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1、数字逻辑电路脉冲信号的产生数字逻辑电路脉冲信号的产生(chnshng)与整形与整形2剖析剖析第一页，共28页。9.4 9.4单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器9.4.19.4.1单稳态触发器的特性和符号单稳态触发器的特性和符号单稳态触发器的特性和符号单稳态触发器的特性和符号 单稳态触发器的工作特性具有如下的显著特点：单稳态触发器的工作特性具有如下的显著特点：单稳态触发器的工作特性具有如下的显著特点：单稳态触发器的工作特性具有如下的显著特点：（1 1）有一个稳态和一个暂稳态两个不同的工作状态（双）有一个稳态和一个暂稳态两个不同的工作状态（双）有一个稳态和一个暂稳态两个不同的工作状态
2、（双）有一个稳态和一个暂稳态两个不同的工作状态（双稳态有两个稳态）。稳态有两个稳态）。稳态有两个稳态）。稳态有两个稳态）。（2 2）在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，）在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，）在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，）在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持时间在暂稳态维持时间在暂稳态维持时间在暂稳态维持时间(shjin)tW(shjin)tW以后再自动返回稳态，并在以后再自动返回稳态，并在以后再自动返回稳态，并在以后再自动返回稳态，并在其输出端产生一个宽度为其输出端产生一个宽度为其输出端产生一个宽度为其输出端产生一个宽度为t
3、WtW的矩形脉冲。的矩形脉冲。的矩形脉冲。的矩形脉冲。（3 3）暂稳态维持时间）暂稳态维持时间）暂稳态维持时间）暂稳态维持时间(shjin)(shjin)的长短取决于电路本身的的长短取决于电路本身的的长短取决于电路本身的的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。第1页/共27页第二页，共28页。单稳态触发器可分为不可重复触发型和可重复触发型。暂稳态期间如再次被触发，对原暂稳时间无影响，输出脉冲宽度仍从第一次触发开始计算的称为不可重复触发型单稳态触发器；而可重复触发型单稳态触发器在
4、暂稳态期间再次被触发时，输出脉冲宽度在此前暂稳态时间的基础上再展宽tW。图9-10和图9-11所示分别为两种单稳态触发器的逻辑符号和波形图。其中(qzhng)，Q1是不可重复触发型单稳态触发器输出波形；Q2是可重复触发型单稳态触发器输出波形。由于具备这些特点，单稳态触发器被广泛应用于脉冲整形(zhng xng)（把不规则的波形转换成宽度、幅度都符合要求的脉冲）、延时（产生滞后于触发脉冲的输出脉冲）以及定时（产生固定时间宽度的脉冲信号）等场合。第2页/共27页第三页，共28页。图图9-109-10两种单稳态触发器逻辑符号两种单稳态触发器逻辑符号(a)(a)不可不可(bk)(bk)重复触发型重复触
5、发型;(b);(b)可重复触发型可重复触发型 图图9-119-11两种单稳态触发器波形图两种单稳态触发器波形图 第3页/共27页第四页，共28页。9.4.2用用555定时器构定时器构成单稳态触发器的方法成单稳态触发器的方法 在在555定时器的外部定时器的外部加接几个阻容元件，就加接几个阻容元件，就可构成单稳态电路可构成单稳态电路(dinl)。它所形成的。它所形成的单脉冲持续宽度可以从单脉冲持续宽度可以从几微秒到几个小时。图几微秒到几个小时。图9-12所示是由所示是由555定时定时器所构成的单稳态触发器所构成的单稳态触发器，其中，器，其中，R、C是定时是定时元件。元件。图图9-129-12由由5
6、55555定时器构成定时器构成(guchng)(guchng)的单稳态的单稳态触发器触发器 第4页/共27页第五页，共28页。第5页/共27页第六页，共28页。图9-13由555定时器构成(guchng)的单稳态电路波形图 第6页/共27页第七页，共28页。由以上(yshng)分析可知，这种单稳态电路为不可重复触发器，要求输入触发脉冲宽度一定要小于tW。当输入触发脉冲宽度大于tW时，要在输入端加RC微分电路。若触发脉冲是周期性的，则其周期应大于tW。第7页/共27页第八页，共28页。9.4.39.4.3单稳态触发器应用举例单稳态触发器应用举例单稳态触发器应用举例单稳态触发器应用举例利用单稳态触
7、发器在触发信号作用下由稳态进入暂稳态，暂稳态持利用单稳态触发器在触发信号作用下由稳态进入暂稳态，暂稳态持利用单稳态触发器在触发信号作用下由稳态进入暂稳态，暂稳态持利用单稳态触发器在触发信号作用下由稳态进入暂稳态，暂稳态持续一定的时间后自动返回稳态的特点，可将单稳态电路用于对脉冲信号续一定的时间后自动返回稳态的特点，可将单稳态电路用于对脉冲信号续一定的时间后自动返回稳态的特点，可将单稳态电路用于对脉冲信号续一定的时间后自动返回稳态的特点，可将单稳态电路用于对脉冲信号的宽度进行波形变换、脉冲整形、定时、延时等场合。的宽度进行波形变换、脉冲整形、定时、延时等场合。的宽度进行波形变换、脉冲整形、定时、
8、延时等场合。的宽度进行波形变换、脉冲整形、定时、延时等场合。1.1.用于脉冲整形用于脉冲整形用于脉冲整形用于脉冲整形 在图在图在图在图9-149-14所示例子中，将波形不规则的所示例子中，将波形不规则的所示例子中，将波形不规则的所示例子中，将波形不规则的UIUI加到单稳态电路的输入端，加到单稳态电路的输入端，加到单稳态电路的输入端，加到单稳态电路的输入端，输出端就得到了规则的脉冲信号输出端就得到了规则的脉冲信号输出端就得到了规则的脉冲信号输出端就得到了规则的脉冲信号UOUO，输出脉冲宽度即为暂稳态维持，输出脉冲宽度即为暂稳态维持，输出脉冲宽度即为暂稳态维持，输出脉冲宽度即为暂稳态维持(wich
9、)(wich)时间，主要取决于充、放电元件时间，主要取决于充、放电元件时间，主要取决于充、放电元件时间，主要取决于充、放电元件R R和和和和C C。2.用于定时 利用单稳态触发器脉冲(michng)宽度取决于电路元件R和C，且输出脉冲(michng)宽度一定的特点，可以实现电路定时。图9-15所示是单稳态触发器组成的定时电路和其相应的工作波形。UC是与门G开通与否的控制信号。当UC为高电平时，门G开通，信号UB通过门G输入；当UC为低电平时，门G关闭，UB不能输出。通过计算在tW时间内与门输出脉冲(michng)的个数可得到定时时间。第8页/共27页第九页，共28页。图图9-149-14脉冲脉
10、冲(michng)(michng)整形整形 图9-15单稳态触发器组成的定时(dn sh)电路和工作波形 第9页/共27页第十页，共28页。3.用于脉冲延迟 在数字系统中，有时要求将某个脉冲宽度(kund)为T0的信号延迟一段时间T1后再输出。利用两个单稳态触发器可以很方便地实现这种脉冲延时，其电路图和波形图如图9-16和图9-17所示。从波形图可以看出，UO脉冲的下降沿相对输入信号UI的上升沿延迟了TW1时间。图中：图9-16单稳态触发器组成的脉冲(michng)延时电路 第10页/共27页第十一页，共28页。图图9-179-17脉冲脉冲(michng)(michng)延时波形延时波形图图
11、【例9.2】用555定时(dn sh)器构成的单稳态触发器输出定时(dn sh)时间为1 s的正脉冲，设R=27k，试确定定时(dn sh)元件C的取值。解因为tW1.1RC，故 从而可取(kq)标称值为33F。第11页/共27页第十二页，共28页。9.5 9.5多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器 9.5.19.5.1多谐振荡器的工作原理多谐振荡器的工作原理多谐振荡器的工作原理多谐振荡器的工作原理图图图图9-189-18所示电路是对称式多谐振荡器的典型电路，它是由所示电路是对称式多谐振荡器的典型电路，它是由所示电路是对称式多谐振荡器的典型电路，它是由所示电路是对称式多谐振荡器的典型电路，
12、它是由两个反相器两个反相器两个反相器两个反相器G1G1和和和和G2G2经耦合电容经耦合电容经耦合电容经耦合电容C1C1、C2C2连接起来的正反馈振荡连接起来的正反馈振荡连接起来的正反馈振荡连接起来的正反馈振荡回路。为了产生自激振荡，电路不能有稳定状态。也就是说，回路。为了产生自激振荡，电路不能有稳定状态。也就是说，回路。为了产生自激振荡，电路不能有稳定状态。也就是说，回路。为了产生自激振荡，电路不能有稳定状态。也就是说，在静态下（电路没有振荡时），它的状态必须是不稳定的。下在静态下（电路没有振荡时），它的状态必须是不稳定的。下在静态下（电路没有振荡时），它的状态必须是不稳定的。下在静态下（电路
13、没有振荡时），它的状态必须是不稳定的。下面面面面(xi mian)(xi mian)以图以图以图以图9-189-18所示电路为例分析多谐振荡器的工作原所示电路为例分析多谐振荡器的工作原所示电路为例分析多谐振荡器的工作原所示电路为例分析多谐振荡器的工作原理。理。理。理。第12页/共27页第十三页，共28页。图图9-189-18对称对称(duchn)(duchn)式多谐振荡器电路式多谐振荡器电路第13页/共27页第十四页，共28页。假定(jidng)由于某种原因（例如电源波动或外界干扰）使UI1有微小的正跳变，则必然会引起如下的正反馈过程：使UO1迅速跳变为低电平，UO2迅速跳变为高电平，电路进入
14、第一个暂稳态。同时，电容C1开始充电而 C2开始放电。因为 C1同时经RF1和RF2两条支路(zh l)充电，所以充电速度较快，UI2首先上升到 G2的阈值电压 UTH，并引起如下的正反馈过程：第14页/共27页第十五页，共28页。第15页/共27页第十六页，共28页。图图9-199-19各点电压各点电压(diny)(diny)波形图波形图 第16页/共27页第十七页，共28页。9.5.2石英晶体多谐振石英晶体多谐振荡器荡器由于在由于在RC振荡器中，振荡器中，决定振荡频率的主要因决定振荡频率的主要因素是电路的定时元件素是电路的定时元件RC以及门电路的阈值电压以及门电路的阈值电压UTH，而它们都
15、容易受，而它们都容易受温度影响，因此频率稳温度影响，因此频率稳定性只有约定性只有约10-3或更差。或更差。因此，在对频率稳定性因此，在对频率稳定性要求要求(yoqi)较高的场较高的场合，普遍采用石英晶体合，普遍采用石英晶体振荡器。石英晶体振荡振荡器。石英晶体振荡器是将切成薄片的石英器是将切成薄片的石英晶体置于两平板之间构晶体置于两平板之间构成的，石英晶体可将振成的，石英晶体可将振荡器的频率稳定性提高荡器的频率稳定性提高到到10-610-8。高质量的石英晶体振荡器，其晶片置于恒温盒中，其频率稳定性可达10-11，足以满足大多数数字系统对频率稳定度的要求。目前家用电子钟表几乎(jh)都采用具有石英
16、晶体谐振器的方波发生器，由于它的频率稳定性高，所以走时准确，在通常的气温条件下，很容易保证每天的精度误差小于0.5s。第17页/共27页第十八页，共28页。由石英晶体的电抗频率特性可知，当外加电压的频率为谐振频率f0时，石英晶体的阻抗最小，所以和C1、C2构成选频网络，形成正反馈，振荡频率约等于晶体频率，与外接电阻、电容无关，所以这种电路振荡频率的稳定度很高。因此，将石英晶体接在多谐振荡器的回路中就可组成石英晶体振荡器，这时，振荡频率只取决于石英晶体的固有谐振频率，而与RC无关。在对称式多谐振荡器的基础上，串接一块石英晶体，就可以(ky)构成一个石英晶体振荡器电路。该电路将产生稳定度极高的矩形
17、脉冲，其振荡频率由石英晶体的串联谐振频率决定。第18页/共27页第十九页，共28页。图图9-209-20石英石英(shyng)(shyng)晶体多谐振荡器电路晶体多谐振荡器电路 第19页/共27页第二十页，共28页。9.5.3用用555定时器构定时器构成多谐振荡器的方法成多谐振荡器的方法用用555定时器构成定时器构成的多谐振荡器如图的多谐振荡器如图9-21所示。将所示。将555与三个阻与三个阻容元件如图连接，就构容元件如图连接，就构成了无稳态多谐振荡模成了无稳态多谐振荡模式，它与构成单稳态触式，它与构成单稳态触发器的不同之处仅在于发器的不同之处仅在于触发器触发器TR接在充、放电接在充、放电(f
18、ng din)回路的电容回路的电容C上，而不是受外部触上，而不是受外部触发控制。发控制。图9-21 用555构成(guchng)多谐振荡器电路第20页/共27页第二十一页，共28页。图9-22 多谐振荡器的波形图第21页/共27页第二十二页，共28页。第22页/共27页第二十三页，共28页。第23页/共27页第二十四页，共28页。从而可得到输出方波的周期(zhuq)和振荡频率为 输出(shch)方波的占空比为 第24页/共27页第二十五页，共28页。【例9.3】设计一个由石英晶体多谐振荡器产生两相时钟的电路(dinl)。解电路(dinl)如图9-23所示，其产生的波形如图9-24所示。图图9-239-23两相时钟产生两相时钟产生(chnshng)(chnshng)电路电路 第25页/共27页第二十六页，共28页。图图9-249-24两相时钟产生两相时钟产生(chnshng)(chnshng)电路的工作波形电路的工作波形 第26页/共27页第二十七页，共28页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)。第27页/共27页第二十八页，共28页。