第五章-脉冲信号的产生与整形课件

第五章脉冲信号的产生与整形§5.1概述§5.2单脉冲的产生§5.3多谐振荡器§5.4单稳态触发器§5.5555定时器及其应用第五章脉冲信号的产生与整形§5.1概述1§5.1概述数字电路区别于模拟电路的主要特点之一是：它的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(矩形波)。如何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。§5.1概述数字电路区别于模拟电路的主要特点之一是：最2§5.2单脉冲的产生+VCCFS按钮按放一次，便产生一个单脉冲。

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。§5.2单脉冲的产生+VCCFS按钮按放一3不按按钮时，Q＝0；按下按钮时，锁定器翻转，Q＝1；松开按钮后，回到Q＝0。可见：按钮动作一次，Q端就输出一个正脉冲。QQ工作原理：&&S＋5VQQ改进的单脉冲发生电路不按按钮时，Q＝0；按下按钮时，锁定器翻转，Q＝1；松开按4§5.3多谐振荡器多谐振荡器,它可以由分立元件构成，也可以由集成电路构成，本节只讨论由集成电路构成多谐振荡器。5.3.1环形振荡器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:&&&321uo3uo2uo1§5.3多谐振荡器多谐振荡器,它可以由分立元件构成，也可5设uo3的初始状态为0:010101用波形图来表示uo3，则为：0tuo3优点:电路结构简单，所用元件少。缺点:

频率太高，并且不可调整。&&&321uo3uo2uo1工作原理：01100设uo3的初始状态为0:010101用波形图来表示uo6改进方法：在原电路的基础上添加RC延时电路，便可以克服上图的不足。&&&321uo3uo2uo1A123RRS100Cuo1uouo2改进方法：在原电路的基础上添加RC延时电路，便可以克服上7工作原理A123RRS100Cuo1uouo2t0tuo0tuo20tuo10UTU110110001uA工作原理A123RRS100Cuo1uouo2t0tuo08A123RRS100Cuo1uouo2T输出信号的周期近似为:T=2.2RCt0tuo0tuo20tuo10uAUTA123RRS100Cuo1uouo2T输出信号的周期近似95.3.2RC耦合式振荡器0t0t0t0tuo1uR1uR2uo2UTUTR212R1C2C1uR2uR1uo2uo112R1R2C1C2uR2uR1uo2uo1

微分电路5.3.2RC耦合式振荡器0t0t0t0tuo1uR1u10该电路有两个缺点:1.不容易起振;2.电路振荡频率的稳定性较差,容易受温度、元件性能、电源波动等因素的影响。为便于起振，将两个电阻改接成如图(b)示。(a)R212R1C2C1uR2uR1uo2uo112R1R2C2C1uo2uo1(b)只要适当选择它们的大小，使两个与非门的静态工作点均处于转移特性的中点，起振便比较容易。该电路有两个缺点:1.不容易起振;2.电路振荡频率的11(a)R212R1C2C1uR2uR1uo2uo112R1R2C2C1uo2uo1(b)为获得稳定的振荡频率,可在振荡电路中串接石英晶体，组成石英晶体振荡器，如图(c)所示。12R1R2C2C1uo石英晶体(c)(a)R212R1C2C1uR2uR1uo2uo112R12石英晶体的化学成分是SiO2,晶格结构为各向异性，是一种具有压电效应的晶体。由石英晶体的阻抗与频率特性曲线可见石英晶体的选频特性很好。fXX>0感性X<0容性0石英晶体的阻抗与频率特性石英晶体的等效电路石英晶体的化学成分是SiO2,晶格结构为各向异性，是一种具13在晶体切片的两个对应面上加上交变电压时,晶体会出现机械变形振动并产生交变电场,这种现象就是压电效应。当外加电压的频率与晶体的固有频率相同时,其机械变形的幅度和交变电场幅度就都达最大,发生压电谐振。晶体的固有频率：取决於晶体的几何尺寸。压电效应:在晶体切片的两个对应面上加上交变电压时,晶体会出现压电效应:14石英晶体振荡器常用作数字系统的基准信号。uo12R1R2C2C1石英晶体其振荡频率主要取决于石英晶体的固有频率石英晶体振荡器常用作数字系统的基准信号。uo12R1R2C15§5.4单稳态触发器单稳态触发器简称“单稳”。单稳的突出特点是：输出端只有一个稳定状态，另一个状态则是暂稳态。加入触发信号后,它可以由稳定状态转入暂稳态，但是，经过一定时间以后，它又会自动返回原来的稳定状态。稳定状态稳定状态暂稳态自动返回外部触发学习的重点：为什么会自动返回？需多少时间？§5.4单稳态触发器单稳态触发器简称“单稳”。单稳的突165.4.1积分型单稳态触发器的工作原理0tuiuo1uAuo20t0t0tt1在ui脉冲到来以前，uo1是高电平，uo2是高电平。Auo1uo2RC12uiui

正跳变uo1负跳变

uA不突变C放电uA下降直到UTuo2负跳变uo2上跳；uA继续下降UT5.4.1积分型单稳态触发器的工作原理0tuiuo1uA17Auo1uo2RC12ui

回答:有!…...讨论：对uA的放电快慢有无约束?t30tuiuo1uAuo20t0t0tt1UTt2原因：若C的放电太慢，在t1~t3期间，变量uA>UT,在图中所示的情况下，uo2的上升边将由ui的下降边控制，故必须改进电路!Auo1uo2RC12ui回答:有!…...讨论：对18(a)Auo1uo2RC12ui(b)uo1uo2RC12uiA&ui'34uo4

(a)Auo1uo2RC12ui(b)uo1uo219uo1uo2RC12uiA&ui'34uo4

0100111010110101uo1uo2RC12uiA&ui'34uo40100111205.4.2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、定时顺序控制等等。例如“延时控制”:QAQCQBQDCPCLRRS0S1ABCDEFGH74LS194(1)R2C2AQ2R1C1AQ1B+5V移位输入DW1DW2时钟QAQCQBQDCPCLRRS0S174LS194(1)R1、C1、R2、C2用于调节延长的时间。5.4.2单稳态触发器的应用单稳的应用多种多样，如：整形21CPABCDEFGHQ1Q2t1t0t2t3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移位寄存器串行输入为1循环重新开始CPABCDEFGHQ1Q2t1t0t2t3用波形图表示如下22§5.5555定时器及其应用555定时器的特点：是将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。它使用方便，带负载能力较强，目前得到了非常广泛的应用。5.5.1555定时器的工作原理首先介绍555定时器的内部电路结构。§5.5555定时器及其应用555定时器的特点：是将模拟23555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;（2）两个电压比较器:A1、A2;（3）一个RS触发器;（4）一个反相器和一个晶体管T。RSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR555定时器的内部电路图555定时器的内部电路包括以下几部分：（1）一个由三个相24RSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR555定时器的内部电路图12345678555VCCDTHCOGNDTRUoRD电源放电阈值电控压制地触发输出复位电源电压范围:4.5V~18V三个电阻构成的分压器给两个比较器提供基准电压:A1的为2VCC/3,A2的为VCC/3。RSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87625RSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR阈值端触发端RSQ1001000101保持保持Q11禁止禁止RS触发器功能表101000阈值端触发端THTRRS比较的结果<2VCC

/3<2VCC

/3>VCC

/3<VCC

/3>VCC

/3>2VCC

/3TQuo保持0110保持保持导通截止RDRSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87626阈值端触发端THTR<2VCC

/3>VCC

/3>2VCC

/3<2VCC

/3<VCC

/3>VCC

/3保持保持RD晶体管Tuo0111001导通导通截止RSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR555的功能表VCC

/32VCC

/3阈值端触发端THTR<2VCC/3>VCC/3>2V27例1：多谐振荡器

4816235CVCCuo5557THTRVCC

/32VCC

/35.5.2555定时器的应用例1：多谐振荡器4816235CVCCuo5557THTR28例2：

双稳态触发器:微电机起动停车控制电路。S1

:起动按钮S2

:停车按钮4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微电机555例2：双稳态触发器:微电机起动停车控制电路。S1:29按下启动按钮S1（未按S2）

即使放开S1,UTR、UTH仍满足上述条件，电机继续转动。这时如果松开S2,电机仍不转动。4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微电机555启动过程：停车过程：故uo=1,电机转动。按下停车按钮S2（未按S1）

故uo=0,电机停转。按下启动按钮S1（未按S2）即使放开S1,UTR30例2：

双稳态触发器:微电机起动停车控制电路改进。S1

:起动按钮S2

:停车按钮4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微电机555例2：双稳态触发器:微电机起动停车控制电路改进。S1:31例3：

单稳态触发器:洗相曝光定时器。若S打开。输出总为048162357uouiVCCRRTCTDTHTRS0t0tuCTuo若合闸时输出为0，将保持0若合闸时输出为1，输出会自动回到零例3：单稳态触发器:洗相曝光定时器。若S打开。输出总320t0tuCTuoui0t48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS由以上分析可以看出：按钮每按动一次，uo便输出一个正脉冲,其宽度TW

由RTCT决定。按下S<<uo=1T截止C充电松开S>>自动返回<>0t0tuCTuoui0t48162357uouiVCCRR33JJ~红白D1D248162357uouiVCCRRTCTDTHTRS洗相曝光定时器按一下按钮

S未按uo0J的线圈不通电J的接点不动作红灯白灯亮灭1通电闭合亮灭白灯亮的时间即为曝光时间TW

。TW

=1.1RT

CT按着S忘了松手,会怎麽样?JJ~红白D1D248162357uouiVCCRRTCTD34例4：

多谐振荡器:简易电子琴电路0tuouC0t前面例1已说明了如何用555定时器构成多谐振荡器:48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC例4：多谐振荡器:简易电子琴电路0tuouC0t前面例135设电容C原先未充电,故UTH=UTR<VCC/3,此时uo=1，555内的晶体管T截止,电源通过R1和R2对电容C充电。在uC没有充电到2VCC/3之前，uo

保持1不变。48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC一旦uC充至2VCC/3，则UTH=UTR>2VCC/3,立即uo=0,同时555内的管T导通，电容C经R2

7#管脚T1#管脚放电一直至VCC/3，使得uo回到1，进入循环......t0uouC0t设电容C原先未充电,故UTH=UTR<3648162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC0tuouC0t输出方波的周期

T的计算:T=T1+T2=0.7(R1+2R2)CT1T248162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC0t3748162357R1C555uoVCCR21R28S8S1简易电子琴电路图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,使外接的喇叭发出不同的音调。48162357R1C555uoVCCR21R28S8S1简38第五章结束数字电子技术第五章数字电子技术39第五章脉冲信号的产生与整形§5.1概述§5.2单脉冲的产生§5.3多谐振荡器§5.4单稳态触发器§5.5555定时器及其应用第五章脉冲信号的产生与整形§5.1概述40§5.1概述数字电路区别于模拟电路的主要特点之一是：它的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(矩形波)。如何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。§5.1概述数字电路区别于模拟电路的主要特点之一是：最41§5.2单脉冲的产生+VCCFS按钮按放一次，便产生一个单脉冲。

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。§5.2单脉冲的产生+VCCFS按钮按放一42不按按钮时，Q＝0；按下按钮时，锁定器翻转，Q＝1；松开按钮后，回到Q＝0。可见：按钮动作一次，Q端就输出一个正脉冲。QQ工作原理：&&S＋5VQQ改进的单脉冲发生电路不按按钮时，Q＝0；按下按钮时，锁定器翻转，Q＝1；松开按43§5.3多谐振荡器多谐振荡器,它可以由分立元件构成，也可以由集成电路构成，本节只讨论由集成电路构成多谐振荡器。5.3.1环形振荡器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:&&&321uo3uo2uo1§5.3多谐振荡器多谐振荡器,它可以由分立元件构成，也可44设uo3的初始状态为0:010101用波形图来表示uo3，则为：0tuo3优点:电路结构简单，所用元件少。缺点:

频率太高，并且不可调整。&&&321uo3uo2uo1工作原理：01100设uo3的初始状态为0:010101用波形图来表示uo45改进方法：在原电路的基础上添加RC延时电路，便可以克服上图的不足。&&&321uo3uo2uo1A123RRS100Cuo1uouo2改进方法：在原电路的基础上添加RC延时电路，便可以克服上46工作原理A123RRS100Cuo1uouo2t0tuo0tuo20tuo10UTU110110001uA工作原理A123RRS100Cuo1uouo2t0tuo047A123RRS100Cuo1uouo2T输出信号的周期近似为:T=2.2RCt0tuo0tuo20tuo10uAUTA123RRS100Cuo1uouo2T输出信号的周期近似485.3.2RC耦合式振荡器0t0t0t0tuo1uR1uR2uo2UTUTR212R1C2C1uR2uR1uo2uo112R1R2C1C2uR2uR1uo2uo1

微分电路5.3.2RC耦合式振荡器0t0t0t0tuo1uR1u49该电路有两个缺点:1.不容易起振;2.电路振荡频率的稳定性较差,容易受温度、元件性能、电源波动等因素的影响。为便于起振，将两个电阻改接成如图(b)示。(a)R212R1C2C1uR2uR1uo2uo112R1R2C2C1uo2uo1(b)只要适当选择它们的大小，使两个与非门的静态工作点均处于转移特性的中点，起振便比较容易。该电路有两个缺点:1.不容易起振;2.电路振荡频率的50(a)R212R1C2C1uR2uR1uo2uo112R1R2C2C1uo2uo1(b)为获得稳定的振荡频率,可在振荡电路中串接石英晶体，组成石英晶体振荡器，如图(c)所示。12R1R2C2C1uo石英晶体(c)(a)R212R1C2C1uR2uR1uo2uo112R51石英晶体的化学成分是SiO2,晶格结构为各向异性，是一种具有压电效应的晶体。由石英晶体的阻抗与频率特性曲线可见石英晶体的选频特性很好。fXX>0感性X<0容性0石英晶体的阻抗与频率特性石英晶体的等效电路石英晶体的化学成分是SiO2,晶格结构为各向异性，是一种具52在晶体切片的两个对应面上加上交变电压时,晶体会出现机械变形振动并产生交变电场,这种现象就是压电效应。当外加电压的频率与晶体的固有频率相同时,其机械变形的幅度和交变电场幅度就都达最大,发生压电谐振。晶体的固有频率：取决於晶体的几何尺寸。压电效应:在晶体切片的两个对应面上加上交变电压时,晶体会出现压电效应:53石英晶体振荡器常用作数字系统的基准信号。uo12R1R2C2C1石英晶体其振荡频率主要取决于石英晶体的固有频率石英晶体振荡器常用作数字系统的基准信号。uo12R1R2C54§5.4单稳态触发器单稳态触发器简称“单稳”。单稳的突出特点是：输出端只有一个稳定状态，另一个状态则是暂稳态。加入触发信号后,它可以由稳定状态转入暂稳态，但是，经过一定时间以后，它又会自动返回原来的稳定状态。稳定状态稳定状态暂稳态自动返回外部触发学习的重点：为什么会自动返回？需多少时间？§5.4单稳态触发器单稳态触发器简称“单稳”。单稳的突555.4.1积分型单稳态触发器的工作原理0tuiuo1uAuo20t0t0tt1在ui脉冲到来以前，uo1是高电平，uo2是高电平。Auo1uo2RC12uiui

正跳变uo1负跳变

uA不突变C放电uA下降直到UTuo2负跳变uo2上跳；uA继续下降UT5.4.1积分型单稳态触发器的工作原理0tuiuo1uA56Auo1uo2RC12ui

回答:有!…...讨论：对uA的放电快慢有无约束?t30tuiuo1uAuo20t0t0tt1UTt2原因：若C的放电太慢，在t1~t3期间，变量uA>UT,在图中所示的情况下，uo2的上升边将由ui的下降边控制，故必须改进电路!Auo1uo2RC12ui回答:有!…...讨论：对57(a)Auo1uo2RC12ui(b)uo1uo2RC12uiA&ui'34uo4

(a)Auo1uo2RC12ui(b)uo1uo258uo1uo2RC12uiA&ui'34uo4

0100111010110101uo1uo2RC12uiA&ui'34uo40100111595.4.2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、定时顺序控制等等。例如“延时控制”:QAQCQBQDCPCLRRS0S1ABCDEFGH74LS194(1)R2C2AQ2R1C1AQ1B+5V移位输入DW1DW2时钟QAQCQBQDCPCLRRS0S174LS194(1)R1、C1、R2、C2用于调节延长的时间。5.4.2单稳态触发器的应用单稳的应用多种多样，如：整形60CPABCDEFGHQ1Q2t1t0t2t3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移位寄存器串行输入为1循环重新开始CPABCDEFGHQ1Q2t1t0t2t3用波形图表示如下61§5.5555定时器及其应用555定时器的特点：是将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。它使用方便，带负载能力较强，目前得到了非常广泛的应用。5.5.1555定时器的工作原理首先介绍555定时器的内部电路结构。§5.5555定时器及其应用555定时器的特点：是将模拟62555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;（2）两个电压比较器:A1、A2;（3）一个RS触发器;（4）一个反相器和一个晶体管T。RSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR555定时器的内部电路图555定时器的内部电路包括以下几部分：（1）一个由三个相63RSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR555定时器的内部电路图12345678555VCCDTHCOGNDTRUoRD电源放电阈值电控压制地触发输出复位电源电压范围:4.5V~18V三个电阻构成的分压器给两个比较器提供基准电压:A1的为2VCC/3,A2的为VCC/3。RSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87664RSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR阈值端触发端RSQ1001000101保持保持Q11禁止禁止RS触发器功能表101000阈值端触发端THTRRS比较的结果<2VCC

/3<2VCC

/3>VCC

/3<VCC

/3>VCC

/3>2VCC

/3TQuo保持0110保持保持导通截止RDRSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87665阈值端触发端THTR<2VCC

/3>VCC

/3>2VCC

/3<2VCC

/3<VCC

/3>VCC

/3保持保持RD晶体管Tuo0111001导通导通截止RSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR555的功能表VCC

/32VCC

/3阈值端触发端THTR<2VCC/3>VCC/3>2V66例1：多谐振荡器

4816235CVCCuo5557THTRVCC

/32VCC

/35.5.2555定时器的应用例1：多谐振荡器4816235CVCCuo5557THTR67例2：

双稳态触发器:微电机起动停车控制电路。S1

:起动按钮S2

:停车按钮4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微电机555例2：双稳态触发器:微电机起动停车控制电路。S1:68按下启动按钮S1（未按S2）

即使放开S1,UTR、UTH仍满足上述条件，电机继续转动。这时如果松开S2,电机仍不转动。4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微电机555启动过程：停车过程：故uo=1,电机转动。按下停车按钮S2（未按S1）

故uo=0,电机停转。按下启动按钮S1（未按S2）即使放开S1,UTR69例2：

双稳态触发器:微电机起动停车控制电路改进。S1

:起动按钮S2

:停车按钮4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微电机555例2：双稳态触发器:微电机起动停车控制电路改进。S1:70例3：

单稳态触发器:洗相曝光定时器。若S打开。输出总为048162357uouiVCCRRTCTDTHTRS0t0tu