脉冲波形的产生与整形.ppt

第八章 脉冲波形的产生与整形 （the production and form-modulation of pulse waveform ）,8.1 概述,8.2 集成555定时器,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。其特征主要由以下几个参数来表征。,8.1 概述,主要要求：,了解脉冲信号产生与整形的方法。,了解 555 定时器的电路结构，掌握其符号和功能。,掌握用 555 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。,1、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，从脉冲前沿上升到0.5Um开始 到脉冲后沿下降到0.5Um为止的一段时间。,tr上升时间，脉冲前沿从0.1Um上升到0.9Um所需的时间。,tf下降时间，脉冲后沿从0.9Um上升到0.1Um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。,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：,（1）使用各种形式的矩形波发生电路产生矩形波。,（2）利用已有的周期性信号，通过整形电路变换为所需的矩形波信号。,8.2 集成555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,1、电阻分压器,2、电压比较器,3、基本RS触发器,4、CMOS开关V,特性方程：,/R为外部复位端，低电平有效,正常工作时，/R=1。 当/Q=0时，D2=1，D3=0，V截 止； 当/Q=1时，D2=0，D3=1，V导通。,8.2.3 工作原理,8.3 555构成的施密特触发器（Schmitt Trigger）,UT+ = 2/3 VCC UT- = 1/3 VCC UT = UT+ - UT- = 1/3 VCC,例 试对应输入波形画出下图中输出波形。,+12V,解：,UT+ = 2/3 VCC = 8 V,UT- = 1/3 VCC = 4 V,因此可画出输出波形为,电路构成反相输出的施密特触发器,8.4 555构成单稳态触发器（monostable flip-flop）,（一）、电路结构,(二)工作原理、工作波形与参数估算,1. 稳定状态,接通电源后 VCC 经 R 向 C 充电，使 uC 上升。,该电路触发信号为负脉冲，不加触发信号时，uI = UIH (应 1/3 VCC)。,工作原理,导通,2. 触发进入暂稳态,(二)工作原理、工作波形与参数估算,3. 自动返回稳定状态,(二)工作原理、工作波形与参数估算,2. 触发进入暂稳态,这时 uI 必须已恢复为高电平,例 用上述单稳态电路输出定时时间为1 s 的正脉冲，R = 27 k，试确定定时元件 C 的取值。,(二)工作原理、工作波形与参数估算,输出脉冲宽度 tW 即为暂稳态维持时间，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，且要求输入脉宽 tWI 小于输出脉宽 tWO 。,解：,因为 tWO 1.1 RC,故 可取标称值 33 F。,估算公式 tWO 1.1 RC,8.5 555构成的多谐振荡器（ Astable Multivibrator ）,（一）电路结构,(二)工作原理、工作波形与周期估算,UOH,工作原理,(二)工作原理、工作波形与周期估算,UOL,工作原理,(二)工作原理、工作波形与周期估算,工作原理,(二)工作原理、工作波形与周期估算,电容 C 如此循环充电和放电，使电路产生振荡，输出矩形脉冲。,周期与占空比估算,tWH 0.7 (R1 + R2)C tWL 0.7 R2C T = tWH + tWL 0.7 (R1 + 2R2)C,例 指出右图中控制扬声器鸣响与否和调节音调高低的分别是哪个电位器？若原来无声，如何调节才能鸣响？欲提高音调，又该如何调节？,解：,R1、R2、RP1 和 C 共同构成定时元件，因此调节 RP1 可调节音调高低。,欲提高音调，则应减小 RP1 ，因此触头应下移。,RP2,RP1,本章小结,施密特触发器和单稳态触发器是两种常用的整形电路，可将输入的周期信号整形成符合要求的同周期矩形脉冲。,施密特触发器具有回差特性，它有两个稳态状态，有两个不同的触发电平。,施密特触发器可将任意波形变换成矩形脉冲，输出脉冲宽度取决于输入信号的波形和 回差电压的大小。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谐振荡 器等。实用中，常选用集成施密特触发器 或 采用555 定时器构成施密特触发器。,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 R、C 定 时元件的数值，与输入信号没有关系。输入信 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的宽度。,单稳态触发器可将输入的触发脉冲变换为 宽度和幅度都符合要求的矩形脉冲，因此，常 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 或 采用 555 定时器构成单稳态触发器。,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。,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 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。改变 R、C 定时元件数值的大小，可调节振荡频率。,555 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 触发器和多谐振荡器等。此外，它还可组成其 它多种实用电路。由于 555 定时器使用方便、 灵活，有较强的负载能力和较高的触发灵