脉冲信号的产生与整形ppt课件

1、 学习要点：学习要点： 555定时器的任务原理及逻辑功能定时器的任务原理及逻辑功能 由由555定时器构成单稳、多谐、施密特定时器构成单稳、多谐、施密特 触发器的方法触发器的方法 6.1 由门电路构成的多谐振荡器由门电路构成的多谐振荡器 能产生矩形脉冲的自激振荡电路叫做多谐振荡器。 1 1、RCRC环形多谐振荡器环形多谐振荡器 0 (a) 电路图 & ui1 ui2 uo2 ui3 uo R RS C uo (ui1) uo2 ui3 t t t t (b) 波形图 0 0 0 G1G2 & G3 ui2 (uo1) UT t1t2t3 0 (a) 电路图 & ui1 ui2 uo2 ui3 u

2、o R RS C uo (ui1) uo2 ui3 t t t t (b) 波形图 0 0 0 G1G2 & G3 ui2 (uo1) UT t1t2t3 在t1时辰，ui1uo由0变为1，于是uo1ui2由1变为0，uo2由 0变为1。由于电容电压不能跃变，故ui3必定跟随ui2发生负跳变。 这个低电平坚持uo为1，以维持已进入的这个暂稳态。 在这个暂稳态期间，uo2高电平经过电阻R对电容C充电，使 ui3逐渐上升。在t2时辰，ui3上升到门电路的阈值电压UT，使uo ui1由1变为0，uo1ui2由0变为1，uo2由1变为0。同样由 于电容电压不能跃变，故ui3跟随ui2发生正跳变。这个高

3、电平坚 持uo为0。至此，第一个暂稳态终了，电路进入第二个暂稳态。 第一暂稳态及其自 动翻转的任务过程 0 (a) 电路图 & ui1 ui2 uo2 ui3 uo R RS C uo (ui1) uo2 ui3 t t t t (b) 波形图 0 0 0 G1G2 & G3 ui2 (uo1) UT t1t2t3 第二暂稳态及其自 动翻转的任务过程 在t2时辰，uo2变为低电平，电容C开场经过电阻R放电。随着放 电的进展，ui3逐渐下降。在t3时辰，ui3下降到UT，使uoui1 又由0变为1，第二个暂稳态终了，电路前往到第一个暂稳态， 又开场反复前面的过程。 造 成 振 荡 器 自 动 翻

4、 转 的 原 因 是 电 容 C 的 充 放 电 。 振 荡 周 期 为 ： T 2.2RC ui1 uo1 ui2 uo 0 (a) 电路图 & R C uo ui1 t t t (b) 波形图 0 0 G1G2 ui2 (uo1) UT t1t2t3 2 2、CMOSCMOS多谐振荡器多谐振荡器 在t1时辰， uo由0变为1，由于电容电压不能跃变，故ui1必定跟 随uo发生正跳变，于是ui2uo1由1变为0。这个低电平坚持uo 为1，以维持已进入的这个暂稳态。在这个暂稳态期间，电容C 经过电阻R放电，使ui1逐渐下降。在t2时辰，ui1上升到门电路的 开启电压UT，使uo1ui2由0变为1

5、，uo由1变为0。同样由于电 容电压不能跃变，故ui1跟随uo发生负跳变，于是ui2uo1由0 变为1。这个高电平坚持uo为0。至此，第一个暂稳态终了，电路 进入第二个暂稳态。 第一暂稳态及其自 动翻转的任务过程 ui1 uo1 ui2 uo 0 (a) 电路图 & R C uo ui1 t t t (b) 波形图 0 0 G1G2 ui2 (uo1) UT t1t2t3 第二暂稳态及其自 动翻转的任务过程 在t2时辰，uo1变为高电平，这个高电平经过电阻R对电容C充电。 随着放电的进展，ui1逐渐上升。在t3时辰，ui1上升到UT，使uo ui1又由0变为1，第二个暂稳态终了，电路前往到第一

6、个暂 稳态，又开场反复前面的过程。 若 UT0.5VDD，振荡周期为： T1.4RC & R1 C2 R2 C1 uo f (a) 石英晶体多谐振荡器(b) 石英晶体阻抗频率特性 0 X f0 电容性 电感性 3 3、石英晶体多谐振荡器、石英晶体多谐振荡器 电阻R1、R2的作用是保证两个反相器在静态时都能任务在线 性放大区。对TTL反相器，常取R1R2R0.7 k2k， 而对于CMOS门，那么常取R1R2R10k100k；C1 C2C是耦合电容，它们的容抗在石英晶体谐振频率f0时可 以忽略不计；石英晶体构成选频环节。 振荡频率等于石英晶体的谐振频率f0。 单稳态触发器在数字电路中普通用于定 时

7、产生一定宽度的矩形波、整形把不 规那么的波形转换成宽度、幅度都相等的波 形以及延时把输入信号延迟一定时间后 输出等。 单稳态触发器具有以下特点： 1电路有一个稳态和一个暂稳态。 2在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻 转到暂稳态。 3暂稳态是一个不能长久坚持的形状，经 过一段时间后，电路会自动前往到稳态。暂稳 态的继续时间与触发脉冲无关，仅决议于电路 本身的参数。 6.2 由门电路构成的单稳态触发器由门电路构成的单稳态触发器 ui C uA 1 (a) 电路 (b) 波形 uo2 R G1G2 uo1 VDD ui uo1 uA uo2 t t t t VDD VDD 0 0 0 0 tP 1

8、1、微分型单稳态触发器 1没有触发信号时电路任务在稳态 当没有触发信号时，ui为低电平。由于门G2的输入端经电阻R接 至VDD，VA为高电平，因此uo2为低电平；门G1的两个输入均 为0，其输出uo1为高电平，电容C两端的电压接近为0。这是电 路的稳态，在触发信号到来之前，电路不断处于这个形状：uo1 1，uo20。 0 01 1 ui C uA 1 (a) 电路 (b) 波形 uo2 R G1G2 uo1 VDD ui uo1 uA uo2 t t t t VDD VDD 0 0 0 0 tP 1 1 10 2外加触发信号使电路由稳态翻转到暂稳态 当正触发脉冲ui到来时，门G1输出uo1由1

9、变为0。由于电容电压 不能跃变，uA也随之跳变到低电平，使门G2的输出uO2变为1。 这个高电平反响到门G1的输入端，此时即使ui的触发信号撤除， 仍能维持门G1的低电平输出。但是电路的这种形状是不能长久 坚持的，所以称为暂稳态。暂稳态时，uo10，uo21。 ui C uA 1 (a) 电路 (b) 波形 uo2 R G1G2 uo1 VDDui uo1 uA uo2 t t t t VDD VDD 0 0 0 0 tP 1 0 01 1 3电容充电使电路由暂稳态自动前往到稳态 在暂稳态期间，VDD经R和G1的导通任务管对C充电，随着充电 的进展，C上的电荷逐渐增多，使uA升高。当uA上升到

10、阈值电压 UT时，G2的输出uo2由1变为0。由于这时G1输入触发信号曾经 过去，G1的输出形状只由uo2决议，所以G1又前往到稳定的高电 平输出。uA随之向正方向跳变，加速了G2的输出向低电平变化。 最后使电路退出暂稳态而进入稳态，此时uo11，uo20。 脉冲宽度：tp=0.7RC uiC uA 11 uo2 R G1G2 uo1 VDD C1 R1 电路的改良电路的改良 当ui的宽度很宽时，可在单稳态触发器的输入端加一个 RC微分电路，否那么，在电路由暂稳态前往到稳态时， 由于门G1被ui封住了，会使uo2的下降沿变缓。 uA uo2 ui C 1 1 (a) 电路 (b) 波形 R G

11、1 G2 uo1 VDD ui uo1 uA uo2 t t t t VDD VT 0 0 0 0 tP 2 、 积 分 型 单 稳 态 触 发 器 稳态时，ui1，G1、G2均导通。uo10，uA0，uo20。 ui负跳变到0时，G1截止，uo1随之跳变到1。由于电容电压 不能跃变，uA仍为0，故门G2截止，uo2跳变到1。在G1、G2截 止时，C经过R和G1的导通管放电，使uA逐渐上升。当uA上升到 管子的开启电压UT时，假设ui仍为低电平，G2导通，uo2变为0。 当ui回到高电平后，G1导通，C又经过R和G1的导通管充电，电 路恢复到稳定形状。 3 集 成 单 稳 态 触 发 器 (a

12、) 74121 的引脚排列图 14 13 12 11 10 9 8 74121 1 2 3 4 5 6 7 Rext/Cext VCC NC NC Cext Rin NC Q NC TR- TR-B TR+ Q GND TR-A、TR-B是两个下降沿有 效的触发信号输入端，TR+是 上升沿有效的触发信号输入 端。Q和是两个形状互补的输 出端。Rext/Cext、Cext是外接 定时电阻和电容的衔接端， 外接定时电阻RR=1.4k 40k接在VCC和Rext/Cext 之 间 ， 外 接 定 时 电 容C C=10pF10F接在Cext 正和Rext/Cext之间。 74121内部已设置了一个2

13、k 的定时电阻，Rin是其引出端， 运用时只需将Rin与VCC衔接 起来即可，不用时那么应将 Rin开路。 74121的输出脉冲宽度： tp0.7RC 14 13 12 11 10 9 8 74122 1 2 3 4 5 6 7 (b) 74122 的引脚排列图 TR- TR-B TR+A TR+B RD Q GND Rext/Cext VCC NC Cext NC Rin Q TR-A、TR-B是两个下降沿 有效的触发信号输入端， TR+A、TR+B是两个上升沿 有效的触发信号输入端。Q 和是两个形状互补的输出端。 Rext/Cext、Cext、Rin3个引 出端是供外接定时元件运用 的 ，

14、 外 接 定 时 电 阻R R=5k50k、电容C 无限制的接法与74121 一样。RD为直接复位输入 端，低电平有效。 当定时电容C1000pF时， 74122的输出脉冲宽度： tp0.32RC 6.3 由门电路构成的施密特触发器由门电路构成的施密特触发器 施密特触发器是一种可以把输入波形整构成为适宜 于数字电路需求的矩形脉冲的电路。 1 & & D ui uo R S (a) 电路(b) 工作波形 uo ui(V) UT+ UT t t 0 0 1.4 0.7 G1 G2 G3 （1）ui0时，R1，S0，uo为高电平，这是第一种稳态。 0 0 1 1 1 & & D ui uo R S

15、(a) 电路(b) 工作波形 uo ui(V) UT+ UT t t 0 0 1.4 0.7 G1 G2 G3 0 1 1 1 （2）uiUD=0.7V 时，R1，S1，RS 触发器不翻转，uo仍为高电 平，电路仍维持在第一种稳态。 （1）ui0时，R1，S0，uo为高电平，这是第一种稳态。 1 & & D ui uo R S (a) 电路(b) 工作波形 uo ui(V) UT+ UT t t 0 0 1.4 0.7 G1 G2 G3 1 1 0 0 （2）ui上升到 UD=0.7V 时，R1，S1，RS 触发器不翻转，uo仍为 高电平，电路仍维持在第一种稳态。 （3）ui继续上升到 UT+

16、=UT=1.4V 时，R0，S1，RS 触发器翻转， uo为低电平，这是第二种稳态。电路翻转后 ui再上升，电路状态不变。 （1）ui0时，R1，S0，uo为高电平，这是第一种稳态。 1 & & D ui uo R S (a) 电路(b) 工作波形 uo ui(V) UT+ UT t t 0 0 1.4 0.7 G1 G2 G3 0 1 1 0 （2）ui上升到 UD=0.7V 时，R1，S1，RS 触发器不翻转，uo仍为 高电平，电路仍维持在第一种稳态。 （3）ui继续上升到 UT+=UT=1.4V 时，R0，S1，RS 触发器翻转， uo为低电平，这是第二种稳态。电路翻转后 ui再上升，电

17、路状态不变。 （4）ui上升到最大值后下降时，若 ui下降到 UT，R1。S=1，RS 触发器不 翻转，电路仍维持在第二种稳态。 （1）ui0时，R1，S0，uo为高电平，这是第一种稳态。 1 & & D ui uo R S (a) 电路(b) 工作波形 uo ui(V) UT+ UT t t 0 0 1.4 0.7 G1 G2 G3 （1）ui0时，R1，S0，uo为高电平，这是第一种稳态。 0 0 1 1 （2）ui上升到 UD=0.7V 时，R1，S1，RS 触发器不翻转，uo仍为 高电平，电路仍维持在第一种稳态。 （3）ui继续上升到 UT+=UT=1.4V 时，R0，S1，RS 触发

18、器翻转， uo为低电平，这是第二种稳态。电路翻转后 ui再上升，电路状态不变。 （4）ui上升到最大值后下降时，若 ui下降到 UT，R1。S=1，RS 触发器不 翻转，电路仍维持在第二种稳态。 （5）ui继续下降到 UT-=UT-UD=0.7V时，R1，S0，RS 触发器翻转， uo为高电平，电路返回到第一种稳态。 uoui (b) 逻辑符号(a) 传输特性 ui uo UTUT+ 0 下限阈值电压上限阈值电压 回差电压滞后电压： UT UTUT 前面引见的施密特触发器的回差电压为： UTUTUTUT(UTUD)UD 0.7V 缺陷是回差太小，且不能调整。 (a) 40106 的引脚排列图

19、14 13 12 11 10 9 8 40106 1 2 3 4 5 6 7 VDD 4A 4Y 5A 5Y 6A 6Y 1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y VSS 14 13 12 11 10 9 8 4093 1 2 3 4 5 6 7 (b) 4093 的引脚排列图 VDD 3A 3B 3Y 4Y 4B 4A 1A 1B 1Y 2Y 2B 2A VSS (a) 7414 的引脚排列图 14 13 12 11 10 9 8 7414 1 2 3 4 5 6 7 VCC 4A 4Y 5A 5Y 6A 6Y 1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y GND 14 13 12 11 10 9 8 74

20、132 1 2 3 4 5 6 7 (b) 74132 的引脚排列图 VCC 3A 3B 3Y 4A 4B 4Y 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND 6.4 555定时器及其运用定时器及其运用 1 1、555555定时器定时器 1 & & CO TH TR +VCC uO D 5k 5k 5k C1 C2 G1 G2 G3 T + + 2 6 5 84 3 7 R Q Q 电压 控制端 复位端 低电平有效 放电端 4.516V 1 & & & CO TH TR +VCC uO D 5k 5k 5k C1 C2 G1 G2 G3 T + + 2 6 5 8 4 3 7 R Q Q 0 0

21、 1 R=0时，Q=1，uo=0，T导通。 1 & & & CO TH TR +VCC uO D 5k 5k 5k C1 C2 G1 G2 G3 T + + 2 6 5 8 4 3 7 R Q Q R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。 R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=0、 C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。 2VCC/3 VCC/3 0 0 0 1 1 1 & & & CO TH TR +VCC uO D 5k 5k 5k C1 C2 G1 G2 G3 T + + 2 6 5 8 4 3 7 R Q Q R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。 R=1、

22、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=0、 C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。 2VCC/3 VCC/3 1 0 0 1 1 R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=1、 C2=1，Q、Q不变，uo不变，T形状不变。 1 1 0 1 & & & CO TH TR +VCC uO D 5k 5k 5k C1 C2 G1 G2 G3 T + + 2 6 5 8 4 3 7 R Q Q R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。 R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=0、 C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。 2VCC/3 VCC/3 1

23、 1 1 0 0 R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=1、 C2=1，Q、Q不变，uo不变，T形状不变。 R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=1、 C2=0，Q=0、Q=1，uo=1，T截止。 C R1 uc 8 4 7 3 6 555 2 5 1 0.01F uo VCC R2 uc uo t t tP1tP2 0 VCC/3 2VCC/3 0 (a) 电路(b) 工作波形 2 2、由、由555555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器 接通VCC后，VCC经R1和R2对C充电。当uc上升到2VCC/3时， uo=0，T导通，C经过R2和T放电，u

24、c下降。当uc下降到VCC/3时， uo又由0变为1，T截止，VCC又经R1和R2对C充电。如此反复上 述过程，在输出端uo产生了延续的矩形脉冲。 C R1 uc 8 4 7 3 6 555 2 5 1 0.01F uo VCC R2 uc uo t t tP1tP2 0 VCC/3 2VCC/3 0 (a) 电路(b) 工作波形 第一个暂稳态的脉冲宽度tp1，即uc从V CC/3充电上升到2VCC/3所需的时间： t p 1 0 .7 ( R 1 + R 2 ) C 第二个暂稳态的脉冲宽度tp2，即uc从2V CC/3放电下降到VCC/3所需的时间： tp20.7R2C 振荡周期：Ttp1t

25、p20.7(R12R2)C & R1 C2 R2 C1 & f0 f1 f2 f14 f 32768Hz 16384Hz 8192Hz 2Hz 1Hz C1C1C1C1 FF1 FF2 FF14 FF15 Q1 Q2 Q14 Q15 多谐振荡器的运用多谐振荡器的运用 多谐振荡器分频电路 C1 R1 uo1 8 4 7 3 6 555 2 5 1 0.01F uo1 VCC R2 (a) 电路 (b) 工作波形 C2 R3 uo2 8 4 7 3 6 555 2 5 1 0.01F uo2 R4 C 将振荡器的输出电压uo1，接到振荡器中555定时器的复 位端4脚，当uo1为高电平常振荡器振荡，

26、为低电平常 555定时器复位，振荡器停顿震荡。 本节小结： 多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需求外加输多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需求外加输 入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。 多谐振荡器可以由门电路构成，也可以由多谐振荡器可以由门电路构成，也可以由555555定时定时 器构成。由门电路构成的多谐振荡器和根本器构成。由门电路构成的多谐振荡器和根本RSRS触发器触发器 在构造上极为类似，只是用于反响的耦合网络不同。在构造上极为类似，只是用于反响的耦合网络不同。 RSRS触发器具有两个稳态，多谐振荡器没有稳态，所以触发器具有两个稳态，多谐振荡器没有稳态，所

27、以 又称为无稳电路。又称为无稳电路。 在多谐振荡器中，由一个暂稳态过渡到另一个暂在多谐振荡器中，由一个暂稳态过渡到另一个暂 稳态，其稳态，其“触发信号是由电路内部电容充放电提触发信号是由电路内部电容充放电提 供的，因此无需外加触发脉冲。多谐振荡器的振荡周供的，因此无需外加触发脉冲。多谐振荡器的振荡周 期与电路的阻容元件有关。期与电路的阻容元件有关。 555555定时器是一种运用广泛、运用灵敏的集成器件，定时器是一种运用广泛、运用灵敏的集成器件， 多用于脉冲产生、整形及定时等。多用于脉冲产生、整形及定时等。 3、由、由555定时器构成的单稳态触发器定时器构成的单稳态触发器 C R ui 8 4

28、7 3 6 555 2 5 1 0.01F uo VCC ui uo t t tP 0 0 (a) 电路(b) 工作波形 uc t0 2VCC/3 C R ui 8 4 7 3 6 555 2 5 1 0.01F uo VCC ui uo t t tP 0 0 uc t0 2VCC/3 接通VCC后瞬间，VCC经过R对C充电，当uc上升到2VCC/3 时，比较器C1输出为0，将触发器置0，uo0。这时Q=1，放电管 T导通，C经过T放电，电路进入稳态。 ui到来时，由于uiVCC/3，使C20，触发器置1，uo又由0 变为1，电路进入暂稳态。由于此时Q=0，放电管T截止，VCC经R 对C充电。

29、虽然此时触发脉冲已消逝，比较器C2的输出变为1，但 充电继续进展，直到uc上升到2VCC/3时，比较器C1输出为0，将 触发器置0，电路输出uo0，T导通，C放电，电路恢复到稳定形 状。 uo & ui uA uo (a) 电路示意图 (b) 波形图 单稳态触发器 uo uo ui uA tp 单稳态触发器的运用单稳态触发器的运用 ui uotp 本节小结： 单稳态触发器具有一个稳态。由门电路构成单稳态触发器具有一个稳态。由门电路构成 的单稳态触发器和根本的单稳态触发器和根本RSRS触发器在构造上也极为触发器在构造上也极为 类似，只需用于反响的耦合网络不同。类似，只需用于反响的耦合网络不同。

30、单稳态触发器可以由门电路构成，也可以由单稳态触发器可以由门电路构成，也可以由 555555定时器构成。在单稳态触发器中，由一个暂稳定时器构成。在单稳态触发器中，由一个暂稳 态过渡到稳态，其态过渡到稳态，其“触发信号也是由电路内部电触发信号也是由电路内部电 容充放电提供的，暂稳态的继续时间即脉冲容充放电提供的，暂稳态的继续时间即脉冲 宽度也由电路的阻容元件决议。宽度也由电路的阻容元件决议。 单稳态触发器不能自动地产生矩形脉冲，但单稳态触发器不能自动地产生矩形脉冲，但 却可以把其它外形的信号变换成为矩形波，用途却可以把其它外形的信号变换成为矩形波，用途 很广。很广。 4、由、由555定时器构成的施密特触发器定时器构成的施密特触发器 R ui 8 4 6 7 555 3 2 5 1 uo1 +VCC ui uo t t 0 0 (a) 电路(b) 工作波形 +VCC1 uo uCO UT+ UT 2VCC/3 VCC/3 控制电压 调节回差 （1）当 ui0 时，由于比较器 C1=1、C2=0，触发器置 1，即 Q1、0Q， uo1uo1。ui升高时，在未到达 2VCC/3 以前，uo1uo1 的状态不会改变。 R ui 8 4 6 7 555 3 2 5 1 uo1 +VCC ui uo t t 0 0 (a) 电路(b) 工作波形 +V