第8章脉冲波形的产生与变换

1、 数字系统中的时钟脉冲、触发脉冲、控制信号等是由脉数字系统中的时钟脉冲、触发脉冲、控制信号等是由脉冲发生器产生的。本章介绍几种脉冲发生和脉冲变换电路。冲发生器产生的。本章介绍几种脉冲发生和脉冲变换电路。 8.1 概述概述 8.1 .1 脉冲波形产生与变换电路的组成脉冲波形产生与变换电路的组成脉冲脉冲电路电路组成：组成：延迟电路延迟电路正反馈电路正反馈电路开关元件开关元件 /teffff )()(0)(t)(-)()(0-)(tfffflnt 我们着重介绍由我们着重介绍由555定时器组成的脉冲发生和定时器组成的脉冲发生和变换电路变换电路8.1 .2 555定时器定时器分分压压比比较较RS触触发器

2、发器+_+_Q5 k 5 k 5 k 8 +UCC452713C1C26DSDRQT+&1.缓冲缓冲输出输出8.1 .2 555定时器定时器分压器：分压器：由由3个个5K 电阻组成，当电压控制端电阻组成，当电压控制端(5脚脚)悬空时，悬空时，VA=2/3Vcc，VB =1/3Vcc，分别作为两个比较器的基准电，分别作为两个比较器的基准电平。改变平。改变5脚的输入，可改变脚的输入，可改变A、B的基准电平。的基准电平。2/3 UCC2/3 UCC1/3 UCC011/3 UCC112/3 UCC2/3 UCCRD=1SD=0.uCR1R2.+C充电充电C放电放电100uo1= VoLui3

3、=uth + VoL VoH uthuoVoL ，ucVoL uthuo= VoLC充电，充电，ui3 =uth111G1G2G3R1R2Cuo1uo2ui3u0+ VoLtui3VoHtuoVoHuthuth + VoL VoHVoH VoL+ uth第一暂第一暂态保持态保持uoVoH第二暂态开始，如第二暂态开始，如此往复并稳定下来。此往复并稳定下来。8.2.2. 8.2.2. 石英晶体时钟脉冲发生器石英晶体时钟脉冲发生器 石英晶体是石英晶体是SiO2结晶体，其符号及等效阻抗结晶体，其符号及等效阻抗的频率特性如图所示。的频率特性如图所示。 由图可见石英晶由图可见石英晶体具有很强的选频性体具有

4、很强的选频性且频率特性非常稳定。且频率特性非常稳定。当外加电压频率等于当外加电压频率等于其固有频率其固有频率fo时，其时，其阻抗最小，而其他频阻抗最小，而其他频率信号经过石英晶体率信号经过石英晶体时严重衰减。时严重衰减。1. 石英晶体片简介：石英晶体片简介：8.2.2. 8.2.2. 石英晶体时钟脉冲发生器石英晶体时钟脉冲发生器(1) 从第一暂稳态自动翻从第一暂稳态自动翻转到第二暂稳态的过程。转到第二暂稳态的过程。 电源刚接通时，电容电源刚接通时，电容C2两端电压为两端电压为0，G1输入输入为低电平为低电平2. 石英晶体时钟脉冲发生器：石英晶体时钟脉冲发生器：+() 此正反馈过程保证电路进入第

5、一暂稳态。同此正反馈过程保证电路进入第一暂稳态。同时高电平时高电平uo经经R1对对C1、C2充电，当充电，当C2充电到充电到G1的的开门电平时，开门电平时，uo输出低电平。经过同样的正反馈输出低电平。经过同样的正反馈过程保证电路进入第二暂稳态。过程保证电路进入第二暂稳态。 将石英晶体与多谐振荡器中的将石英晶体与多谐振荡器中的C3串联。石英晶串联。石英晶体对其固有频率体对其固有频率fo相当于阻抗最小的电阻，与相当于阻抗最小的电阻，与C3构构成正反馈电路。成正反馈电路。8.2.2. 8.2.2. 石英晶体时钟脉冲发生器石英晶体时钟脉冲发生器(2) 从第二暂稳态自动翻转到第一暂稳态的过程。从第二暂稳

6、态自动翻转到第一暂稳态的过程。2. 石英晶体时钟脉冲发生器：石英晶体时钟脉冲发生器：+(+) 此正反馈过程保证电此正反馈过程保证电路进入第二暂稳态。同时路进入第二暂稳态。同时C1、C2放电，放电，C3充电。当充电。当C2电压放到电压放到G1的关门电平的关门电平时，时，uo又输出高电平又输出高电平 。 这样的过程周而复始，电路输出一系列方波。这样的过程周而复始，电路输出一系列方波。 石英晶体振荡器的振荡频率取决于石英晶体片的石英晶体振荡器的振荡频率取决于石英晶体片的固有频率，与电路中的电阻电容值无关。固有频率，与电路中的电阻电容值无关。当当uo输出低电平时：输出低电平时：。G1G2&ui

7、ucuo1uoCR 在基本在基本RSRS触发器的触发器的正反馈通道中串联一个正反馈通道中串联一个RCRC微分电路构成微分电路构成微分型微分型单稳态触发器单稳态触发器。1G1G2&uiucuo1uoCR1 1、未触发时电路处于稳定状态、未触发时电路处于稳定状态未触发时，输入未触发时，输入u ui i为高电平为高电平( (用用“1”1”表示表示) )。1001 由以上正反馈保证电路处由以上正反馈保证电路处于稳定状态于稳定状态u uo o=V=VoHoH。2 2、外加触发信号，电路由稳、外加触发信号，电路由稳定状态翻转到暂稳态定状态翻转到暂稳态0 由以上正反馈保证电路能翻转到暂稳态由以上正反

8、馈保证电路能翻转到暂稳态u uo o=V=VoLoL。由于由于u uo o的低电平送回到的低电平送回到G1G1的输入端，所以即使此时的输入端，所以即使此时u ui i的触发低脉冲的触发低脉冲消失，输出也不会改变。消失，输出也不会改变。3 3、电容充电，电路由暂稳态自、电容充电，电路由暂稳态自动返回稳定状态动返回稳定状态 电路进入暂稳态的同时，电路进入暂稳态的同时，u uo1o1的高电平对的高电平对C C充电。充电。 随着随着u uc c ，充电电流减小，电，充电电流减小，电阻阻R R上的电压也减小，当上的电压也减小，当V VA A降低到降低到G G2 2的关门电平的关门电平VoVoFFFF时，

9、时，G G2 2输出输出u uo o由由低电平低电平V VoLoL跃变到高电平跃变到高电平V VoHoH。暂稳。暂稳态结束，电路返回稳定状态。态结束，电路返回稳定状态。 G G2 2关门前一瞬间，电容两端电压关门前一瞬间，电容两端电压u uc cV VoHoH - V - Vo oFFFF 。1G1G2&uiucuo1uoCR10010A A4 4、电容两端电压的恢复过程、电容两端电压的恢复过程 暂稳态结束时，暂稳态结束时，u uo1o1为低为低电平。由于电容两端的电压不电平。由于电容两端的电压不能突变，所以能突变，所以A A点电位跃变为点电位跃变为V VoLoL-(-(V VoHoH

10、- V- Vo oFFFF),),此后电容开始此后电容开始放电，放电结束时，放电，放电结束时，V VA A约为约为0 0，电容电压电容电压u uc c也约为也约为0 0，为触发，为触发器下次翻转作好准备。器下次翻转作好准备。 1G1G2&uiucuo1uoCR10010A A电路中各点电平变化如图所示。电路中各点电平变化如图所示。 暂稳态维持的时间暂稳态维持的时间T TP P取取决于决于RCRC充电的快慢。而触发充电的快慢。而触发器由暂稳态回到稳态的恢复器由暂稳态回到稳态的恢复时间时间TRTR决定于决定于RCRC电路的放电电路的放电时间。时间。 为了保证单稳态电路正为了保证单稳态电路正

11、常工作，要求触发信号常工作，要求触发信号u ui i的的周期周期T TTTP P+T+TR RuCR1ui+C1+C2QQRDSD5K5K5KVAVB T1348(复位端复位端)uO6527(地地)uCR1ui+C1+C2QQRDSD5K5K5KVAVB T1348(复位端复位端)uO6527接通电源接通电源2/3 UCC01101Q=0导通导通1(地地)uCR1ui+C1+C2QQRDSD5K5K5KVAVB T1348(复位端复位端)uO65271101Q=1截止截止02/3 UCC1010Q=1010 110Q=0+UCC48562713.0.01FuCCuiuoRuituCtuOt(1

12、/3UCC)Q=0Q=1T导通，导通，C通过通过T放放电电,uC 0接通电源接通电源RD=0SD=1保持保持“0”态态RD=1SD=1上升到上升到2/3 UCCuituCtuOt暂稳态暂稳态tptp=RC ln3=1.1RC+UCC48562713.0.01FuCCuiuO2/3UCCRD=1SD=0Q=1Q=0T截止截止C充电充电RD=0SD=1Q=0Q=1因此暂稳态的长短因此暂稳态的长短取决于取决于RC时间常数时间常数R单位时间让脉冲通过单位时间让脉冲通过下降沿延迟下降沿延迟&uiuBuAuouituBtuotuAt短时用照明灯短时用照明灯48162357uouiUCCSRCuit

13、uottpuo按一下按一下按钮按钮 S未按未按0KT的线圈的线圈不通电不通电KT 的触点的触点断开断开灯灯灭灭1通电通电闭合闭合亮亮48162357uOuiUCCCSKTKTD1D2RuCR1ui+C1+C2QQRDSD5K5K5Kab T1348(复位端复位端)uO16527R2R3RRS 施密特触发器是一种双稳态触发器。它不同于一般双稳态施密特触发器是一种双稳态触发器。它不同于一般双稳态触发器的是：触发器的是：它是电平触发，普通触发器是脉冲触发；它是电平触发，普通触发器是脉冲触发；它它具有类似于磁滞回线形状的电压传输特性。它广泛应用于整形、具有类似于磁滞回线形状的电压传输特性。它广泛应用于

14、整形、延时电路。延时电路。 电路中，电路中， 2端和端和6端接于端接于e点，与点，与a、b点的电位比较。点的电位比较。cc31b32aVV,VccV uCR1ui+C1+C2QQRDSD5K5K5Kab T1348(复位端复位端)uO16527R2R3RRSeduCR1ui+C1+C2QQRDSD5K5K5Kab T1348(复位端复位端)uO6527R2R3RRSed1 1、接入电源，电路进入第一稳态、接入电源，电路进入第一稳态设设uc(0)=0,(0)=0,接入电源接入电源, ,ui =0=0ud =0=0ueVaVbR=1S=0uO =1同时电源给电容同时电源给电容C C充电充电 ud

15、= =ueCC313VRRR VbR=1S=1保持保持 uO =1第一稳态第一稳态uO =11 1、接入电源，电路进入第一稳态、接入电源，电路进入第一稳态设设uc(0)=0,(0)=0,接入电源接入电源, ,ui =0=0ud =0=0ueVaVbR=1S=0同时电源给电容同时电源给电容C C充电充电ud = =ueVbR=1S=1保持保持 uO =12 2、输入电压变化时，输出状态相应改变、输入电压变化时，输出状态相应改变ui 0, 0, ueuc+ +ui , ,VaVbR=0S=1uO =0第二第二稳态稳态若若ui ，使使ue 此后，即使此后，即使ui ，只要只要ue Vb，输出都保持第

16、二稳态不变，输出都保持第二稳态不变，只有当只有当uiVaR=0uO =0若若ui 此后，即使此后，即使ui ，只要只要ui Vb，输出都保持第二稳态不变，输出都保持第二稳态不变，只有当只有当uiVb时，输出才回第一稳态。工作波形如图所示：时，输出才回第一稳态。工作波形如图所示：2/3UCC1/3UCC 波形显示，波形显示，Va和和Vb是使触是使触发器翻转的高、低电平，分发器翻转的高、低电平，分别称为别称为上限触发门槛电平上限触发门槛电平和和下限触发门槛电平下限触发门槛电平。两电平。两电平之间的差值称为回差电压之间的差值称为回差电压VH。此电路的回差电压：此电路的回差电压： VH 2/3UCC 1/3UCC 1/3UCC 由于施密特触发器具有回差由于施密特触发器具有回差特性，所以具有较强的抗干扰能特性，所以具有较强的抗干扰能力。回差越大抗干扰能