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1、电子技术电子技术 第六章第六章脉冲波形的产脉冲波形的产生和整形生和整形数字电路部分数字电路部分1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6.2 单脉冲的产生单脉冲的产生6.3 连续矩形脉冲波的产生连续矩形脉冲波的产生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26.1 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：它的工作信号是离散时间的脉冲信号。工作信号是离散时间的脉冲信号。最常用的脉冲信号是方波最常用的脉冲信号是方波(矩形波矩形波)。如。如何产生方波以及对不理想的方波如何整何
2、产生方波以及对不理想的方波如何整形，是本章讨论的重点。形，是本章讨论的重点。36.2 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，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，这个电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。路没有实用价值。4不按按钮时，不按按钮时，Q0；按下按钮时，锁定器翻转，按下按钮时，锁定器翻转，Q1；松开按钮后，回到松开按钮后，回到
3、Q0。可见：可见：按钮动作一次，按钮动作一次，Q端就端就输出输出一个正脉冲。一个正脉冲。QQ工作原理：工作原理：&S5VQQ改进的单脉改进的单脉冲发生电路冲发生电路56.3 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。它可以由分立元件构成，也可以由集成电路构成，本节分立元件构成，也可以由集成电路构成，本节只讨论由集成电路构成矩形波发生器。只讨论由集成电路构成矩形波发生器。6.3.1 环形振荡器环形振荡器利用逻辑门电路的传输延迟时间，将奇数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个与非门首尾相接，就可
4、以构成一个简单的环形振荡器形振荡器:&321uo3uo2uo16设设 uo3 的初始的初始状态为状态为 0:010101用波形图来表示用波形图来表示uo3，则为：则为：0tuo3优点优点:电路结构简单，所用元件少。电路结构简单，所用元件少。缺点缺点:频率太高，并且不可调整。频率太高，并且不可调整。&321uo3uo2uo1工作原理：工作原理：011007改进方法：改进方法：在原电路的基础上添加在原电路的基础上添加 RC 延时电路延时电路，便，便可以克服上图的不足。可以克服上图的不足。&321uo3uo2uo1A123RRS100 Cuo1uouo28工作原理工作原理A123RRS100 Cuo
5、1uouo2t0tuo0tuo20tuo10UTU110110001uA9A123RRS100 Cuo1uouo2T输出信号的周期输出信号的周期近似为近似为:T=2.2 RCt0tuo0tuo20tuo10uAUT106.3.2 RC 耦合式振荡器耦合式振荡器0t0t0t0tuo1uR1uR2uo2UTUTR212R1C2C1uR2uR1uo2uo112R1R2C1C2uR2uR1uo2uo1 微分电路微分电路11该电路有两个缺点该电路有两个缺点:1.不容易起振不容易起振;2.电路振荡频率的稳定电路振荡频率的稳定 性较性较差差,容易受温度、元件性能、容易受温度、元件性能、电源波动等因素的影响。
6、电源波动等因素的影响。为便于起振，将两个电为便于起振，将两个电 阻阻改接成如图改接成如图(b)示。示。(a)R212R1C2C1uR2uR1uo2uo112R1R2C2C1uo2uo1(b)只要适当选择它们的大小，只要适当选择它们的大小，使两个与非门的静态工作使两个与非门的静态工作点均处于转移特性的中点，点均处于转移特性的中点，起振便比较容易。起振便比较容易。12(a)R212R1C2C1uR2uR1uo2uo112R1R2C2C1uo2uo1(b)为获得稳定的振荡频率为获得稳定的振荡频率,可在振荡电路中串接石英可在振荡电路中串接石英晶体，组成石英晶体振荡晶体，组成石英晶体振荡器，如图器，如图
7、(c)所示。所示。12R1R2C2C1uo石英晶体石英晶体(c)13石英晶体的化学成分是石英晶体的化学成分是SiO2,晶格结构为各向异性，是晶格结构为各向异性，是一种具有一种具有压电效应压电效应的晶体。由石英晶体的阻抗与频率特的晶体。由石英晶体的阻抗与频率特性曲线可见石英晶体的性曲线可见石英晶体的 选频特性很好。选频特性很好。fXX0感性感性XUT,在图中所示的情况下，在图中所示的情况下，uo2 的上升边将由的上升边将由ui的下降边的下降边控制，故必须改进电路控制，故必须改进电路!19(a)Auo1uo2RC12ui(b)uo1uo2RC12uiA&ui34uo4 20uo1uo2RC12ui
8、A&ui34uo4 0100111010110101216.4.2 集成单稳组件介绍集成单稳组件介绍集成化的单稳组件的类型很多，下面以集成化的单稳组件的类型很多，下面以74LS123作为介绍对象。作为介绍对象。74LS123管脚图如下：管脚图如下：2B2A1B1A2Q1Q1Q2Q1CLR2CLR1CTVCCGND1RT/CT83910111213141615246571CLRCLRQQQQ2CT2RT/CT2274LS123功能表功能表CLRABQQ说说 明明000000011111111稳态稳态触发触发74LS123 包括两个独立的单稳，各管脚以字头包括两个独立的单稳，各管脚以字头 1、2相
9、区别。单稳输出脉冲的宽度，主要由外接的相区别。单稳输出脉冲的宽度，主要由外接的定时电阻定时电阻(RT)和定时电容和定时电容(CT)决定。决定。单稳的单稳的翻转时刻决定于翻转时刻决定于 A、B、CLR 三个输入三个输入 相与的结果，相与的结果，具体参见它的功能表。具体参见它的功能表。2374LS123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)决决定，当定，当CT 1000PF 时，脉宽时，脉宽 tW 应应为：为：tW =0.45 RT CT 2.在清零端在清零端(CLR)加清加清 0 负脉冲，可提前负脉冲，
10、可提前 终止输终止输出脉冲，如下图所示出脉冲，如下图所示:tWCLRQ单位：单位：RT k；CT pF；tW nS243.通过在通过在 A 端或端或 B 端加再触发脉冲，可使输端加再触发脉冲，可使输出脉冲的宽度加宽出脉冲的宽度加宽: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，所以，它被称为大输出脉冲的宽度，所以，它被称为可可再触发式再触发式单稳。单稳。256.4.3 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，如：整形、延时控制、单稳的应用多种多样，如：整形、延时控制、定时顺序控制等等。例如定时顺序控制等等。例如“延时控制延时控
11、制”:QAQCQBQDCPCLRRS0S1ABCDEFGH74LS194 (1)R2C2AQ2R1C1AQ1B+5V移位输入移位输入DW1DW2时钟时钟QAQCQBQDCPCLRRS0S174LS194 (1)R1、C1、R2、C2用于调节用于调节延长的时间。延长的时间。26CPABCDEFGHQ1Q2t1t0t2t3用波形图表示如下用波形图表示如下:移位寄存移位寄存器清零器清零H灯上升灯上升沿触发沿触发Q1Q1的下降的下降沿触发沿触发Q2移位寄存移位寄存器串行输器串行输入为入为1循环重循环重新开始新开始276.5 555定时器的原理和应用定时器的原理和应用555定时器的特点：定时器的特点：是
12、将模拟电路和数字电路集成是将模拟电路和数字电路集成于于 一体的电子器件。它使用方便，带负载能力较强一体的电子器件。它使用方便，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首先介绍首先介绍555定时器的内部电路结构。定时器的内部电路结构。28555定时器的内部电路包括以下几部分定时器的内部电路包括以下几部分：（1）一个由三个相等电阻组成的分压器一个由三个相等电阻组成的分压器;（2）两个电压比较器）两个电压比较器:A1、A2;（3）一个一个 RS 触发器触发器;（4）一个反相器和一个晶体管）一个反相器和一个晶体管T。RSQ
13、Q+-A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR555定时器的内部电路图定时器的内部电路图29RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR555定时器的内部电路图定时器的内部电路图12345678555VCCD TH COGND TRUoRD电电源源放放电电阈阈值值电控电控压制压制地地触触发发输输出出复复位位电源电压范围电源电压范围:4.5V 18V 三个电阻构三个电阻构成的分压器给成的分压器给 两两个比较器提供个比较器提供基基准电压准电压:A1 的为的为 2VCC/3,A2 的的为为 VCC/3。30RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDTuo
14、RD87645321RRR阈值端阈值端触发端触发端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/3VCC/3VCC/32VCC/3TQuo保持保持0110保持保持 保持保持导通导通截止截止RD31阈值端阈值端触发端触发端THTRVCC/32VCC/32VCC/3VCC/3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+-A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR555的的功功能能表表VCC/32VCC/332例例
15、1：多谐振荡器多谐振荡器 4816235CVCCuo5557THTRVCC/32VCC/36.5.2 555定时器的应用定时器的应用33例例2：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。S1:起动按钮起动按钮S2:停车按钮停车按钮4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微电机微电机55534按下启动按钮按下启动按钮 S1（未按未按 S2）即使放开即使放开 S1,UTR、UTH仍满足仍满足上述条件，电机继续转动上述条件，电机继续转动。这时如果松开这时如果松开 S2,电机仍电机仍不转动不转动。4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微电机微电机555
16、启动过程：启动过程：停车过程：停车过程：故故 uo=1,电机转动电机转动。按下停车按钮按下停车按钮 S2（未按未按 S1）故故 uo=0,电机停转。电机停转。35例例2：双稳态触发器双稳态触发器:微电机起动停车控制电路改进。微电机起动停车控制电路改进。S1:起动按钮起动按钮S2:停车按钮停车按钮4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微电机微电机55536例例3：单稳态触发器单稳态触发器:洗相曝光定时器。洗相曝光定时器。若若S打开打开。输出总为输出总为048162357uouiVCCRRTCTDTHTRS0t0tuCTuo若合闸时输出为若合闸时输出为 0，将保持，将保持0若合闸时输出为
17、若合闸时输出为 1，输出会自动回到零输出会自动回到零370t0tuCTuoui0t48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS由以上分析可以看出：由以上分析可以看出：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,其其宽度宽度 TW 由由 RT CT 决定决定。按下按下S 自动返回自动返回 38JJ红红白白D1D248162357uouiVCCRRTCTDTHTRS洗相曝光定时器洗相曝光定时器按一下按一下按钮按钮 S未按未按uo0J的线圈的线圈不通电不通电J 的接点的接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白灯亮的时间即为曝光时间白灯
18、亮的时间即为曝光时间 TW。TW =1.1 RT CT按着按着S忘了松手忘了松手,会怎麽会怎麽样样?39例例4：多谐振荡器多谐振荡器:简易电子琴电路简易电子琴电路0tuouC0t前面例前面例1已说明了如何用已说明了如何用555 定时器构成定时器构成多谐振荡器多谐振荡器:48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC40 设电容设电容C 原先未充电原先未充电,故故 UTH =UTR 2VCC/3,立即立即 uo=0,同时同时555内的管内的管 T 导通，电容导通，电容 C 经经 R2 7#管脚管脚 T 1#管脚管脚放电一直至放电一直至VCC/3，使得使得uo 回到回到 1，进入循环，进入循环.t0uouC0t4148162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC0tuouC0t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 T1T24248162357R1C555uoVCCR21R28S8S1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的阻值来改变输出方波的周期波的周期,使外接的喇叭发出不同的音调使外接的喇叭发出不同的音调。43第六章第六章 结束结束电子技术电子技术数字电路部分数字电路部分44