《数字电路与逻辑设计》第7章

1、第七章 脉冲信号的产生和变换 7.1 概述 图 7.1.1 常见脉冲波形(a) 矩形波(b)锯齿波(c)三角波(d) 微分波 脉冲是脉动和短促的意思，脉冲信号是指在短暂的时间内出现的电压或电流信号。广义讲，各种非正弦信号都是脉冲信号。tr0.9Um0.5Um0.1UmtftWTUm1.脉冲幅度 Um 2.上升时间 tr 3.下降时间 tf 4.脉冲宽度 tw 5.脉冲周期T 6.脉冲频率 f=1/T 7.占空比 q=tw/T 在数字系统中常常需要用到各种幅度、宽度以及具有陡峭边沿的矩形脉冲信号，如触发器的时钟脉冲（CP）。获取这些脉冲信号的方法通常有两种： 脉冲产生电路直接产生，如多谐振荡器；

2、 利用已有的周期信号整形、变换得到。如单稳态触发器，施密特触发器；以上电路都可以通过多用途的定时电路555定时器实现。7.2 集成定时器 555定时器是一种多用途的数字模拟混合集成电路，可以方便地构成多谐振荡器，施密特触发器和单稳态触发器。 双极型产品型号最后数码为555，CMOS型产品型号最后数码为7555。其功能和外部引脚排列完全相同。12348765地2oRDUCC放电端6UCO555uuu5555定时器的内部电路包括以下几部分 ：（1） 一个由三个相等电阻组成的分压器;（2）两个电压比较器: C1、C2 ;（3）一个 基本SR 触发器;（4）一个晶体管T。高触发输入端（阈值输入）控制电

3、压输入端低触发输入端（触发输入）直接置0端输出端放电端结构原理图1.分压器5脚悬空时， ， ；5脚外接控制电压UCO时， 。注：当5脚不加控制电压时，通常经过一个0.01F的电容接地，以抑制干扰。高触发输入端（阈值输入）控制电压输入端低触发输入端（触发输入）直接置0端输出端放电端结构原理图控制电压输入端2.电压比较器U+U-时，Ci1；U+U-时，Ci0。 R SQn+10 00 11 01 1高触发输入端（阈值输入）控制电压输入端低触发输入端（触发输入）直接置0端输出端放电端结构原理图高触发输入端低触发输入端异步清零端3.基本RS触发器Qn+1Qn10不定4.放电三极管T是一个集电极开路的放

4、电三极管。当Q=0Q1时，T导通, 相当于开关闭合，7端口对地短接。当Q=1Q0 时，T截止, 相当于开关断开，7端口悬空。 高触发输入端（阈值输入）控制电压输入端低触发输入端（触发输入）直接置0端输出端放电端结构原理图Q7高触发输入端（阈值输入）控制电压输入端低触发输入端（触发输入）直接置0端输出端放电端结构原理图二、功能分析 Q=1，T截止 1.当RD=0时，Q=0，T导通 2.当RD=1时 S=1，R=0高触发输入端（阈值输入）控制电压输入端低触发输入端（触发输入）直接置0端输出端放电端结构原理图二、功能分析 Q、T保持 S=0，R=0高触发输入端（阈值输入）控制电压输入端低触发输入端（

5、触发输入）直接置0端输出端放电端结构原理图二、功能分析 Q=0，T导通 S=0，R=1二、功能分析 不允许 高触发输入端（阈值输入）控制电压输入端低触发输入端（触发输入）直接置0端输出端放电端结构原理图S=1，R=1RD(4端)低触发输入TR(u2)高触发输入TH(u6)SRFFS R输出Q(u3)放电端DIS(7端)0 0导通11 01截止10 0不变不变10 10导通11 1表 7.2.1 555定时器功能表多谐振荡器是一种常用的脉冲信号产生电路。工作特性：1、自激在接通电源后，不需外加触发信号，便能自动产生矩形脉冲；2、多谐矩形波中除基波外，还含有丰富的高次谐波。3、具有两个暂稳态；7.

6、3 555定时器应用 一、自激多谐振荡器 自动触发自动返回暂稳态0暂稳态1暂稳态0工作原理 刚接通电源时：；第一暂稳态 tVCCuC00tuO7充电阶段：；第一暂稳态 ；第二暂稳态 tVCCuC00t1t2uO放电阶段：；第二暂稳态 ；第一暂稳态 tVCCuCOOtt1t2t3uOTPHTPLt5tVCCuCOOtt1t2t3t4uO3.矩形波参数 TPHTPLt5tVCCuCOOtt1t2t3t4uO4.占空比可变的多谐振荡器 图7.3.2 占空比可调的多谐振荡器例 试用555定时器设计一个振荡周期为1秒，输出脉冲占空比q=2/3的多谐振荡器。（取C=10F） 解： 由于C=10F， 电路图

7、如下所示。 48162357RAC555uoVCCRB1RB8S8S1简易电子琴电路图简易电子琴就是通过改变RB 的阻值来改变输出方波的周期 , 使外接的喇叭发出不同的音调 。7.3.2施密特触发器施密特触发器是一种常用的脉冲信号整形电路。1、工作特性：OuIuOUOHUOLuI 增大时与上限阈值比特点:uI 减小时与下限阈值比上限阈值电压主要静态参数回差电压下限阈值电压回差电压UT = UT+ UT(a)施密特反相器的电压传输特性与符号(b)施密特缓冲器的电压传输特性与符号uOHLOUT-UT+uIuOuIUT+UT-HLOuO 具有两个稳态； 属于电平触发，缓慢变化的信号也可以作为输入信号

8、，当输入信号达到某一特定值时，输出电平就发生突变； 输入信号从低电平上升时，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时对应的输入转换电平不同。工作特点：2.由555定时器构成的施密特反相器 O(b) 特性uOuI图7.3.4 555定时器构成的施密特触发器(a) 电路施密特反相器和普通反相器的比较AY1普通反相器uAUTHuY?TTL：1.4 VCMOS：施密特反相器AYuAUT+UT上限阈值电压下限阈值电压uY回差电压：ttuOuIOO(a)波形变换uIuO3.施密特触发器典型应用 施密特触发器可以将边沿变化缓慢的周期性信号变换成边沿陡峭的矩形脉冲信号。tt(b) 整形uIuOO

9、O 施密特触发器可以将不规则的波形整形为矩形波。若适当增大回差电压，可提高电路的抗干扰能力。回差电压是由5脚接入的控制电压UCO来控制的。tt(c) 鉴幅uIuOOO 从一系列幅度不同的脉冲信号中选出幅度大于正向阈值电压U+的输入脉冲， 即对幅度进行鉴别。 7.3.3单稳态触发器单稳态触发器是又一种脉冲整形电路，简称单稳。由外界触发自动返回稳定状态稳定状态暂稳态恢复期工作特性： 它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态； 在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，电路能自动返回稳态； 暂稳态不能长久保持，其维持时间的长短取决于电路自身参数，与外界触发脉冲无关。一、555定

10、时器构成的单稳态触发器48762315uCCuouIRUCC0.01F5555脚经过0.01F电容接地，则 ， 。恢复期： VT导通，电容C迅速放电，直到使uC0，电路又恢复到稳态。暂稳态：u2触发脉冲下降沿到达时 （ ），电路进入暂稳态，uO1。 当 时，uO0，暂稳态结束。1.工作原理 稳态： 无触发信号时，uI为高电平。电容先充电后放电， 当uC0时，电路进入稳态：uO0。48762315uCCuouIRUCC0.01F555TuI13UCC0uo0tWTWuC023UCCtttUCC48762315uCCuouIRUCC0.01F555波形图 电路对输入触发脉冲的宽度有一定要求，它必须

11、小于tW。若输入触发脉冲宽度大于tW时，应在u2输入端加入微分电路。 因此可得 2.输出脉冲宽度tW 输出脉冲宽度tW是暂稳态的停留时间，即电容C的电压从0充电到 所需的时间。根据电容C的充电过程可知： 上式说明：单稳态触发器输出脉冲宽度tW仅决定于定时元件R、C的取值，且成正比关系，而与输入触发信号和电源电压无关，因此调节R、C的大小，即可方便地改变tW。矩形脉冲的周期与输入的触发信号周期相同。二、单稳态触发器的应用1.脉冲整形IutWOu 单稳态触发器能够把输入的不规则脉冲信号uI，整形为具有一定幅度和一定宽度的标准矩形脉冲uO。uO的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度tW决定于定时元件R和C。单稳态触发器的整形波形2.脉冲延时 脉冲延时电路一般要用两个单稳态触发器完成。延时时间为tW1，它决定于第一级单稳态触发器的