器具有施密特特性具有施密特特性的与非门符号的与非门符号多谐振荡器多谐振荡器中北大学电子信息工程系数字电子技术第八章 脉冲波形的产生与整形555 定时器构成的施密特触发器、单稳态触发定时器构成的施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器典型电路为器和多谐振荡器典型电路为 555 定时器构成的定时器构成的施密特触发器施密特触发器555 定时器构成的定时器构成的单稳态触发器单稳态触发器555 定时器构成的定时器构成的多谐振荡器多谐振荡器