电工基础与测量触发器和时序逻辑电路定时器及其应用PPT课件

1 第14章触发器和时序逻辑电路 广东水利电力职业技术学院电力工程系 供用电技术专业 2 第14章触发器和时序逻辑电路 本章介绍时序逻辑电路 简称时序电路 的内容 所谓时序逻辑电路从逻辑功能上来看 任一时刻的输出不仅取决该时刻的输入信号 还取决于电路原来的状态 从电路结构上来看 不仅包含组合逻辑电路 更重要的是还必须有存储电路 存储电路用来保存电路的状态 所以说时序逻辑电路具有记忆性 实现记忆功能的基本逻辑单元是触发器 下面首先介绍触发器 3 3 14 4555定时器及其应用555定时器是一种数字 模拟混合的中规模集成电路 其内部电路结构简单 外部各功能端运用灵活 在波形的产生与变换 测量与控制 家用电器和电子玩具等领域中都有广泛的应用 如在波形和变换的产生方面 只需附加少量外部元件即可构成单稳态触发器 多谐振荡器和施密特触发器等电路 14 4 1555定时器常用的555定时器有TTL类型的CB555和COMS类型的CC7555等 这两种型号的功能和外部引脚排列完全相同 下面以CB555为例介绍555定时器的基本功能 CB555的电路和引脚排如图14 4 1所示 它包括三个5k 的电阻组成的分压器 两个电压比较器C1和C2 一个SR锁存器 一个与非门 一个非门和一个放电晶体管T 如果5脚接固定的电压VCO 则比较器C1的参考电压 加在同相输入端 C2的参考电压 加在反相输入端 如果5脚悬空不用时 则 4 图14 33CB555的电路图和引脚排图 5 5 是低电平有效的置零输入端 当 0时 输出端vO立即被置零 不受其他输入端状态的影响 正常工作时 必须使 1 由图14 4 1可知 输出端vO VOD的状态取决于SR锁存器Q端状态 而Q端状态又取决于vI1和vI2分别与VR1和VR2比较结果vC1 vC2的状态 下面分析vI1 vI2分别与VR1 VR2在不同比较情况下BC555定时器的输出状态 1 当vI1 VR1 vI2 VR2时 比较器C1的输出vC1 0 C2输出的vC2 1 由于SR锁存器的输入端是以低电平为有效信号 故SR锁存器被置为0 所以输出端vO为低电平 放电三极管T的基极为高电平而导通 2 当vI1VR2时 vC1 1 vC2 1 SR锁存器的状态不变 因此输出端vO的状态和放电三极管T的状态维持不变 3 当vI1VR1 vI2 VR2时 vC1 0 vC2 0 SR锁存器的状态为 故输出端vO为高电平 而放电三极管T处于截止状态 由上述的分析得表14 15所示的CB555功能表 6 6 表14 15CB555的功能表 14 4 2由555定时器组成的单稳态触发器单稳态触发器有一个稳定状态和一个暂稳状态 当没有外加触发信号时 触发器处于稳态 只有当外加触发信号时 触发器才从稳态翻转到暂稳状态 但经过一定时间后自动返回到稳定状态 暂稳状态持续的时间只与电路自身参数决定 与外触发信号无关 图14 34 a 是由CB555定时器组成的单稳态触发器 R和C是外接元件 触发脉冲由vI2端输入 由于5脚没有外接参考电压 故有 7 7 为防止高频噪声干扰 5脚对地接有0 01 F的高频旁路电容 设触发脉冲波形如图14 34 b 所示 低电平为有效信号 高电平时vI VR2 在t1时刻之前触发脉冲为高电平 即vI VR2 故比较器C2的输出为vC2 1 接通电源瞬间锁存的状态是随机的 若锁存器为Q 0的状态 则晶体管T饱和导通 vC 0V 故C1的输出也为vC1 1 锁存器保持在Q 0的状态 所以输出稳定在vO 0的状态 若通电源瞬间锁存器为Q 1的状态 则晶体管T截止 VCC通过R对电容C充电 当vC上升略高于VR1时 C1的输出为vC1 0 于是锁存器被置0 Q 0 同时 T饱和导通 电容C经T迅速放电 使得vC 0V 此时 vC1 vC12 1 锁存器保持在Q 0的状态 故输出也稳定在vO 0的状态 总之 接通电源后电路将自动处于Q 0 vO 0的稳定状态 8 8 a 电路图 b 波形图图14 34由555定时器组成的单稳态触发器 9 9 在t1时刻触发脉冲出现下降沿 有vI VR2 使得vC2 0 因这时仍有vC1 1 故将锁存器置为1 vO由0跳变为1 电路进入暂稳状态 这时放电管T截止 电源对电容充电 当vC上升略高于VR1时 有vC1 0 由于这时vI 1 有vC2 1 故锁存器被置为0 此后 T变为导通状态 电容C经T迅速放电 直至vC 0V 电路恢复到稳定状态 电路工作的波形见图14 34 b 由波形图可知 输出的矩形脉冲宽度TW等于电容电压从0上升到VR1所需的时间 因 故有 14 6 为了保证电路正常工作 输出脉冲宽度TW必须大于触发负脉冲的宽度 利用单稳态触发器可实现波形的变换和整形 如对图14 34 b 所示的输入脉冲波形 由式 14 6 可知 通过改变RC值可调节输出正脉冲的宽度TW 从而改变了正脉冲时间与脉冲周期的比值 占空比 又如图14 35中的输入信号是边沿不陡直 幅度不一致的波形 当vI VR2时 输出vO由0跳变为1 电路进入暂稳状态 经过TW时间后 vO再由1跳变为0 于是输出的是幅度和宽度都为一定的规则矩形波 这就单稳态触发器对波形的整形功能 10 10 14 4 3由555定时器组成的多谐振荡器多谐振荡器是一种基本的矩形波产生器 它是一种无稳态电路 在接通电源后不需要外加触发信号 在电路的振荡下就能输出一定频率的矩形脉冲 因为矩形波含有丰富的高次谐波 故称为多谐振荡器 图14 35单稳态触发器的整形功能 11 11 a 电路图 b 波形图图14 36由555定时器组成的多谐振荡器 12 12 图14 36 a 是由CB555定时器组成的多谐振荡器 电路中 接通电源VCC后 它经R1和R2对电容C充电 当电容电压vC上升略高于VR1时 比较器C1 C2的输出分别为vC1 0 vC2 1 故将锁存器置0 输出vO 0 与此同时 放电管T导通 电容C通过R2和T放电 vC下降 当vC下降略低于VR2时 比较器C1 C2的输出分别为vC1 1 vC2 0 故将锁存器置1 输出vO由0变为1 这时放电管T截止 VCC又经R1和R2对电容C充电 如此重复上述过程 输出vO为连续的矩形波 电路的工作波形见图14 36 b 图14 36 b 中T1为电容C充电的时间 有 14 7 T2为电容C放电的时间 有 14 8 所以电路的振荡周期为 14 9 振荡频率为 14 10 13 13 图14 37是由两个多谐振荡器构成的模拟声响发生电路 根据式 14 10 元件R1 R2 C1和 取适当的值 使第1个振荡器的频率为1HZ 第2个振荡器的频率为2kHZ 由于低频振荡器的输出端3接到高频振荡器的置0输入端 因此当低频振荡器1的输出电压vO1为高电平时 高频振荡器才能振荡 vO1为低电平时 高频振荡器停止振荡 这样扬声器便发出 鸣 鸣 的间断声响 vO1和vO2的波形如图所示 根据式 14 7 和式 14 8 可调节发声长短和间断时间 改变声响效果 图14 37模拟声响电路 14 14 14 4 4由555定时器组成的施密特触发器只需将CB555定时器的两个输入端vI1和vI2连在一起作为信号输入端 即可得施密特触发器 电路见图14 38 a 其中 下面分析电路的工作原理 1 vI从0升高的过程当vIVR1时 有vC1 0 vC2 1 锁存器置0 故vO 0 vO的跳变发生在vI VR1的处 2 vI从高降为0的过程当vI VR1时 有vC1 0 vC2 1 锁存器置0 故vO 0 当VR2 vI VR1时 有vC1 vC2 1 锁存器维持0状态 故vO保持0状态不变 当vI VR2时 有vC1 1 vC2 0 锁存器置1 故vO 1 vO的跳变发生在vI VR2的处 15 图14 38由555定时器组成的施密特触发器 16 16 由上述分析 可作出施密特触发器的电压传输特性 见图14 38 b 可见 电压传输特性曲线是不可逆的 vI从0升高过程 vO从1跳变到0时所对应的输入电压称为上限阈值电压 记为VT vI从高降为0过程 vO从0跳变到1时所对应的输入电压称为下限阈值电压 记为VT 这两阈值电压之差称为电路的回差电压 对于图14 38 a 的电路 回差电压为 14 11 如果在5脚端加上一个控制电压VCO 则 故 即可通过改变VCO的值调节回差电压的大小 施密特触发器常用于波形变换和整形 如在图14 39中输入信号是三角波 经施密特触发器后输出的是矩形脉冲