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1、数电脉冲波形的产生和整形第1页，共47页，编辑于2022年，星期六学学 习习 要要 点点 了解多谐、单稳、施密特触发器的功能及应了解多谐、单稳、施密特触发器的功能及应用用 掌握掌握555定时器的工作原理及逻辑功能定时器的工作原理及逻辑功能 能够灵活利用能够灵活利用555定时器构成单稳、多谐、定时器构成单稳、多谐、施密特触发器施密特触发器第2页，共47页，编辑于2022年，星期六1 多谐振荡器多谐振荡器 多谐振荡器是一种自激振荡器，电路在接通电源后无多谐振荡器是一种自激振荡器，电路在接通电源后无需外接触发信号就能产生一定频率和幅值的矩形波脉冲波需外接触发信号就能产生一定频率和幅值的矩形波脉冲波或
2、方波。或方波。多谐振荡器多谐振荡器 VCC第3页，共47页，编辑于2022年，星期六 开开关关电电路路 延时环节延时环节开关器件：开关器件：产生高、低电平；产生高、低电平；多谐振荡器电路应由哪几部分组成？多谐振荡器电路应由哪几部分组成？反馈延迟环节：反馈延迟环节：利用利用RC电路的充电路的充放电特性实现延时，将输出电放电特性实现延时，将输出电压恰当地反馈给开关器件使之压恰当地反馈给开关器件使之改变输出状态，以获得所需要改变输出状态，以获得所需要的振荡频率。的振荡频率。第4页，共47页，编辑于2022年，星期六1.1 由门电路构成多谐振荡器由门电路构成多谐振荡器 1.电路组成电路组成开关器件：开
3、关器件：反馈延迟环节：反馈延迟环节：由由CMOS门电路组成的多谐振荡器门电路组成的多谐振荡器逻辑门电路逻辑门电路R、C 电路电路第5页，共47页，编辑于2022年，星期六 2.工作原理工作原理假定假定vO1=1，vO2=0 Vth=VDD/2VC进入进入 第二暂稳态第二暂稳态 vIvO1 vO2 vO1VDD0vIVDDVth0vO2VDD0(1)第一暂稳态及电第一暂稳态及电路自动翻转过程路自动翻转过程 01 第6页，共47页，编辑于2022年，星期六VCvO1=0，vO2=1 Vth=VDD/2(2)第二暂稳态及电第二暂稳态及电路自动翻转过程路自动翻转过程 二二vO1VDD0vIVDDVth
4、0vO2VDD0T1T2vI vO1 vO 10 2.工作原理工作原理第7页，共47页，编辑于2022年，星期六 3.振荡周期振荡周期T的计算的计算vO1VDD0vIVDDVth0vO2VDD0T1T2TRC1n41.4RC T =T1(充充)+T2(放放)第8页，共47页，编辑于2022年，星期六3 3、石英晶体石英晶体多谐振荡器多谐振荡器石石英英的的选选频频特特性性非非常常好好，它它有有一一个个极极其其稳稳定定的的串串联联谐谐振振频频率率，其其他他频频率率的信号都被晶体所衰减。的信号都被晶体所衰减。振荡频率等于石英晶体的谐振频率振荡频率等于石英晶体的谐振频率f0第9页，共47页，编辑于20
5、22年，星期六秒秒秒秒信信信信号号号号发发发发生生生生器器器器多多谐谐振振荡荡器器分分频频电电路路1.2 多谐振荡器的应用多谐振荡器的应用第10页，共47页，编辑于2022年，星期六多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输入多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。由门电路构成的多谐振荡器和基本由门电路构成的多谐振荡器和基本RS触发器在结构触发器在结构上极为相似，只是用于反馈的耦合网络不同。上极为相似，只是用于反馈的耦合网络不同。RS触发器具触发器具有两个稳态，多谐振荡器没有稳态，所以又称为无稳电有两个稳态，多谐振荡器没有
6、稳态，所以又称为无稳电路。路。在多谐振荡器中，由一个暂稳态过渡到另一个暂稳在多谐振荡器中，由一个暂稳态过渡到另一个暂稳态，其态，其“触发触发”信号是由电路内部电容充（放）电提供的，信号是由电路内部电容充（放）电提供的，因此无需外加触发脉冲。多谐振荡器的振荡周期与电路的因此无需外加触发脉冲。多谐振荡器的振荡周期与电路的阻容元件有关。阻容元件有关。本本 节节 小小 结结第11页，共47页，编辑于2022年，星期六2 单稳态触发器单稳态触发器2.1 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2.2 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用第12页，共47页，编辑于2022年，星期六2.1 由门
7、电路构成的单稳态触发器由门电路构成的单稳态触发器单单稳稳态态触触发发器器在在数数字字电电路路中中一一般般用用于于定定定定时时时时（产产生生一一定定宽宽度度的的矩矩形形波波）、整整整整形形形形（把把不不规规则则的的波波形形转转换换成成宽宽度度、幅幅度度都都相相等等的的波波形形）以及以及延时延时延时延时（把输入信号延迟一定时间后输出）等。（把输入信号延迟一定时间后输出）等。单稳态触发器具有下列特点：单稳态触发器具有下列特点：（1）电路有一个稳态和一个暂稳态。）电路有一个稳态和一个暂稳态。（2）在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。）在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。（3）暂稳态
8、是一个不能长久保持的状态，经过一段时间后，电路会）暂稳态是一个不能长久保持的状态，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间与触发脉冲无关，仅决定于电路自动返回到稳态。暂稳态的持续时间与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。本身的参数。根据根据RC电路的不同接法单稳态触发器：微分型和积分型电路的不同接法单稳态触发器：微分型和积分型第13页，共47页，编辑于2022年，星期六门电路组成的微分型单稳态触发器门电路组成的微分型单稳态触发器 1.电路电路vO1vO2vcRvI&CMOS与非门构成的微分型与非门构成的微分型单稳态触发器单稳态触发器 CMOS或非门构成的微分型或非门构成的微分型
9、单稳态触发器单稳态触发器 vO1vO2vcvIRvDD第14页，共47页，编辑于2022年，星期六vO1vO2vRvIvDDvDDvDD+vthtttttpivthtwt1t22.工作原理工作原理a)没有触发信号时，没有触发信号时，电路处于一种稳态电路处于一种稳态 vO1vO2vcvIRvRvDD0 00 00 01 11 1第15页，共47页，编辑于2022年，星期六vO1vO2vRvIvDDvDDvDD+vthttttvthtpitwt1t22.工作原理工作原理vo1 v R vO2 vIvR vO2 vO1 vO1vO2vcvIRvRvDD1 11 11 11 10 0b)外加触发信号后
10、，电路进入暂稳态外加触发信号后，电路进入暂稳态c)电容放电，电路由暂稳态自电容放电，电路由暂稳态自动返回到稳态动返回到稳态0 0第16页，共47页，编辑于2022年，星期六3.主要参数的计算主要参数的计算vO1vO2vRvIvDDvDDvDD+vthtttttpivthtwt1t2tw0.7RC(1)输出脉冲宽度输出脉冲宽度tw(2)恢复时间恢复时间tre tre 3 d(3)最高工作频率最高工作频率 fmax R(t)=VR()VR(0+)VR()第17页，共47页，编辑于2022年，星期六vO1vO2vcvIRvRVCC4.讨论讨论CdRdvDvI1vo2在暂稳态结束在暂稳态结束(t=t2
11、)瞬间，门瞬间，门G2的的输入电压输入电压 R达到达到VDD+VTH，可能损，可能损坏坏G2门，怎么办？门，怎么办？输入的触发脉冲的宽度可以是输入的触发脉冲的宽度可以是任意的吗？如触发脉冲的宽度任意的吗？如触发脉冲的宽度太宽会有什么问题？太宽会有什么问题？第18页，共47页，编辑于2022年，星期六集成单稳态触发器集成单稳态触发器vOvItwtwvOvItwtw不可重复触发不可重复触发可重复触发可重复触发被重复触发被重复触发不可重复触发不可重复触发第19页，共47页，编辑于2022年，星期六(2)功能表功能表74121功能表功能表 两种触发方式两种触发方式 BCextRintCext/Rext
12、A1A2GNDNCNCNCVCCNC定时电容定时电容定时电阻定时电阻用内部用内部2k电阻电阻用外部电阻用外部电阻HHA1A2BQLXHLXLHLXXLLHHHXLHHHHHHLXXL不可重复触发的集成单稳态触发器不可重复触发的集成单稳态触发器 74121（3）电路连接）电路连接第20页，共47页，编辑于2022年，星期六2.2 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用1.定时定时 twt w第21页，共47页，编辑于2022年，星期六2.整形整形 第22页，共47页，编辑于2022年，星期六3.延时延时 vO1vO2vRvIvDDvDDvDD+vthtttttpivthtwt1t2第23页，共47
13、页，编辑于2022年，星期六单稳单稳进入暂稳态，脉宽为进入暂稳态，脉宽为0.7R1C1 vccBA1 A2vccSR1R2C1C2CextCext/RextCextCext/Rext7412174121()7412174121()vovccvccB A1 A2vcc4.组成多谐振荡器组成多谐振荡器 0 00 0HHA1A2BQLXHLXLHLXXLLHHHXLHHHHHHLXXL0 01 11 10 01 10 0单稳单稳进入暂稳态，脉宽为进入暂稳态，脉宽为0.7R2C2 1 10 0单稳单稳进入暂稳态，脉宽为进入暂稳态，脉宽为0.7R1C1 单稳单稳进入暂稳态，脉宽为进入暂稳态，脉宽为0.7
14、R2C2 T=0.7(R1C1+R2C2)第24页，共47页，编辑于2022年，星期六RCCextCext/Rext7412174121vovccB A1 A2vIC1DR5.组成噪声消除电路组成噪声消除电路 噪声噪声 vovIDCP(R)vovI噪声多表现为尖脉冲，宽度较窄，而有用的信号的宽度较宽。噪声多表现为尖脉冲，宽度较窄，而有用的信号的宽度较宽。注意：单稳触发器的输出脉宽应大于噪声宽度注意：单稳触发器的输出脉宽应大于噪声宽度 而小而小于信号脉宽，才可消除噪声。于信号脉宽，才可消除噪声。第25页，共47页，编辑于2022年，星期六单稳态触发器具有一个稳态。由门电路构成的单稳态触发器具有一
15、个稳态。由门电路构成的单稳态触发器和基本单稳态触发器和基本RS触发器在结构上也极为相似，只触发器在结构上也极为相似，只有用于反馈的耦合网络不同。有用于反馈的耦合网络不同。在单稳态触发器中，由一个暂稳态过渡到稳态，在单稳态触发器中，由一个暂稳态过渡到稳态，其其“触发触发”信号也是由电路内部电容充（放）电提供的，信号也是由电路内部电容充（放）电提供的，暂稳态的持续时间即脉冲宽度也由电路的阻容元件决定。暂稳态的持续时间即脉冲宽度也由电路的阻容元件决定。单稳态触发器不能自动地产生矩形脉冲，但却可以把单稳态触发器不能自动地产生矩形脉冲，但却可以把其它形状的信号变换成为矩形波，用途很广。其它形状的信号变换
16、成为矩形波，用途很广。本本 节节 小小 结结第26页，共47页，编辑于2022年，星期六3 施密特触发器施密特触发器3.1 由门电路构成的施密特触发器由门电路构成的施密特触发器3.2 施密特触发器的应用施密特触发器的应用第27页，共47页，编辑于2022年，星期六施密特触发器的工作特点：施密特触发器的工作特点：施密特触发器属于电平触发器件，适用于缓慢变化的信号，施密特触发器属于电平触发器件，适用于缓慢变化的信号，当输入信号达到某一定电压值时，输出电压会发生突变。当输入信号达到某一定电压值时，输出电压会发生突变。电路有两个阈值电压。电路有两个阈值电压。输入信号增加和减少时，电路的阈值电压输入信号
17、增加和减少时，电路的阈值电压不同，电路具有如下图所示的传输特性不同，电路具有如下图所示的传输特性。VT+VT_VT+VT_vovIvovI概概 述述第28页，共47页，编辑于2022年，星期六1 门电路组成的施密特触发器门电路组成的施密特触发器v I1vovIR1 R2 I为三角波为三角波 作如下假定：作如下假定：第29页，共47页，编辑于2022年，星期六vI10 00 0只要只要vI1Vth，则保持，则保持vO=VOH当当vI1=Vth，电路产生如下正反馈，电路产生如下正反馈：当当vI下降下降，vI1也也下降下降0 0回差电压回差电压 vI vI1 vO1 vO 第31页，共47页，编辑于
18、2022年，星期六vIVT+VT_vO00tt0vIvOVT+VT_VDD(a)工作波形工作波形(b)传输特性曲线传输特性曲线vI1第32页，共47页，编辑于2022年，星期六2 施密特触发器的应用施密特触发器的应用1.波形的整形及变换波形的整形及变换 vovIvovT2vT1ttt合理选择回差电压，可消除干扰信号。合理选择回差电压，可消除干扰信号。为去掉干扰信号为去掉干扰信号回差电压应如何选择？回差电压应如何选择？第33页，共47页，编辑于2022年，星期六2.幅度鉴别幅度鉴别vovI00ttVth(VT+)第34页，共47页，编辑于2022年，星期六3.多谐振荡器多谐振荡器 CvovIR1
19、vovIVT+VT_VOLVOHT1T20t0t第35页，共47页，编辑于2022年，星期六施施密密特特触触发发器器是是一一种种能能够够把把输输入入波波形形整整形形成成为为适适合合于于数数字字电电路路需需要要的的矩矩形形脉脉冲冲的的电电路路。而而且且由由于于具有滞回特性，所以抗干扰能力也很强。具有滞回特性，所以抗干扰能力也很强。施施密密特特触触发发器器在在脉脉冲冲的的产产生生和和整整形形电电路路中应用很广。中应用很广。本本 节节 小小 结结第36页，共47页，编辑于2022年，星期六4 555定时器定时器4.1 555定时器的结构和功能分析定时器的结构和功能分析4.2 555定时器构成多谐振荡
20、器定时器构成多谐振荡器4.3 555定时器构成单稳态定时器定时器构成单稳态定时器4.4 555定时器构成施密特触发器定时器构成施密特触发器第37页，共47页，编辑于2022年，星期六555定时器是一种应用方便的中规模集成电路定时器是一种应用方便的中规模集成电路,只需外接少量的只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。广泛用于信号阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。的产生、变换、控制与检测。1 555定时器定时器电阻分压器电阻分压器电压比较器电压比较器基本基本RS触发器触发器复位输入端复位输入端(0)输出缓冲反相器输出缓冲反相器集电极
21、开路输出三极管集电极开路输出三极管TvovICvI1vI2voC1C2+-+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5 k 5 k 5 k&1RDVCC(8)G1、电路组成、电路组成控制电压控制电压触发输入触发输入放电端放电端阀值输入阀值输入第38页，共47页，编辑于2022年，星期六0 01 10 0TvovICvI1vI2voC1C2+-+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5 k 5 k 5 k&1RDVCC(8)G 如果悬空如果悬空0 01 10 01 10 01 10 01 11 10 01 11 11 1保持保持保持保持2、工作原理、工作原理0 00 010 0
22、1 1信号消失后，状信号消失后，状态未定态未定第39页，共47页，编辑于2022年，星期六 555定时器功能表定时器功能表不变不变不变不变1导通导通01截止截止11导通导通00放电管放电管T输出输出(VO)复位复位(RD)触发输入触发输入(VI2)阈值输入阈值输入(VI1)输输 出出输输 入入第40页，共47页，编辑于2022年，星期六2 定时器应用举例定时器应用举例一、一、用用555定时器组成定时器组成单稳态触发器单稳态触发器不可重复触发单稳不可重复触发单稳不变不变不变不变导通导通0截止截止1导通导通0 T VOVI2VI1输输 出出输输 入入 vO vI o v o C t t2 t1 )
23、(-CCVa、接通电源电路进入稳态、接通电源电路进入稳态 O=0t t 2 3 VCC o Vc=0 23 VCC 13 VCC1、工作原理、工作原理第41页，共47页，编辑于2022年，星期六 t vO VOH o vI o t vC o 1 3 VCC 2 3 VCC t t2 t1 0 一、一、用用555定时器组成定时器组成单稳态触发器单稳态触发器不变不变不变不变导通导通0截止截止1导通导通0 T VOVI2VI1输输 出出输输 入入b、当输入信号下降沿到达时、当输入信号下降沿到达时,电路进入暂稳态电路进入暂稳态 tWtw=RC1n31.1RC c、电容放电、电容放电,电路自动返回到稳态
24、电路自动返回到稳态 1、工作原理、工作原理第42页，共47页，编辑于2022年，星期六一、一、用用555定时器组成定时器组成单稳态触发器单稳态触发器2、用用555定时器组成定时器组成可重复触发单稳可重复触发单稳55576218435RR1CT+-vovIVCC0.01 FvIvCvO00 0tttVCCVCCtW稳定时稳定时vI为高电平，低电平触发为高电平，低电平触发第43页，共47页，编辑于2022年，星期六二、二、用用555定时器组成定时器组成多谐振荡器多谐振荡器R1R2v 2 3 VCC 1 3 VCC vC 0 t1 t2 tPLtPHtPL=R2C1n20.7R2C tpH=(R1+
25、R2)C1n20.7(R1+R2)C 不变不变不变不变导通导通0截止截止1导通导通0 T VOVI2VI1输输 出出输输 入入截止截止导通导通第44页，共47页，编辑于2022年，星期六二、二、用用555定时器组成定时器组成多谐振荡器多谐振荡器tPL=RBC1n20.7RBC tpH=RAC1n20.7RAC 占空比可调占空比可调第45页，共47页，编辑于2022年，星期六三、用三、用555定时器组成定时器组成施密特触发器施密特触发器不变不变不变不变导通导通0截止截止1导通导通0 T VOVI2VI1输输 出出输输 入入013VCC23VCCvIvOVOH第46页，共47页，编辑于2022年，星期六作作 业业vP384 9.4.2v 9.4.3第47页，共47页，编辑于2022年，星期六