第7章脉冲信号的产生与整形模板.ppt

,第7章脉冲信号的产生与整形,概述,555定时器及其应用,本章小结,施密特触发器,单稳态触发器,多谐振荡器,主要要求：,了解脉冲信号产生与整形的方法。,7.1概述,掌握施密特触发器和单稳态触发器的作用。,常用的有施密特触发器和单稳态触发器。,获取脉冲信号的方法,脉冲信号产生与整形电路的实现,是一种多用途集成电路，只要外接少量阻容元件就可构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等，使用方便、灵活，应用广泛。,施密特触发器,主要用以将缓慢变化或快速变化的非矩形脉冲变换成陡峭的矩形脉冲。,单稳态触发器,主要用以将宽度不符合要求的脉冲变换成符合要求的矩形脉冲。,主要要求：,了解555定时器的电路结构，掌握其符号和功能。,7.2555定时器及其应用,555定时器是一种结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路。它电源电压范围宽(双极型555定时器为516V，CMOS555定时器为318V)，可提供与TTL及CMOS数字电路兼容的接口电平，还可输出一定功率，驱动微电机、指示灯、扬声器等。TTL单定时器型号的最后3位数字为555，双定时器的为556；CMOS单定时器的最后4位数为7555，双定时器的为7556。,一、555定时器简介,二、555定时器的电路结构与逻辑功能示意图,集电极开路输出端,构成电阻分压器，为比较器C1、C2提供两个参考电压，UR1=2/3VCC，UR2=1/3VCC。,输出缓冲器OUT=Q,构成基本RS触发器，决定电路输出。,三、555定时器的工作原理与逻辑功能,定时器5G555的功能表,定时器5G555的功能表,三、555定时器的工作原理与逻辑功能,定时器5G555的功能表,三、555定时器的工作原理与逻辑功能,定时器5G555的功能表,三、555定时器的工作原理与逻辑功能,简化功能表,使用要点,通常不用CO端，为了提高电路工作稳定性，将其通过0.01F电容接地。,主要要求：,掌握555定时器组成的施密特触发器及其工作原理。,7.3施密特触发器,了解集成施密特触发器，了解触发器的应用。,一、施密特触发器的特性和逻辑符号,UT=,UT+-UT-,回差电压,施密特触发器工作特点,正向阈值电压,负向阈值电压,当uI从小增大时，经过UT+处才能使输出发生跃变。,当uI从大减小时，经过UT-处才能使输出发生跃变。,SchmittTrigger,具有施密特特性的与非门符号,二、用555定时器组成施密特触发器,电压传输特性为反相输出的滞回特性,UT+=2/3VCCUT-=1/3VCCUT=UT+-UT-=1/3VCC,例试对应输入波形画出下图中输出波形。,+12V,解：,UT+=2/3VCC=8V,UT-=1/3VCC=4V,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,三、集成施密特触发器,1.TTL集成施密特触发器,2.CMOS集成施密特触发器,四、施密特触发器的应用,波形变换,将三角波、正弦波和其它不规则信号变换成矩形脉冲。,脉冲整形,将受到干扰的或不符合边沿要求的信号整形成较好的矩形脉冲。,脉冲幅度鉴别,鉴别并取出幅度大于UT+的脉冲。,主要要求：,掌握555定时器组成的单稳态触发器电路及其工作原理。,7.4单稳态触发器,了解施密特触发器组成的单稳态触发器电路及其工作原理。,了解集成单稳态触发器的逻辑功能与应用。,一、单稳态触发器的工作特点与电路符号,有一个稳态和一个暂稳态。无外触发脉冲输入时，电路处于稳态；在外触发脉冲作用下，电路将从稳态翻转到暂稳态，经一段时间后，电路又自动返回到原来的稳态。,工作特点,暂稳态时间长短取决于电路本身的参数，与外加触发脉冲无关。,monostableflip-flop,单稳态触发器,暂稳态期间如再次被触发，对原暂稳时间无影响，输出脉冲宽度tW仍从第一次触发开始计算。,暂稳态期间如再次被触发，输出脉冲宽度可在此前暂稳态时间的基础上再展宽tW。,下面通过工作波形的分析来说明可重复触发型和不可重复触发型触发器的区别。,单稳工作波形举例,暂稳态期间不能再次触发。,暂稳态期间能再次触发。其输出脉宽将在原暂稳态时间基础上再展宽tW。,二、用555定时器组成单稳态触发器,(一)电路结构,R、C为定时元件,(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1/3VCC)。,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1s的正脉冲，R=27k，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tWO1.1RC,故可取标称值33F。,估算公式tWO1.1RC,三、集成单稳态触发器,外接元件和连线少，触发方式灵活，既可用输入脉冲的正跃变触发，又可用负跃变触发，使用十分方便，而且工作稳定性好。因此应用很广泛。,TTL非重触发型单稳态触发器CT74121,有3个触发信号输入端，TR-A和TR-B用负脉冲触发，TR+用正脉冲触发。,有2个互补输出端,RICXRX/CX,不可重复触发型单稳的限定符号,外接定时元件端,“”号表示非逻辑连接，即没有任何逻辑信息的连接，例如外接R、C和VCC等。,如何使用Rint、Cext和Rext/Cext端？,那么CT74121的触发信号应如何加呢？,通过对CT74121功能表的分析就可知道触发端的用法。,欲负脉冲触发，则将触发脉冲从TR-A或TR-B加入，而TR+接1。,欲正脉冲触发，则将触发脉冲从TR+加入，而TR-A和TR-B至少有一接0。,CT74121的工作波形,2.可重复触发单稳态触发器CC74HC123,CC74HC123由两个独立的可重复触发单稳组成。,外接定时元件端,CC74HC123的功能表,CC74HC123的工作波形,欲得宽脉冲，可重复触发；欲得窄脉冲，可加复位信号。,四、用施密特触发器组成单稳态触发器,五、单稳态触发器的应用,经过长距离传输后，脉冲信号的边沿会变差或波形上叠加某些干扰，利用整形可使其变成符合要求的波形。,2.脉冲定时,1.脉冲整形,因此，利用单稳态触发器可以控制门开通与否以及开通多长时间。,门的定时时间即为单稳态触发器的暂稳态持续时间。,uC为与门G开通与否的控制信号。uC=1，门G开通，信号uB通过门G输出；uC=0，门G关闭，uB不能输出。,若已知Rext=10k，Cext=1F则可得tW0.7RextCext=7ms,3.脉冲展宽,主要要求：,掌握555定时器组成的多谐振荡器电路及其工作原理。,7.5多谐振荡器,了解施密特触发器组成的多谐振荡器电路及其工作原理。,了解门电路组成的多谐振荡器电路及其工作原理。,即距形脉冲产生电路，由于距形脉冲中含有丰富的谐波分量，故常称多谐振荡器。,(1)不需输入信号。(2)无稳定状态，只有两个暂稳态。,一、多谐振荡器的工作特点与逻辑符号,通过电容的充电和放电，使两个暂稳态相互交替，从而产生自激振荡，输出周期性的矩形脉冲信号。,工作特点,AstableMultivibrator,二、用555定时器组成多谐振荡器,(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,tWH0.7(R1+R2)CtWL0.7R2CT=tWH+tWL0.7(R1+2R2)C,占空比可调的多谐振荡器,tWH0.7R1CtWL0.7R2CT=tWH+tWL0.7(R1+R2)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,温度报警电路,模拟声响电路,三、对称多谐振荡器,形成正反馈回路,输出波形,三、对称多谐振荡器,工作原理,设电路已开始振荡。当t=t1时，uI2=UTH，G2开通，uO2=UOL，使uI1t1后，uO1=UOH经RF2、G2的输出电阻对C1反向充电，uI2下降；同时，uO1=UOH经RF1、G2的输出电阻对C2充电，uI1增大。,三、对称多谐振荡器,工作原理,三、对称多谐振荡器,工作原理,tt2后，uO2=UOH经RF1、G1的输出电阻对C2充电，使uI1下降；同时，uO2=UOH经RF2、G1的输出电阻对C1充电，使uI2增大。,三、对称多谐振荡器,工作原理,使G2开通，uO2=UOL，uI1UTH，G1关闭，uO1=UOH，电路进入另一个暂稳态。,三、对称多谐振荡器,工作原理,uO1的高电平又经RF1、C2和G2的输出电阻对C2进行充电，uI1升高。当t=t4时，uI1=UTH，G1开通，则G2关闭，电路返回第一个暂稳态。由于电容C1和C2交替充电和放电，使两个暂稳态相互交替，从而输出周期性矩形脉冲。,三、对称多谐振荡器,振荡周期的估算,取RF1=RF2=RF，C1=C2=C，UTH=1.4V，UOH=3.6V，UOL=0.3V则可输出占空比50%的矩形波。,T=2tW1.4RFC,脉冲宽度,三、对称多谐振荡器,1.要求CMOS非门G1和G2都工作在电压传输特性的转折区。2.静态时uO1=uI1=UTH=VDD/2uI2=uO1=VDD/2,一、电路组成,四、不对称多谐振荡器,二、工作原理,输出波形,四、不对称多谐振荡器,二、工作原理,设电路已经开始振荡。tt1时，uI1UTH，G1关闭，uO1=VDD，G2开通，uO2=UOL。uO1=VDD经RF对C充电，uI1增大。在tt1时，uI1上升到G1的UTH时，电路产生正反馈过程。,最终G1开通，uO1由高电平VDD跃到低电平，使G2关闭，uO2则由低电平跃到高电平VDD。电路进入第1个暂稳态。,四、不对称多谐振荡器,二、工作原理,四、不对称多谐振荡器,二、工作原理,最终G1关闭，uO1由低电平跃到高电平VDD，G2开通，uO2则由高电平VDD跃到低电平。经电容耦合，使uI1负跃到小于G1的UTH，电路进入另一个暂稳态。,uO2的高电平经C、RF和G1的输出电阻对C进行反向充电，uI1随之下降。在tt2时，uI1下降到G1的UTH时，电路又产生另一个正反馈过程。,四、不对称多谐振荡器,二、工作原理,uO1的高电平又经C、RF和G2的输出电阻对C进行充电，uI1随之升高。在tt3时，uI1上升到G1的UTH，G1开通，G2关闭，电路返回到第一个暂稳态。,由于电容C周而复始地进行充、放电，使两个暂稳态相互交替，从而输出周期性的矩形脉冲。,四、不对称多谐振荡器,三、振荡周期的估算,振荡周期的估算,当UTH=VDD/2时，,T1.4RFC,四、不对称多谐振荡器,五、用施密特触发器组成多谐振荡器,设电容初始电压uC(0)=0。则接通电源后uO输出高电平UOH，输出端通过R向电容C充电，使uC升高。,工作原理,0,UOH,充电,当uC上升到UT+时，施密特触发器状态翻转，uO跃变为低电平UOL。这时C经R和施密特触发器的输出电阻RO放电，使uC下降。,uCUT+,UOL,五、用施密特触发器组成多谐振荡器,设电容初始电压uC(0)=0。则接通电源后uO输出高电平UOH，输出端通过R向电容C充电，使uC升高。,工作原理,当uC上升到UT+时，施密特触发器状态翻转，uO跃变为低电平UOL。这时C经R和施密特触发器的输出电阻RO放电，使uC下降。,电容如此周而复始地充电和放电，电路便产生了振荡，输出周期性矩形波。,振荡频率与充放电元件值R、C及VDD、UT+、UT-有关。,六、石英晶体多谐振荡器,振荡频率稳定,RF,通常取510M，使G1门工作在电压传输特性的转折区，使G1门放大工作。,选频和形成正反馈。,振荡频率晶体频率,采用CMOS门,调节C1可微调振荡频率；调节C1、C2比值可调节反馈系数。,六、石英晶体多谐振荡器,六、石英晶体多谐振荡器,TTL石英晶体多谐振荡器,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