数字电子信号 第6章

1、中北大学中北大学 Digital Electronics TechnologyNORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA2第 6 章脉冲信号的产生与整形6.16.1 概述概述6.26.2 施密特触发器施密特触发器6.36.3 单稳态触发器单稳态触发器6.46.4 多谐振荡器多谐振荡器NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA主要要求：主要要求： 理解用于脉冲信号整形的施密特触发器和理解用于脉冲信号整形的施密特触发器和单稳态触发器的工作原理及应用。单稳态触发器的工作原理及应用。了解

2、多谐振荡器的工作原理。了解多谐振荡器的工作原理。6.16.1概概 述述第 6 章脉冲信号的产生与整形理解理解555555定时器的工作原理及应用方法。定时器的工作原理及应用方法。NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA什么叫脉冲信号？什么叫脉冲信号？ 脉冲信号是指短时间内突变，且在很短的时间内复原的信号。脉冲信号是指短时间内突变，且在很短的时间内复原的信号。凡是不具有连续正弦波形的信号，都可以称为脉冲信号。凡是不具有连续正弦波形的信号，都可以称为脉冲信号。 在数字电路中，最常使用的脉冲信号是矩形脉冲，也称为矩形在数字电路中，最常使用的脉

3、冲信号是矩形脉冲，也称为矩形波。时序逻辑电路中的时钟信号即是矩形脉冲。波。时序逻辑电路中的时钟信号即是矩形脉冲。脉冲周期脉冲周期T两个相邻脉冲的时间间隔。两个相邻脉冲的时间间隔。脉冲幅度脉冲幅度Um脉冲电压的最大变化幅度。脉冲电压的最大变化幅度。脉冲宽度脉冲宽度tW从脉冲上升沿从脉冲上升沿0.5起至脉冲下降沿起至脉冲下降沿0.5为止的一为止的一 段时间。段时间。上升时间上升时间tr脉冲上升沿从脉冲上升沿从0.1上升到上升到0.9所需要的时间。所需要的时间。下降时间下降时间tf脉冲下降沿从脉冲下降沿从0.9下降到下降到0.1所需要的时间。所需要的时间。占空比占空比q= tW /T，通常，通常q用

4、百分比表示，如果用百分比表示，如果q =50%，则称，则称 为对称方波。为对称方波。实际的矩形脉冲实际的矩形脉冲NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA 常用的有施密特触发器和单稳态触发器。常用的有施密特触发器和单稳态触发器。 脉冲信号产生与整形的方法脉冲信号产生与整形的方法 获取脉冲信获取脉冲信号的方法号的方法 脉冲信号产生与脉冲信号产生与整形电路整形电路的实现的实现是一种多用途集成电路，只要外接少量阻容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、单稳态触发器和多元件就可构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器

5、等，使用方便、灵活，应用广泛。谐振荡器等，使用方便、灵活，应用广泛。 用多谐振荡器直接产生。用多谐振荡器直接产生。 用用整形电路整形电路对已有波形进行整形、变换。对已有波形进行整形、变换。 施密特触发器施密特触发器主要用以主要用以将缓慢变化将缓慢变化或快速变化的或快速变化的非矩形脉冲变换非矩形脉冲变换成陡峭的矩形脉冲。成陡峭的矩形脉冲。单稳态触发器单稳态触发器 主要用以将宽度不符合要求的脉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。冲变换成符合要求的矩形脉冲。用门电路构成。用门电路构成。 用专用的集成电路。用专用的集成电路。 用用 555 定时器定时器构成。构成。 第 6 章脉冲信

6、号的产生与整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA 施密特触发器是把施密特触发器是把非脉冲信号或非标准幅值的脉冲信号非脉冲信号或非标准幅值的脉冲信号转换为转换为标准幅值的脉冲信号。标准幅值的脉冲信号。 即：输入可以是模拟信号，也可以幅值不规则的脉冲信号，输即：输入可以是模拟信号，也可以幅值不规则的脉冲信号，输出是数字电路标准的高、低电平。出是数字电路标准的高、低电平。 施密特触发器也是一种施密特触发器也是一种双稳态触发器双稳态触发器，与滞回比较器相类似。，与滞回比较器相类似。不同的是其输出标准的高低电平，对于不同的是其输出标准的高

7、低电平，对于TTLTTL电路高电平就是电路高电平就是3V3V以上，以上，低电平是零点几伏；对于低电平是零点几伏；对于CMOSCMOS电路，高电平就是电路，高电平就是V VDDDD，低电平就是低电平就是0V0V。6.26.2施密特触发器施密特触发器 Schmitt TriggerNORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINAUOLUOH( (一一) ) 施密特触发器的特性和符号施密特触发器的特性和符号 UT =UT+ - - UT- -回差电压回差电压施密特触发施密特触发器工作特点器工作特点 ( (1) )允许输入允许输入信号为信号为缓慢变化

8、缓慢变化的信号。的信号。 ( (2) )有有两个阈值两个阈值电压。电压。 ( (3) )有两个稳态。有两个稳态。 UT+OuOuIUT- -上限阈值电压上限阈值电压下限阈值电压下限阈值电压 当当 uI 从小增大时，从小增大时，经过经过 UT+ 处才能使输处才能使输出发生跃变。出发生跃变。 当当uI从大减小从大减小时，经过时，经过UT- -处才能处才能使输出发生跃变。使输出发生跃变。UOLUOHUT+OuOuIUT- -uOuI具有施密特特具有施密特特性的与非门符号性的与非门符号第 6 章脉冲信号的产生与整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHIN

9、ACHINA(1)(1)初始状态初始状态 当当 时，时，G1G1关闭，输出高电平关闭，输出高电平V VDDDD；G2G2开通，输出低电平开通，输出低电平0 V0 V。I0 Vu (2)(2)电路状态的一次翻转电路状态的一次翻转 上上 输入输入u uI I增大时增大时，Iu也随之增大也随之增大 2II12RuuRR O1OLuUO2uOHDDUV0 0 V V；G G2 2关闭关闭，输出输出。2ITHT12RuUURR 121TTHTH221RRRUUURR当当u uI I由高电平下降时，发生另外一次翻转。由高电平下降时，发生另外一次翻转。注：注：R1R1、R2R2取值可改变上下限阈值电压值，但

10、一定要取值可改变上下限阈值电压值，但一定要R1R1R2R2，否则电路无法正常工作。否则电路无法正常工作。（二）门电路构成的施密特触发器（二）门电路构成的施密特触发器第第 6 6 章脉冲信号的产生与整形章脉冲信号的产生与整形G1G1、G2G2为二个为二个CMOSCMOS反相器，阈值电压反相器，阈值电压U UTHTH=V=VDDDD/2/2当输入电压上升到当输入电压上升到UTH时，时，G1工作在电压传输特工作在电压传输特性的转折区性的转折区( (即放大区即放大区) )，这时的微小增大就会，这时的微小增大就会使电路产生反馈过程：使电路产生反馈过程：NORTH UNIVERSITY OF NORTH

11、UNIVERSITY OF CHINACHINA555 定时器简介定时器简介 555 定时器是一种结构简单、使用方便灵活、用途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。它电源电压范围宽广泛的多功能电路。它电源电压范围宽( (双极型双极型 555 定定时器为时器为 5 16 V，CMOS 555 定时器为定时器为 3 18 V) )，可提可提供与供与 TTL 及及 CMOS 数字电路兼容的接口电平，还数字电路兼容的接口电平，还可输可输出一定功率出一定功率，驱动微电机、指示灯、扬声器等。，驱动微电机、指示灯、扬声器等。TTL 单定时器型号单定时器型号的最后的最后 3 位数字位数字为

12、为 555，双定时，双定时器的为器的为 556；CMOS 单定时器单定时器的最后的最后 4 位数位数为为 7555，双定时器的为双定时器的为 7556。 第第 6 6 章脉冲信号的产生与整形章脉冲信号的产生与整形（三）用（三）用 555 定时器组成施密特触发器定时器组成施密特触发器 NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA 集成集成555定时器是一种将模拟电路与数字电路的功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

13、完美结合。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。振荡器、单稳态触发器和施密特触发器等多种应用电路。电路结构电路结构电阻分压器电阻分压器两个两个CMOS比较器比较器一个基本一个基本RS触发器触发器一个一个NMOS开关开关第第 6 6 章脉冲信号的产生与整形章脉冲信号的产生与整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA555 定时器的电路结构与符号定时器的电路结构与符号 C1C2G3QQG1G2R

14、SVR5 k 5 k 5 k UR1UR2GNDVCCRDOUTCO555THTRDIS电路符号电路符号627153843OUT输出端输出端 8VCC电源端电源端 4RD直接置直接置0 0端端 DIS 7放电端放电端 TH 6阈值输入端阈值输入端 TR 2触发输入端触发输入端 CO 5控制电压输入端控制电压输入端 GND1接地端接地端 集电极开路输出端集电极开路输出端UR1UR2构成构成电阻分电阻分压器压器，为比较器，为比较器 C1、C2 提供两提供两个参考电压，个参考电压，UR1 = 2/3VCC，UR2 = 1/3VCC。 输出缓冲器输出缓冲器OUT = Q构成构成基本基本 RS 触发触发

15、器器，决定电路输出。，决定电路输出。 放电管放电管，其输入为，其输入为Q，输出为开路集电极。，输出为开路集电极。Q构成构成电压比电压比较器较器，比较，比较 TH 与与 UR1 和和TR 与与 UR2 的大小。的大小。C1C2G3QQG1G2RSVR5 k 5 k 5 k UR1UR23OUT输出端输出端 8VCC电源端电源端 4RD直接置直接置0 0端端 DIS 7放电端放电端 TH 6TR 2CO 5控制电压输入端控制电压输入端 GND1接地端接地端 UR1UR2Q第 6 章脉冲信号的产生与整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHIN

16、A555 定时器的定时器的工作原理与逻辑功能工作原理与逻辑功能 101导通导通定时器定时器 5G555 的的功能表功能表 不变不变不变不变1截止截止11导通导通01导通导通00V 状态状态OUT = QRDTRTH输输 出出 输输 入入CC32V CC32V CC31V CC31V CC31V CC32V 直接置直接置 0 端端 RD 低电平有效，低电平有效，优先级最高。优先级最高。不用时应使其为不用时应使其为 1。第 6 章脉冲信号的产生与整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA不变不变不变不变1截止截止11导通导通01导通导通

17、00V 状态状态OUT = QRDTRTH输输 出出 输输 入入CC32V CC32V CC31V CC31V CC31V CC32V 定时器定时器 5G555 的的功能表功能表 01导通导通0110555 定时器的定时器的工作原理与逻辑功能工作原理与逻辑功能第 6 章脉冲信号的产生与整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA555 定时器的定时器的工作原理与逻辑功能工作原理与逻辑功能 不变不变不变不变1截止截止11导通导通01导通导通00V 状态状态OUT = QRDTRTH输输 出出 输输 入入CC32V CC32V CC31V

18、 CC31V CC31V CC32V 定时器定时器 5G555 的的功能表功能表 10截止截止1001第 6 章脉冲信号的产生与整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA555 定时器的定时器的工作原理与逻辑功能工作原理与逻辑功能 不变不变不变不变1截止截止11导通导通01导通导通00V 状态状态OUT = QRDTRTH输输 出出 输输 入入CC32V CC32V CC31V CC31V CC31V CC32V 定时器定时器 5G555 的的功能表功能表 11第 6 章脉冲信号的产生与整形NORTH UNIVERSITY OF N

19、ORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA简化简化功能表功能表 不变不变不变不变1截止截止11导通导通01导通导通00V 状态状态OUTRD输输 出出 输输 入入TRTHCC32V CC32V CC31V CC31V CC31V CC32V 使用要点使用要点 ( (1) ) RD 低电平有效低电平有效,优先级最高，优先级最高， 不用时应接高电平。不用时应接高电平。通常不用通常不用CO CO 端，为了提高电路工作稳定性，将其通过端，为了提高电路工作稳定性，将其通过 0.010.01 F F电容地。电容地。( (3) ) TR 低电平有效，低电平有效，TH 高电平高电平 有效，因此

20、，有效，因此，TH 加低电平、加低电平、 TR 加高电平时为非有效电加高电平时为非有效电 平，电路状态不变。平，电路状态不变。( (4) )输出输出 0 时，时，Q = 1，因此，因此 V 导通；输出导通；输出 1 时，时， Q = 0，故，故 V 截止。截止。( (5) )注意：注意： TH 电平高低是与电平高低是与 2/3VCC 相比较，相比较，TR 电平高低是与电平高低是与 1/3VCC 相比较。相比较。 若控制输入端若控制输入端 CO 加输入电压加输入电压 uCO ，则，则 UR1 = uCO UR2 = uCO/2，故，故 TH 和和 TR 电平高低的比较值将变成电平高低的比较值将变

21、成 uCO 和和 uCO/2。( (2) )TH 和和 TR 均为高电平时输出均为高电平时输出 0，均为低电平时输出，均为低电平时输出 1。第 6 章脉冲信号的产生与整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINANORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA0uOuIUOL1/3VCC2/3VCCUOH当当TH=TR=uI2/3VCC时时电压传输特性为反相输出的滞回特性电压传输特性为反相输出的滞回特性uIuO当当TH=TR=uI1/3VCC时时1/3VCC0当当1/3VCC TH=T

22、R=uI2/3VCC时时当当uI1/3VCC时时当当uI由高电平逐渐下降，由高电平逐渐下降，且且1/3VCC uI UT+ 后，后，uO = UOL,只有当只有当 uI下降到经过下降到经过 UT- - 时，时，uO 才会发生跃变。才会发生跃变。 uI 1/3 VCC) )。 当当 uC 2/3 VCC 时，满足时，满足TR = uI 1/3 VCC，TH = uc 2/3 VCC,因因此此 uO 为低电平，为低电平，V 导通，电容导通，电容 C 经放经放电管电管 V 迅速放电完毕，迅速放电完毕，uC 0 V。这时这时TR = UIH 1/3 VCC，TH = uC 0 2/3 VCC，uO 保

23、持保持低电平不变。因此，低电平不变。因此，稳态时稳态时 uC 0 V，uO 为低电平。为低电平。充电充电工作原理工作原理 导通导通放电放电VuCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC0VUOLUIH第 6 章脉冲信号的产生与整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA 2. 触发进入暂稳态触发进入暂稳态 uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC当输入当输入 uI 由高电平跃变为低电平由高电平跃变为低电平( (应应 1/3 VCC ) )时，使时，使 TR =

24、 UIL1/3 VCC而而TH = uC 0 V 2/3 VCC，因此，因此 uO 跃变为跃变为高电平，进入暂稳态高电平，进入暂稳态，这时放电管，这时放电管 V截止，截止，VCC 又经又经 R 向向 C 充电，充电，uC 上升上升。UILUOH充电充电第 6 章脉冲信号的产生与整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA 3. 自动返回稳定状态自动返回稳定状态 uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC 2. 触发进入暂稳态触发进入暂稳态 UIHUOL TH2/3 VCC放电放电V当输入当输入 u

25、I 由高电平跃变为低电平由高电平跃变为低电平( (应应 1/3 VCC) )时，使时，使 TR = UIL1/3 VCC 而而TH = uC 0 V 1/3 VCC ) )，因此，因此 uO 重新跃变重新跃变为低电平。为低电平。同时，放电管导通，同时，放电管导通，C 经经 V 迅速放电迅速放电 uC 0 V，放电完毕放电完毕后，电路返回稳态。后，电路返回稳态。第 6 章脉冲信号的产生与整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA 例例 用上述单稳态电路输出定时用上述单稳态电路输出定时时间为时间为1 s 的的正脉冲，正脉冲，R = 27

26、 k ，试确定定时元件试确定定时元件 C 的取值。的取值。 uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC输出脉冲宽度输出脉冲宽度 tW 即为暂稳态维持时即为暂稳态维持时间，主要取决于充放电元件间，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，该单稳态触发器为不可重复触发器，且要求输入脉宽且要求输入脉宽 tWI 小于输出脉宽小于输出脉宽 tWO 。解：解：因为因为 tWO 1.1 RC故故可取标称值可取标称值 33 F。F33.7k271 . 1S11 . 1WO RtC估算公式估算公式 tWO 1.1 RC第 6 章脉冲信号的产生与整形NO

27、RTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA经过长距离传输后，脉冲信号的边经过长距离传输后，脉冲信号的边沿会变差或波形上叠加某些干扰，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。利用整形可使其变成符合要求的波形。 ( (五五) ) 单稳态触发器应用举例单稳态触发器应用举例 2. 脉冲定时脉冲定时 1. 脉冲整形脉冲整形 因此，利用单稳态触发器可以控制门因此，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。开通与否以及开通多长时间。 uAuBuCuOG单稳态触发器组成的定时电路和工作波形单稳态触发器组成的定时电路和工作波

28、形uAuCuBuOuC 门的定时时间即为单稳态触发器的暂稳态持续时间。门的定时时间即为单稳态触发器的暂稳态持续时间。tW uC 为与门为与门 G 开通与否的控制信号。开通与否的控制信号。 uC = 1，门，门 G 开通，信号开通，信号 uB 通过门通过门 G 输出；输出； uC = 0，门，门 G 关闭，关闭，uB 不能输出。不能输出。 第 6 章脉冲信号的产生与整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINARI CX RX/CXQ+VCCuIRextCextQOuItOuOt脉脉冲冲展展宽宽电电路路和和工工作作波波形形3. 脉冲展宽脉

29、冲展宽 tW将窄脉冲展宽成将窄脉冲展宽成宽度为宽度为 tW 的脉冲的脉冲第 6 章脉冲信号的产生与整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA即距形脉冲产生电路，由于距形脉冲中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。含有丰富的谐波分量，故常称多谐振荡器。 ( (1) )不需输入信号。不需输入信号。( (2) )无稳定状态，只有两个无稳定状态，只有两个暂稳态暂稳态。 6.46.4 多谐振荡器多谐振荡器 ( (一一) ) 多谐振荡器的工作特点和符号多谐振荡器的工作特点和符号 通过电容的充电和放电，使两个暂稳

30、态相互交替，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。从而产生自激振荡，输出周期性的矩形脉冲信号。 GuO工作特点工作特点Astable Multivibrator第 6 章脉冲信号的产生与整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA（二）二） 用门电路组成的多谐振荡器用门电路组成的多谐振荡器 用门电路组成的多谐振荡器的种类较多，有对称式的、非对称式的，还有环用门电路组成的多谐振荡器的种类较多，有对称式的、非对称式的，还有环形振荡器。它们共同的结构特点是由门电路、正反馈网络和形振荡器。它们

31、共同的结构特点是由门电路、正反馈网络和RCRC延时环节三部分组延时环节三部分组成。门电路的作用是产生高、低电平；正反馈网络可将输出状态恰当反馈给门电成。门电路的作用是产生高、低电平；正反馈网络可将输出状态恰当反馈给门电路的输入端，以改变输出状态；路的输入端，以改变输出状态；RCRC延时环节决定振荡频率。下面以延时环节决定振荡频率。下面以CMOS CMOS 非门组成非门组成的非对称式多谐振荡器为例来说明。的非对称式多谐振荡器为例来说明。 由两个由两个CMOS非门和电阻、电容组成的多非门和电阻、电容组成的多谐振荡器。谐振荡器。R的选择应使的选择应使G1工作在电压传输工作在电压传输特性的转折区。此时

32、，由于特性的转折区。此时，由于uO1即为即为uI2，G2也工作在电压传输特性的转折区。也工作在电压传输特性的转折区。 NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINANORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINANORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA（三）（三）石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器 并联型石英晶体多谐振荡器并联型石英晶体多谐振荡器 串联型石英晶体多谐振荡器串联型石英晶体多谐振荡器NORTH UNIVERSITY

33、OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINAGNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01 FR1CuOuC- -+R2（四）用（四）用 555 555 定时器组成多谐振荡器定时器组成多谐振荡器 电路结构电路结构 DISVCCR1THTRGNDVCCRDCO0.01 FOUTuOCuC- -+R2第 6 章脉冲信号的产生与整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA工作原理、工作波形与周期估算工作原理、工作波形与周期估算 uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V 充电充电UOHT

34、H = TR = uC 很小很小接通接通 VCC 后后，开始时，开始时 TH = TR = uC 0 0，uO 为高电平，为高电平，放电管截止，放电管截止，VCC 经经 R1、R2 向向 C 充电，充电，uC 上升上升，这时，这时电电路路处于暂稳态处于暂稳态。 工作原理工作原理 第 6 章脉冲信号的产生与整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINAuCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V UOLTH = TR 2/3 VCC当当 uC 上升到上升到 TH = TR = uC 2/3 VCC 时，时，uO 跃变为低电

35、平，跃变为低电平，同时放电管同时放电管 V 导通，导通，C 经经 R2 和和 V 放电，放电，uC 下降下降，电路进入电路进入暂稳态暂稳态 。工作原理工作原理 接通接通 VCC 后后，开始时，开始时 TH = TR = uC 0，uO 为高电平，为高电平，放电管截止，放电管截止，VCC经经 R1、R2 向向 C 充电，充电，uC 上升上升，这时，这时电电路路处于暂稳态处于暂稳态。 放电放电第 6 章脉冲信号的产生与整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA当当 uC 下降到下降到 TH = TR = uC 1/3 VCC 时，时，

36、uO 重新跃变为高电平重新跃变为高电平，同时，同时放电管放电管 V 截止，截止，C 又被又被充电，充电，uC 上升上升，电路又电路又返回到暂稳态返回到暂稳态。uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V TH=TR1/3VCC工作原理工作原理 当当 uC 上升到上升到 TH = TR = uC 2/3 VCC时，时，uO 跃变为低电平，跃变为低电平，同时放电管同时放电管 V 导通，导通，C 经经 R2 和和 V 放电，放电，uC 下降下降，电路进入电路进入暂稳态暂稳态 。接通接通 VCC 后后，开始时，开始时 TH = TR = uC 0 0，uO 为高电平，为高电平，放电管截

37、止，放电管截止，VCC 经经 R1、R2 向向 C 充电，充电，uC 上升上升，这时，这时电电路路处于暂稳态处于暂稳态。 第 6 章脉冲信号的产生与整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA电容电容 C 如此循环充电和放电，如此循环充电和放电，使电路产生振荡，输出矩形脉冲。使电路产生振荡，输出矩形脉冲。uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V 周期与占空比估算周期与占空比估算tWH 0.7 (R1 + R2)C tWL 0.7 R2CT = tWH + tWL 0.7 (R1 + 2R2)C2121 WH2RRR

38、RTtq 第 6 章脉冲信号的产生与整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINAGNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01 FR1C+R2RP1RP2 例例 指出右图中指出右图中控制扬声器鸣响与否和控制扬声器鸣响与否和调节音调高低的分别是调节音调高低的分别是哪个电位器？若原来无哪个电位器？若原来无声，如何调节才能鸣响？声，如何调节才能鸣响？欲提高音频，又该如何欲提高音频，又该如何调节？调节？解：解：R1、R2、RP1 和和 C 共同构成定时元件，因此调节共同构成定时元件，因此调节 RP1 可调节音频高低。可调节音频高

39、低。欲提高音频，则应减小欲提高音频，则应减小 RP1 ，因此触头应下移。，因此触头应下移。RP2调节调节 RP2 可控制可控制 RD 为为 0 或或 1，从而控制振荡器工作与，从而控制振荡器工作与否，因此能控制扬声器鸣响与否。否，因此能控制扬声器鸣响与否。调节调节 RP2 使触头左移至适当位置，可使使触头左移至适当位置，可使 RD = 1，使，使扬声器鸣响。扬声器鸣响。RP1第 6 章脉冲信号的产生与整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA（五）五） 多谐振荡器的应用多谐振荡器的应用 NORTH UNIVERSITY OF NOR

40、TH UNIVERSITY OF CHINACHINA本本 章章 小小 结结1脉冲信号的产生与整形电路主要包括多谐振荡器、单稳态触发器和施密脉冲信号的产生与整形电路主要包括多谐振荡器、单稳态触发器和施密特触发器。多谐振荡器用于产生脉冲信号，而单稳态触发器和施密特触发器主特触发器。多谐振荡器用于产生脉冲信号，而单稳态触发器和施密特触发器主要用于对波形进行整形和变换。要用于对波形进行整形和变换。2施密特触发器有两个稳定状态，它的两个稳定状态是靠两个不同的输入施密特触发器有两个稳定状态，它的两个稳定状态是靠两个不同的输入电平来维持的，因此具有回差特性。调节回差电压的大小，可改变输出脉冲的电平来维持的

41、，因此具有回差特性。调节回差电压的大小，可改变输出脉冲的宽度。宽度。3单稳态触发器有一个稳定状态和一个暂稳态。其输出脉冲宽度只取决于单稳态触发器有一个稳定状态和一个暂稳态。其输出脉冲宽度只取决于电路本身电路本身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。通过改变路进入暂稳态的作用。通过改变R, C定时元件的参数值，可以调节输出脉冲的定时元件的参数值，可以调节输出脉冲的宽度。宽度。NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINAl4多谐振荡器没有稳定

42、状态，只有两个暂稳态。暂稳态间的相互转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定时元件数值的定时元件数值的大小，可调节振荡频率。在振荡频率稳定度要求很高的情况下，可大小，可调节振荡频率。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。采用石英晶体振荡器。l5555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以组

43、成多谐振荡器、施密特触发器和单稳态触发器。此外，它还可以组成多谐振荡器、施密特触发器和单稳态触发器。此外，它还可以组成其他各种实用电路。可以组成其他各种实用电路。NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA本节课复习：本节课复习：单稳态触发器的特性是什么？单稳态触发器的特性是什么？单稳态触发器的应用有哪些？单稳态触发器的应用有哪些？由由555555定时器如何构成单稳态触发器和多谐定时器如何构成单稳态触发器和多谐振荡器？其工作原理？振荡器？其工作原理？第第 6 6 章脉冲信号的产生与整形章脉冲信号的产生与整形NORTH UNIVERSITY

44、 OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA习题课习题课24.9 TTL边沿触发器电路如图边沿触发器电路如图P4.9所示，写出所示，写出Q1和和Q2的表的表达式。设初始状态为达式。设初始状态为0，并根据，并根据CP的波形画出的波形画出Q1和和Q2的的波形。波形。2nQJ 1K 1nnnQJQKQ1121nnnQQ Q1nDQ1nQD121nnQQNORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA习题课习题课24.10 边沿触发器电路如图边沿触发器电路如图P4.10所示，写出所示，写出Q1和和Q2的表达的表达式。设初始状态

45、为式。设初始状态为0，试根据，试根据CP和和D的波形画出的波形画出Q1和和Q2的波形。的波形。11nQD1nJKQ1nnnQJQKQ121212nnnnnQQ QQ QNORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA习题课习题课25.2 分析图分析图P5.2所示电路的逻辑功能所示电路的逻辑功能(触发器为触发器为TTL触发器触发器)。1020nnnQQ Q写出电路的时钟方程、驱动方程和状态方程写出电路的时钟方程、驱动方程和状态方程时钟方程为时钟方程为0CPCP10CPQ2CPCP驱动方程为驱动方程为02nJQ01K 111JK201nnJQ Q

46、21K 111nnQQ12012nnnnQQ Q Q状态方程为状态方程为(CP) (CP) ( ) 0Q1nnnQJQKQNORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA习题课习题课21020nnnQQ Q(CP) 111nnQQ12012nnnnQQ Q Q(CP) 0Q( ) NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA习题课习题课25.10 设计一个控制步进电动机用的三相六拍工作的逻辑电设计一个控制步进电动机用的三相六拍工作的逻辑电路。如果用路。如果用1表示线圈通电，表示线圈通电，

47、0表示线圈断电，设正转时表示线圈断电，设正转时控制输入端控制输入端M = 1，反转时，反转时M = 0，则三个线圈，则三个线圈ABC的状的状态转换图应如图态转换图应如图P5.10所示。所示。NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA习题课2NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA1nnnAMCMB习题课2NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA1nnnBMAMC1nnnCMBMA习题课2NORTH UNIVERSITY

48、 OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA检查自启动能力检查自启动能力 1nnnAMCMB1nnnBMAMC1nnnCMBMA将将M = 0时，时， 000、111代入状态方程，得到代入状态方程，得到 111、000。将将M = 1时，时， 000、111代入状态方程，得到代入状态方程，得到 111、000。因此电路不能自启动。因此电路不能自启动。 习题课习题课2NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA000111110M=0M=10001111101nn nn nn nn nCM ABM BCM ACM A

49、B 1nnnAMCMB1nnnBMAMCNORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA5.11 设计串行序列检测器，该检测器有一个输入设计串行序列检测器，该检测器有一个输入X，串行，串行输入输入0,1，当检测器收到序列中连续出现，当检测器收到序列中连续出现110时，检测器时，检测器输出为输出为1，否则输出为，否则输出为0。试求：。试求：（1）最简）最简Mealy型状态转换表或状态转换图，电路的状态型状态转换表或状态转换图，电路的状态方程及输出方程；方程及输出方程；（2）最简）最简Moore型状态转换表或状态转换图，电路的状态型状态转换表或状

50、态转换图，电路的状态方程及输出方程。方程及输出方程。 注：状态编码按自然二进制码；注：状态编码按自然二进制码； Mealy型电路：电路的输出不仅是当前状态的函数，还是输型电路：电路的输出不仅是当前状态的函数，还是输 入信号的函数。入信号的函数。Moore型电路：电路的输出仅仅是当前状态的函数。型电路：电路的输出仅仅是当前状态的函数。习题课习题课2NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA(1)建立原始状态 该电路应该有一个输入变量X和一个输出变量Z，以及以下几个状态：S0初始状态，没有输入1以前的状态；S1输入一个1以后的状态；S2连续

51、输入两个1以后的状态；S3连续输入110以后的状态；习题课2NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA（2 2）Mealy型状态型状态状态转换图状态转换图状态化简状态化简S0, S1, S2, S3的输入、次态及输的输入、次态及输出分别如图所示。由左图可以看出分别如图所示。由左图可以看出，出，S3, S0为等价状态，可以合为等价状态，可以合并为一个状态，用并为一个状态，用S0表示，其余表示，其余的没有等价状态，从而得到最小的没有等价状态，从而得到最小状态表状态表. 状态分配状态分配有有N = 3个独立的状态，选个独立的状态，选定触发器的

52、个数定触发器的个数n = 2，且，且令令S0 = 00, S1 = 01, S2 = 10NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA（3 3）Moore型状态型状态状态转换图状态转换图状态化简状态化简S0, S1, S2, S3的输入、次态及输的输入、次态及输出分别如图所示。由左图可以看出分别如图所示。由左图可以看出，没有等价状态，从而得到最出，没有等价状态，从而得到最小状态表小状态表. 状态分配状态分配有有N = 4个独立的状态，选定触个独立的状态，选定触发器的个数发器的个数n = 2，且令，且令S0 = 00, S1 = 01, S

53、2 = 10，S3 = 11 NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINAMealy型型110串行数据检测器的功能仿真图串行数据检测器的功能仿真图Moore型型110串行数据检测器的功能仿真图串行数据检测器的功能仿真图习题课习题课2NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA5.12 5.12 设计一个自动售饮料机的逻辑电路。它的投币口每次设计一个自动售饮料机的逻辑电路。它的投币口每次只能投币一枚五角或一元的硬币。投入一元五角钱硬币只能投币一枚五角或一元的硬币。投入一元五角钱硬币后机器自动给出一杯饮料；投入两元（两枚一元）硬币后机器自动给出一杯饮料；投入两元（两枚一元）硬币后，在给出饮料的同时找回一枚五角的硬币。后，在给出饮料的同时找回一枚五角的硬币。（1）逻辑赋值：取投币信号为输入逻辑变量，投入一枚）逻辑赋值：取投币信号为输入逻辑变量，投入一枚一元硬币时用一元硬币时用A=1表示，