数字逻辑电路第9章脉冲信号的产生与整形-1

1、第9章脉冲信号的产生与整形 第第9章脉冲信号的产生与整形章脉冲信号的产生与整形9.1概述概述 9.2555定时器定时器 9.3施密特触发器施密特触发器 9.4单稳态触发器单稳态触发器 9.5多谐振荡器多谐振荡器 第9章脉冲信号的产生与整形 9.1概述概述脉冲信号是指突然变化的电压或电流。在数字电路中，为了控制和协调整个系统的工作，常常需要脉冲信号。获得矩形脉冲的方法有两种：一种是利用多谐振荡器直接产生所需要的矩形脉冲；另一种是通过整形电路把已有的周期性变化波形变换成符合要求的矩形脉冲。常用的整形电路有施密特触发器和单稳态触发器，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

2、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。第9章脉冲信号的产生与整形 555定时器是一种多用途的数字模拟混合集成电路，利用它能方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器，因而在定时、控制、检测、报警等方面得到了广泛的应用。 第9章脉冲信号的产生与整形 9.2555定时器定时器555定时器因输入端设计有三个5k电阻而得名，它的电源电压范围宽(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。555定时器的产品型号繁多，但所有双极型产品型号最后三位数

3、码都是555，所有CMOS产品型号最后的四位数码都是7555。它们的功能和外部引脚的排列完全相同。下面以双极型555定时器为例介绍555定时器的电路组成。第9章脉冲信号的产生与整形 9.2.1 555 定时器电路组成定时器电路组成 555定时器由电压比较器、电阻分压器、基本 RS 触发器、放电管四个基本单元组成。图 9-1 为其电路结构，其中三个 5k 电阻构成电阻分压器， 为两个电压比较器C1和C2提供参考电压UR1和UR2，在不加控制电压时，UR1=CCV32，UR2=CCV31。如果在电压控制端CO 加输入电压 UCO ，则 UR1 = UCO，UR2 = UCO /2。电压比较器 C1

4、和 C2通过比较 TH 与 UR1和TR与 UR2的大小输出为高电平或低电平，作为基本 RS 触发器的输入信号。 基本 RS 触发器的输出控制放电三极管V，并决定输出信号。 第9章脉冲信号的产生与整形 图91双极型555定时器电路结构图 第9章脉冲信号的产生与整形 图92是555定时器引脚图。其中，RD为复位端，只要在RD端加上低电平，输出端OUT便立即被置成低电平，不受其他输入端状态的影响，正常工作时必须使RD处于高电平状态。TR是触发输入端，TH是阈值输入端。如果在控制电压端（CO端）施加一个外加电压，比较器的参考电压将随之改变，从而影响电路的定时参数。当不用控制电压端时，一般都通过一个0

5、.01F电容接地，以旁路高频干扰，提高电路的工作稳定性。OUT为输出端。 第9章脉冲信号的产生与整形 图图92 555定时器引脚图定时器引脚图 第9章脉冲信号的产生与整形 第9章脉冲信号的产生与整形 (2) 当1RUTH ，2RUTR时，0S, 1R，RS触发器被置 1，G1输出低电平，OUT 输出高电平，V 管截止。 (3) 当1RUTH ，2RUTR 时，1S, 1R，触发器的状态保持不变，因此 V 管的状态维持不变，OUT 输出也不变。这样我们就得到了表9-1 所示的 555定时器的功能表。 第9章脉冲信号的产生与整形 表9-1555定时器功能表 输入 输出 TH TR DR OUT=Q

6、 V 状态 0 0 导通 CCV32 CCV31 1 0 导通 CCV32 CCV31 1 1 截止 CCV31 1 不变 不变 第9章脉冲信号的产生与整形 9.3施密特触发器施密特触发器 9.3.1施密特触发器的特性和符号施密特触发器的特性和符号 施密特触发器有两个重要特性：（1）输入信号从低电平上升的过程中，电路状态转换时对应的输入电平与输入信号从高电平下降过程中对应的输入转换电平不同。（2）在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程使输出电压波形的边沿变得很陡峭。 第9章脉冲信号的产生与整形 利用这两个特性不仅能将边沿变换缓慢的信号波形整形为边沿陡峭的矩形波，而且可以将叠加在矩形脉冲高、

7、低电平上的噪声有效地清除。施密特触发器分为反相施密特触发器和同相施密特触发器，其相应的电压传输特性和逻辑符号如图9-3所示。图中，UT+称为正向阈值电平或上限触发电平；UT-称为负向阈值电平或下限触发电平；其差值称为回差电压（滞后电压），用UT表示,即有UT=UT+-UT-。在图9-3(a)中，当UI从低电平上升到UT+时，UO从高电平变为低电平；当UI从高电平下降到UT-时，UO从低电平变为高电平。由于UI和UO始终为反相关系，因此称这类施密特触发器为反相施密特触发器，其逻辑符号见图9-3(c)。反之，若UI和UO为同相关系(如图9-3(b)所示)，则称为同相施密特触发器，其逻辑符号如图9-

8、3(d)所示。 第9章脉冲信号的产生与整形 图9-3施密特触发器的电压传输特性及逻辑符号 第9章脉冲信号的产生与整形 可以看出，施密特触发器是一种受输入信号电平直接控制的双稳态触发器。它有两个稳定状态，只要输入信号电平达到触发电平，输出信号就会发生突变，从一个稳态转变到另一个稳态，并根据外加触发信号来决定稳态的维持时间。另外，由于施密特触发器具有滞后特性或回差特性，即对正向和负向增长的输入信号，电路有不同的阈值电平，因此提高了抗干扰能力。 第9章脉冲信号的产生与整形 9.3.2用用555定时器构成施密特触发器的方法定时器构成施密特触发器的方法 将555定时器的高电平触发端和低电平触发端连接起来

9、，作为触发信号的输入端，就可构成施密特触发器，如图9-4所示。 图9-4555定时器构成的施密特触发器 第9章脉冲信号的产生与整形 对照555定时器的功能表，可知图9-4所示电路的工作过程形成了一个反相施密特触发器电压传输特性曲线，如图9-5所示。 图9-5555定时器构成的施密特触发器电压传输特性曲线 第9章脉冲信号的产生与整形 (1)IU处于上升期间，当IUCCV31时，根据 555 定时器功能表可知电路输出OU为高电平； (2)当CCV31IUCCV32时，输出OU不变，仍为高电平； (3)当IU增大到CCV32时，电路输出OU变为低电平。此刻对应的IU值称为正向阈值电平。 (4)在IU

10、由高电平逐渐下降且CCV31IUCCV32时，输出OU不变； (5)当IUCCV31时，电路输出OU变为高电平。 第9章脉冲信号的产生与整形 【例【例9.1】用555定时器将输入三角波转换成矩形波。解解变换后的波形如图9-6所示。图9-6三角波变换矩形波波形图第9章脉冲信号的产生与整形 9.3.3施密特触发器应用举例施密特触发器应用举例1.用于脉冲整形用于脉冲整形 在数字测量和控制系统中，由传感器送来的信号波形边沿较差，此外，脉冲信号经过远距离传输后，往往会发生各种各样的畸变，整形电路可以把这些脉冲信号变换成具有一定幅度和宽度的矩形波形。图9-7是利用施密特触发器获得的比较理想的矩形脉冲波形。 图9-7脉冲整形 第9章脉冲信号的产生与整形 2.用于波形变换用于波形变换 利用施密特触发器在状态转换过程中的正反馈作用，施密特电路可以把变化比较缓慢的正弦波、三角波等变换成边沿很陡峭的矩形脉冲信号。 在图9-8所示的例子中，输入信号是由直流分量和正弦分量叠加而成的，只要输入信号的幅度大于UT+，即可在施密特触发器的输出端得到同频率的矩形脉冲信号。即施密特触发器能把不规则波形变换成前后沿陡峭的矩形波，且输出波形的周期和频率与输入信号相同。 第9章脉冲信号的产生与整形 图