数字电子技术脉冲波形的产生与整形

1、第六章 脉冲波形的产生与整形,6.1 概述,1.脉冲幅度Vm 2.脉冲宽度tW0.5Vm0.5Vm 3.上升时间tr0.1Vm0.9Vm 4.下降时间tf0.9Vm0.1Vm 5.周期T周期性脉冲信号，两脉冲间的时间间隔 6.频率f周期的倒数或每秒钟重复的次数。 7.占空比q脉冲宽度与周期之比,描述矩形脉冲的几个参数,理想波形,实际波形,6.5 555定时器的电路结构与功能,6. 5.1 555 定时器的电路结构与功能,555定时器是一种将模拟电路和数字电路集成于一体的多功能中规模集成电路。利用它能极方便地构成施密特触发器，单稳态触发器，多谐振荡器等多种电路。在脉冲波形的产生、整形、波形变换、

2、定时等方面应用极广,555定时器是由于其型号的最后三位是555而命名的。世界上各个厂家都有各自的555产品。尽管其型号各不相同，但其最后 几位都是555,电路结构,由分压器，C1、C2比较器, 基本 RS触发器， 集电极开路的放电 三极管TD四部分构成,主要原理： 定时器的主要功能 取决于比较器和基 本RS触发器,C1、C2参考电压由电阻分压器和外接控制电压VCO决定,由图可知,vI1VR1，vI2VR2时， vC1=0，vC2=1，置0有效， Q=0，vO=0, TD导通,vI1VR2时， vC1 =1，vC2 =1，保持， Q保持，vO保持，TD保持,vI1VR1，vI2VR2时， vC1

3、=1，vC2=0，置1有效， Q=1，vO=1，TD截止,不允许,所以，CB555的功能如下表（VCO悬空时,不允许,6.5.2 用555构成施密特触发器,功能特点： 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。 如图示,施密特触发器,反相输出 施密特触发器,6.5.2 用555构成施密特触发器,方法：将vI1和vI2连在一起做输入端，构成反相施密特触发器,1)vI从0上升的情况,2)vI从高于 2/3VCC下降的情况,改变5脚的电压值，可

4、改变回差电压，提高抗干扰能力,电压传输特性,如果参考电压由UCO提供， 则VT+= UCO ， VT=1/2 UCO VT =VT+ -VT- =1/2 UCO,集成施密特触发器,集成施密特触发器7413,带与非功能的施密特触发器,不可调,集成施密特触发器CC40106,调节VDD可调,施密特触发器的应用,将正弦波、三角波等转换成矩形波,一、用于波形变换,二、用于脉冲整形,将不理想的矩形波转换成理想矩形波,如上升沿、下降沿不理想， 寄生振荡，干扰脉冲造成的不理想脉冲,三、用于脉冲鉴幅,将一些不同幅度的脉冲信号加到施密特触发器的输入端时，只有 那些大于VT+的脉冲才会产生输出信号,电路,路灯自动

5、开关控制电路,光照强LDR阻值小VA1/3VCC 输出高电平VT通K线圈有电常闭触点断开灯灭,光照弱LDR阻值大VA2/3VCC 输出低电平VT止K线圈断电常闭触点闭合灯亮,光敏电阻,6.5.3 用555构成单稳触发器,单稳态触发器,功能特点,1.电路有稳态和暂稳态两个状态。 2.在触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持 一段时间后，再自动返回稳态。 3.暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲宽 度无关,6.5.3 用555构成单稳态触发器,vI2作触发输入， vI1与vO相接， 上接R到VCC，下接C到地,方法,特点：低电平触发(1/3VCC)， 暂稳态为1。 要

6、求输入窄脉冲,原理,1)稳态时：vI=1（1/3VCC）， vI1= 0，vC1=1，vC2=1， Q=0，vO=0，C上无电荷， TD导通,C放电， vC下降， 当vC下降到2/3Vcc时， vC1=1， vC2=1，保持， vO =0保持,反证,若vO =1，Q=1，则TD截止,C充电，vC上升，当vC上升 到2/3VCC时，vC1=0，置0,Q=0，vO =0，则TD导通,2)暂稳态过程,vI下降沿到来时，vC2=0，置1， 故vO=1，进入暂稳态，TD止,C充电，当vC上升到2/3VCC时，vC1=0， vI2上升沿到来时，vC2=1，置0，vO=0，暂稳态结束,TD通，C放电，vC下

7、降使vC2/3VCC，vC1=1，vC2=1 ，vO保持0，放电完毕vC=0,3)恢复过程,波形,参数计算：tw,C充电过程中vC从初始值上升 到2/3VCC时所需的时间,RC， vC(0)=0，vC()=VCC,该电路要求输入触发脉冲宽度要小于暂稳态时间,若vI 脉冲宽度tW，则vI1=VTH 时， vC1=vC2=0，工作不正常,措施：在输入端加微分网络Rd、Cd（足够小），将宽脉冲变为 窄脉冲,该电路为不可重复触发的单稳态电路，除此之外还有可重复触发的单稳态电路,在暂稳态尚未结束时，又来一个触发脉冲，此脉冲不会引发新的暂稳态,如果在暂稳态尚未结束时，又来一个触发脉冲，可再引发一个暂稳态,

8、1)上升沿触发,2)下降沿触发,集成单稳态触发器,特点,74121,TTL集成单稳态触发器,当A1A2=0时，B上升沿触发,当B=1，A1(或A2)=1时， A2(或A1)下降沿触发,3)暂稳时间可调,内部有固定电阻，可外接电容和电阻。通过调节外部电阻或电容可调暂稳时间,4) 不可重复触发型,b. 外接电容Cext，外接电阻Rext,a.外接电容Cext，内部电阻Rint,两种使用方法,74122、74123可重复触发型,74121、74221不可重复触发型,74221 、74122、74123还设有直接清零端,1. 脉冲延时,单稳态触发器的主要应用是整形、定时和延时,图单稳电路的延时作用,如

9、果需要延迟脉冲的触发时间，可利用单稳电路来实现,uO的下降沿比uI的下降沿延迟了tw的时间,单稳态触发器的应用,2.脉冲定时,单稳态触发器能够产生一定宽度tw的矩形脉冲，利用这个脉冲去控制某一电路，则可使它在tw时间内动作(或者不动作,图脉冲定时,调整 tw =1s，对uo的脉冲计数可构成频率计,白灯亮的时间即为曝光时间 Tw,Tw = 1.1 R C,洗相曝光定时器,若S打开 , 则 ui = 1,若S合上 , 则 ui = 0,触摸定时控制开关,人手触摸P, 触发，uo高电平, 灯亮tw秒,tw= 1.1 RC,3. 整形,ui,uo,ui,uo,tw,在uO=1时，输入信号的波动，对输出

10、的信号无影响,将不规则波形转换成幅度和宽度一定的矩形波输出脉冲,6.5.4 用555定时器接成的多谐振荡器,多谐振荡器,多谐振荡器是一种无稳态触发器，接通电源后，不需外加触发信号，就能产生矩形波输出。由于矩形波中含有丰富的谐波，故称为多谐振荡器,多谐振荡器是一种常用的脉冲波形发生器，触发器和时序电路中的时钟脉冲一般是由多谐振荡器产生的,输出矩形波的频率和占空比可调,功能特点,无稳态,输出信号自动地从1态翻到0态，再从0态翻到1态，形成矩形脉冲,6.5.4 用555定时器接成的多谐振荡器,原理：先接成施密特触发器， 再利用RC充放电电路接回 输入端,设计思想：利用放电管T作为一个受控电子开关，使

11、电容充电、放电而改变置0置1信号，交替置0、置1,工作过程,加电时，vC=0，则vO=1，TD 截止。C充电，vC上升,当vC =2/3VCC时，vC1=0，vO=0，TD导通，vO=0，C放电，vC下降,当vC =1/3Vcc时，vC2=0，vO=1，TD截止，vO=1，C充电，vC上升,如此循环,参数计算,T1充电,T2放电,占空比,怎样获得小于50%的占空比,加二极管改变充放电路径，使得充电快，放电慢,例：要求设计多谐振荡器,则R1=R2=48K,电路图,使用电阻加电位器以利调节q,多谐振荡器的应用举例,1）门铃,SB按下，电源接通，振荡，喇叭发出声音,SB不按，电源断开，振荡器不工作，喇叭不响,T =0.7（10103+2 100 103 ） 0.01 10-6 （S,简易电子琴就是通过改变R2 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,2）简易电子琴电路,3）防盗报警电路,思考,1、555接成何种电路,2、简述工作原理,多谐振荡器,4）水位监控报警电路,水位正常情况下，电容C被短接, 扬声器不发音；水位下降到探测器以下时，多谐振荡器开始工作，扬声器发出报警,3.掌握多谐振荡器的工作特点和主要用途。 会分析电路