数字电路第八章 8脉冲波形的变换与产生 ppt课件

1、8.1 单稳态触发器单稳态触发器8.2 施密特触发器施密特触发器8.3 多器谐振荡多器谐振荡8.4 555定时器及其运用定时器及其运用8 脉冲波形的变换与产生脉冲波形的变换与产生4 4、掌握由、掌握由555555定时器组成的多谐、单稳、施密特触定时器组成的多谐、单稳、施密特触发器的电路、任务原理及外接参数及电路目的的计发器的电路、任务原理及外接参数及电路目的的计算。算。1 1、正确了解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触、正确了解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器的电路组成及任务原理。发器的电路组成及任务原理。2 2、掌握多谐、单稳、施密特触发器、掌握多谐、单稳、施密特触发器MSIMSI器件

2、的逻辑器件的逻辑功能及主要目的计算。功能及主要目的计算。3 3、掌握、掌握555555定时器的任务原理。定时器的任务原理。教学根本要求教学根本要求8.1单稳态触发器单稳态触发器8.1.1 用门电路组成的微分型单稳态触发器用门电路组成的微分型单稳态触发器8.1.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器8.1.3 单稳态触发器的运用单稳态触发器的运用 电路在没有触发信号作用时处于一种稳定形状。电路在没有触发信号作用时处于一种稳定形状。单稳态触发器的任务特点：单稳态触发器的任务特点： 在外来触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态在外来触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态; ; 由于电路中由于电路中RC

3、延时环节的作用，暂稳态不能长坚持延时环节的作用，暂稳态不能长坚持,经过一段时间后，电路会自动前往到稳态。暂稳态的经过一段时间后，电路会自动前往到稳态。暂稳态的继续时间仅取与继续时间仅取与RC参数值有关。参数值有关。8.1单稳态触发器单稳态触发器 门电路组成的单稳态触发器MSI集成单稳态触发器不可反复触发单稳态触发器不可反复触发单稳态触发器可反复触发单稳态触发器可反复触发单稳态触发器用555定时器组成的单稳态触发器按电路方式不同按电路方式不同单稳态触发器的分类单稳态触发器的分类任务特点划分任务特点划分8.1.1 用用CMOS门电路组成的微分型单稳态触发器门电路组成的微分型单稳态触发器 1. 1.

4、 电路电路CMOS与非门构成的微分型与非门构成的微分型单稳态触发器单稳态触发器 CMOS或非门构成的微分型或非门构成的微分型单稳态触发器单稳态触发器 稳态为稳态为1正脉冲触发正脉冲触发稳态为稳态为0负脉冲触发负脉冲触发 R vO G2 & C D vI2 vC 1 Rd vI Cd G1 vd vO1 1 vO1 vO G2 G1 C D R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd 电路处于一种稳态：电路处于一种稳态： 1 vO1 vO G2 G1 C D R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd 0 00 01 11 10 0 o =0 c =0a)没有触发信号

5、时，没有触发信号时， I=0设定设定CMOS反相器的阈值电压反相器的阈值电压2THDDVV 任务原理：任务原理：b)b)外加触发信号外加触发信号 d d =VTH产生如下正反响过程：产生如下正反响过程： vO vI vO1 vI2 迅速使迅速使 o1 = 0 o =1 vI 0 t vd 0 t vO1 vO vI2 0 t t t 0 VTH VDD t1 t2 0 电路进入暂稳态电路进入暂稳态 电容充电电容充电 I21 10 0 1 vO1 vO G2 G1 C D R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd c)c)电容充电电容充电, ,电路由暂稳态自动前往到稳态电路由暂稳态自

6、动前往到稳态 1 vO1 vO G2 G1 C D R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd 0 01 1 I2 I2 =VTH产生如下正反响过程：产生如下正反响过程： vI2 vO vO1 迅速使迅速使 o1 = 1 o =0电容放电电容放电 c =0vo2 vO1 vR vI 0 t vd 0 t vO1 vO vI2 0 t t t 0 VTH VDD t1 t2 0 tw tw0.7RC 1 输出脉冲宽度输出脉冲宽度tw(2) 恢复时间恢复时间tre tre 3d (3) 最高任务频率最高任务频率 fmax 3、 主要参数的计算主要参数的计算 vO1 vI vO vI2 0

7、 0 t t t t tW 0 VTH VDD t1 t2 vd 0 t 0 TH0V)()()(tCCC l ln nW W R RC CvC(0+) = 0；vC() =VDD =RC, VTH = VDD /2THDDDDw0VVVlnRCt = RCln2rew11ttTfminmax 4. 讨论b)用TTL门电阻R的取值可以是恣意的吗？a)在暂稳态终了(t= t2)瞬间，门G2的输入电压I2到达VDD+VTH，能够损坏G2门，怎样办？采用采用TTL与非门构成单稳电与非门构成单稳电路时，电阻路时，电阻R要小于要小于0.7k 。 vO1 G1 1 1 G2 C vI R VDD vO C

8、d Rd vO 1 G3 VD 8.1.2 集成单稳态触发器(a)vOvOvIvItwtwtwtw(b)vOvItwtw不可反复触发不可反复触发可反复触发可反复触发被反复触发被反复触发没有被反复触发没有被反复触发 1. 不可反复触发的集成单稳态触发器 74121触发信号控制电路触发信号控制电路微分型单稳触发器微分型单稳触发器电路的衔接：电路的衔接：R：外接电阻或采用内部电阻：外接电阻或采用内部电阻C：外接电阻容：外接电阻容 B A1 A2 G1 & G2 & G3 & G4 & a G5 & 1 G6 & Cext Rext Rext/Cext

9、Rint Rint G7 1 G8 1 G9 1 Q Q 触发信号控制电路触发信号控制电路 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器 输出缓冲电路输出缓冲电路 (a) 逻辑图 输出脉冲宽度：输出脉冲宽度： tw0.7RC 电路的不可反复触发特性电路的不可反复触发特性 (1)任务原理任务原理在暂稳态期间即使有触发信号输入在暂稳态期间即使有触发信号输入,但由于但由于G4门在此期间封锁，门在此期间封锁，不会被再次触发，电路属于不可反复触发单稳态触发器不会被再次触发，电路属于不可反复触发单稳态触发器暂稳态暂稳态: Q=1 Q=0 B A1 A2 G1 & G2 & G3 & G4

10、& a G5 & 1 G6 & Cext Rext Rext/Cext Rint Rint G7 1 G8 1 G9 1 Q Q 触触发发信信号号控控制制电电路路 微微分分型型单单稳稳态态触触发发器器 输输出出缓缓冲冲电电路路 (a) 逻辑图 100074121功能表功能表 HHQA1A2BQL HL LHL LLHHH LHHHHHHL L逻辑功能表逻辑功能表不可触发，坚持稳态不变不可触发，坚持稳态不变A1、A2中有一个或两个为低电平，中有一个或两个为低电平，在在B端输入上升沿时电路被触发端输入上升沿时电路被触发B 和和A1、A2、 中有一个或两个中有一个或两个为高电

11、平，输入端有一个或两个为高电平，输入端有一个或两个下降沿时电路被触发下降沿时电路被触发8.1.3 单稳态触发器的运用1. 定时定时 该电路可用于频率计该电路可用于频率计 vO 与与门门 vA vB tW 单稳单稳态态 触发触发器器 vI vI O vB O vA O vO O tW t t t t A1 Rext/ Cext VCC Cext A2 B Cext Rext/ Cext A1 A2 B Q Q VCC VCC vI vO R1 C1 R2 C2 74121 （1） 74121 （2） vO1 vI t t1 0 t tw1 tw1 vO1 0 t tw2 tw2 vO 0 2.

12、延时延时4. 组成噪声消除电路组成噪声消除电路 单稳触发器的输出脉宽应大于噪声宽度而小于信号脉宽，才可单稳触发器的输出脉宽应大于噪声宽度而小于信号脉宽，才可消除噪声。消除噪声。 如用如用 I作为下降沿触发的计数器触发脉冲作为下降沿触发的计数器触发脉冲,干扰参与干扰参与,就会呵就会呵斥计数错误斥计数错误. vI Q vO 噪声噪声 C R VCC Cext Rext/Cext 7412A1 A2 B vI Q 1D C1 R Q vO 8.2 施密特触发器8.2.1 用门电路组成的施密特触发器用门电路组成的施密特触发器8.2.2 集成施密特触发器集成施密特触发器8.2.3 施密特触发器的运用施密

13、特触发器的运用 8.2 施密特触发器1 1、施密特触发器电压传输特性及任务特点：、施密特触发器电压传输特性及任务特点： 施密特触发器属于电平触发器件，当输入信号到达某一定电施密特触发器属于电平触发器件，当输入信号到达某一定电压值时，输出电压会发生突变。压值时，输出电压会发生突变。 电路有两个阈值电压。电路有两个阈值电压。 输入信号添加和减少时，电路的阈值输入信号添加和减少时，电路的阈值电压分别是正向阈值电压电压分别是正向阈值电压VT+VT+和负阈值电压和负阈值电压VT-VT- 。同相输出施密特触发器同相输出施密特触发器反相输出施密特触发器反相输出施密特触发器 1 vI vO 1 vI vO O

14、 vI vo VT VT+ VOH VOL oVT+ vO VOH VOL VT- - vI 1、电路组成、电路组成2、任务原理、任务原理 1 1 G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 I18.2.1 用门电路组成的施密特触发器用门电路组成的施密特触发器O11I212I1vRRRvRRRv2 R1 R2 I为三角波为三角波 假假定：定： 2THDDVV 108 6 4 2 0 vI/V 2 4 6 8 10 VOHVDD vO/V B 1 1 G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 vI1O211I2121I RRRRRR00 1(1) I上上升升当当vI1=0， = 0VvO正向阈

15、值电压正向阈值电压 (VT+): I 值在添值在添加过程中，使输出电压产生跳变加过程中，使输出电压产生跳变时所对应时所对应 I 的值。的值。只需只需 I1 VTH，I1 (4)当当I下降下降, 也下降也下降那么坚持那么坚持 =VOHo当当 =VTH，电路产生如下正反响，电路产生如下正反响 ： I1 1 1 G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 vI1 1 vovovIvI 传特性曲线传特性曲线 工作波形工作波形 vI VT VT O vO VDD O t t vO VDD O VT VT vI 8.2.2 集成施密特触发器集成施密特触发器 vI vO vO， VDD TP1 TP2 TP

16、3 TN5 TN4 TN6 vS2 vS5 TP7 TN8 TP9 TN10 TN12 TP11 VDD 施施密密特特电电路路 整整形形电电路路 输输出出电电路路 1 vI vO 8.2.3 施密特触发器的运用施密特触发器的运用 o vI vO1 VOH VOL VT+VT_ vO VOH VOL 0 t tWo vI t vT+vT+vT-vT- 1 vI vO 1. 1. 波形变换波形变换 vI VT+ VT 0 t vO VOH VOL 0 t (b) vO vI 1 2. 波形的整形波形的整形 vO vI 1 vI VT+ VT 0 t vO VOH VOL 0 t (a) 1 vov

17、ovIvI o VT+ vO VOH VOL VT- 合理选择回差电压，可消除干扰信号。合理选择回差电压，可消除干扰信号。 vI O vO O vO O VT2 VT1 t t t 3.3.消除干扰信号消除干扰信号 VT- vI 0 VT+ 0 t vO VO H VO L 0 1 o oI4. 幅度鉴别幅度鉴别 o VT+ vO VOH VOL VT- - vI 8.3 多谐振荡器8.3.1 由门电路组成的多谐振荡器8.3.2 由门电路组成的多谐振荡器8.3.3 用施密特触发器构成波形产生电路 开关电路 RC延时环节多谐振荡器的根本组成：多谐振荡器的根本组成：开关器件：产生高、低电平开关器件

18、：产生高、低电平反响延迟环节反响延迟环节 RC电路：利用电路：利用RC电路的充放电特性实现电路的充放电特性实现延时，输出电压经延时后延时，输出电压经延时后,反响到开关器件输入端，改动电路反响到开关器件输入端，改动电路的输出形状的输出形状,以获得所脉冲波形输出。以获得所脉冲波形输出。概述概述8.3 多谐振荡器8.3.1 由CMOS门电路组成的多谐振荡器 1. 电路组成电路组成 vID1 D2 TP TN vO1 R C D4 D3 TP TN vOG1 G2 +VDD VC 1 1 vI vO1 vO C R G1 G2 组成的多谐振荡器组成的多谐振荡器.o1 =1, o =0 时时,电容充电电

19、容充电, I添加添加;o1 =0, o =1 时时,电容放电电容放电, I下降下降;o1与与o2反相反相,电容接在电容接在o与与I之间之间: 2. 任务原理任务原理DDTH0O 2NFFVVVV假定假定 电路初态：电路初态：=1vO1=0vOvC= 0V电容充电电容充电vCvIvI当当=VTH 时，时，迅速使迅速使G1导通、导通、 G2截止截止电路进入第二暂态电路进入第二暂态vO2=1vO1=0=0vO 1=1vO1第一暂稳态初态电容充电，电路自动翻转到第二暂稳态第一暂稳态初态电容充电，电路自动翻转到第二暂稳态vIvO1vO G1 G2 VDD TP D3 TP D1 充充 电电 vI D2

20、TN TN vO1 vO2 D4 R C vIVDDVTH0ttvOVDD02第二暂稳态电容放电，电路自动翻转到第一暂稳态第二暂稳态电容放电，电路自动翻转到第一暂稳态电容放电电容放电vCvIvI当当=VTH 时，时，迅速使得迅速使得G1截止、截止、G2导通导通电路前往第一暂稳态电路前往第一暂稳态O2=0 O1=12. 任务原理任务原理vIvO1vO G1 G2 VDD TP D3 TP D1 放放电电 vI D2 TN TN vO1 vO2 D4 R C vI VTH O VDD V V t vO2 VDD O T1 T2 t1 t2 第第一一 暂暂稳稳态态 第第二二 暂暂稳稳态态 t TRC

21、1n41.4RC 由门电路组成的多谐振荡器的振由门电路组成的多谐振荡器的振荡周期荡周期T取决于取决于R、C电路和电路和 VTH，频率稳定性较差。，频率稳定性较差。 3. 振荡周期的计算振荡周期的计算THDDDD1lnVVVRCT THDD2n1VVRCT vI(0+) 0；vC() VDD =RC, t = t2-t1T1 :vI(0+) VDD ；vC() 0 =RC, t = t3-t2T2 : THTHDD2DD21n1V)VV(VRCTTT vI VTH O VDD V V t vO2 VDD O T1 T2 t1 t2 第第一一 暂暂稳稳态态 第第二二 暂暂稳稳态态 t vovovI

22、vIVT+VT+VT_VT_VOLVOLVOHVOHT1T1T2T20 0t t0 0t t12DDTT+DDTTDDTT+DDTT-lnln()lnTTTVVVRCRCRVVVVVCVVVV C CvovovIvIR R1 18.3.2 用施密特触发器构成波形产生电路8.3.3 石英晶体振荡器1、石英晶体电路符号和选频特性电路符号电路符号 阻特性阻特性 fXf0电电感感性性电电容容性性电电容容性性当当 f = f0 时时,电抗电抗 X = 02、石英晶体振荡器、石英晶体振荡器R: 使使G1任务在线性区任务在线性区C1 : 耦合电耦合电容容C2 : 抑制高次谐波抑制高次谐波 G1 1 G2 1

23、 C1 R C2 R vO 1 2 1 & 石 英 晶 体 振 荡 器 1J 1K VCC CP vO Q Q & C1 CPQ123、双相脉冲产生电路、双相脉冲产生电路8.4 555定时器及其运用8.4.1 555定时器8.4.2 用555定时器组成施密特触发器8.4.3 用555定时器组成单稳态触发器 8.4.4 用用555定时器组成多谐振荡器定时器组成多谐振荡器555定时器是一种运用方便的中规模集成电路定时器是一种运用方便的中规模集成电路, 广泛用于信号的产广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。生、变换、控制与检测。 8.4 555定时器及其运用电阻分压器电阻分压器电压比

24、较器电压比较器根本根本SR锁存器锁存器输出缓冲反相器输出缓冲反相器集电极开路输出三极管集电极开路输出三极管 TvovICvI1vI2voC1C2+-+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5 k 5 k 5 k &1RDVCC (8)G1、电路构造、电路构造8.4.1 555定时器2、任务原理、任务原理 VCC 5k vIC vI1 C1 5k vI2 C2 5k v O T S R RD & & & 1 G vO 不变不变不变不变1导通导通01截止截止11导通导通00放电放电管管T输出输出(VO)复位复位(RD)触发输入触发输入(VI2)阈值

25、输入阈值输入(VI1)输输 出出输输 入入CC31V CC31V CC31V CC32V CC32V CC32V 3、555定时器功能表定时器功能表不变不变不变不变1导通导通01截止截止11导通导通00放电管放电管T输出输出(VO)复位复位(RD)触发输入触发输入(VI2)阈值输入阈值输入(VI1)输输 出出输输 入入CC31V CC31V CC31V CC32V CC32V CC32V 8.4.2 用555定时器组成施密特触发器 VCC 5k vIC vI1 C1 5k vI2 C2 5k v O T S R RD & & & 1 G (3vvI如何改动电路的阈值电压

26、和回差电压如何改动电路的阈值电压和回差电压? vI VCC 2 3 VCC 1 3 O vO O t t vO O VCC/3 vI 2VCC/3 施密特触发器的运用施密特触发器的运用 VCC VCC1 8 4 555 6 2 vI R vO2 vO1 VIC 0.01 F 7 3 5 1 波形变换波形变换 t 1 3 VCC 2 3 VCC vI 0 t vO 1 VO H 0 o vI vO1 VOH VOL VT+VT_电路的频率可变电路的频率可变?占空比可变占空比可变?如何改动占空比如何改动占空比?回差电压减小回差电压减小,占空比如何变化占空比如何变化? 波形产生电路波形产生电路( (

27、多谐振荡器多谐振荡器 ) ) C CvovovIvIR R1 1 VCC 8 4 555 6 2 R 0.01 F 7 3 5 1 C vovovIvIVT+VT+VT_VT_VOLVOLVOHVOHT1T1T2T20 0t t0 0t t12DDTT+DDTTDDTT+DDTT-lnln()lnTTTVVVRCRCRVVVVVCVVVV C CvovovIvIR R1 18.4.3 用555定时器组成单稳态触发器 1、电路VCC VCC vI R vO 0.01 F C vC 8 4 555 7 6 2 3 5 1 5k vIC vI1 C1 5k vI2 C2 5k v O T S R R

28、D & & & 1 G vO vI外加触发信号，电路转换到暂态，输出为外加触发信号，电路转换到暂态，输出为1 1触发信号消除后，电容充电电路自动转换到稳态输出为触发信号消除后，电容充电电路自动转换到稳态输出为0 0没有触发信号时没有触发信号时( i )( i )电路处于稳电路处于稳态，输出为态，输出为0 0 13VCCVCC 5k vIC vI1 C1 5k vI2 C2 5k v O T S R RD & & & 1 G vO vI VCC vI R vO 0.01 F C vC 8 4 555 7 6 2 3 5 1 tw=RC1n31.1RC 4 4、任务波形及输出脉宽的计算、任务波形及输出脉宽的计算电路是可反复触发的单稳电路是可反复触发的单稳? ?如将如将5脚接电压脚接电压V,电路的脉宽会改动吗电路的脉宽会改动吗?V添加添加,脉宽脉宽如何改动如何改动?减小减小? vI O vC O vO O 2 3 VCC tW t t t vI O t 8 4 2 5