脉冲波形的产生与变换z资料PPT课件

1、正确理解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器的电路组成及工作原理。掌握多谐、单稳、施密特MSIMSI器件的逻辑功能及主要参数计算。掌握555555定时器的工作原理。了解由555555定时器组成的多谐、单稳、施密特电路工作原理。本章基本要本章基本要求求第1页/共50页 多谐振荡器是一种自激震荡电路，接通电源后无需外接触发信号即能产生方波和矩形波，其不存在稳定状态，又称无稳态电路。多谐振荡器多谐振荡器 多谐振荡器多谐振荡器 VCC第2页/共50页 开关电路 延时环节1.1.开关器件：产生高、低电平； 3.3.延迟环节：利用RCRC电路的充放电特性实现延时，以获得所需要的振荡频率。一、多谐振荡器电

2、路组成2.2.反馈网络：将输出电压恰当地反馈给开关器件使之改变输出状态；第3页/共50页 1 1 vI vO1 vO C R G1 G2 由CMOSCMOS门电路组成的多谐振荡器 1.1.电路组成开关器件：反馈延迟环节：逻辑门电路R R、C C 电路二、门电路组成的多谐振荡器第4页/共50页 2.2.工作原理假定vO1 = 1，vO2 = 0 Vth=VON=VOFF=VDD/2 vI D1 D2 TP TN vO1 R C D4 D3 TP TN vO2 G1 G2 +VDD VC进入第二暂稳态 t t1 t2 t t vO1VDD0vIVDDVth0vO2VDD0(1) (1) 第一暂稳态

3、及电路自动翻转过程 01 vI vO1 vO2 正反馈第5页/共50页 vI D1 D2 TP TN vO1 R C D4 D3 TP TN vO2 G1 G2 +VDD VCvO1 = 0，vO2 = 1 Vth=VON=VOFF=VDD/2(2) (2) 第二暂稳态及电路自动翻转过程 二 t t1 t2 t t vO1VDD0vIVDDVth0vO2VDD0T1T210 2. 工作原理工作原理vI vO1 vO2 正反馈 VVDD V第6页/共50页3.3.振荡周期T T的计算对于第一暂稳态，以t1作为起点，T1=t2-t1RCVvVVvDDI)(0)0(1根据RC电路瞬态相应分析，( )

4、()(0)()ettvvvv (0 )()ln( )()vvtv tvthDDDD1lnVVVRCT t t1 t2 t t vO1VDD0vIVDDVth0vO2VDD0T1T2 VVDD V第7页/共50页3.3.振荡周期T T的计算thDD2lnVVRCT ththDD221)(lnVVVVRCTTTDDTRC1n41.4RC T = T1(充) + T2(放)对于第二暂稳态，以t2作为起点，RCvVVVvIDDDD0)()0(1 t t1 t2 t t vO1VDD0vIVDDVth0vO2VDD0T1T2(0 )()ln( )()vvtv tv VVDD V第8页/共50页特点: :

5、（1 1）一个）一个稳态稳态，一个，一个暂稳态。暂稳态。（2 2）无信号时为稳态；在信号触发下，电路由稳态翻）无信号时为稳态；在信号触发下，电路由稳态翻转到暂稳态；转到暂稳态；（3 3）暂稳态不能长久保持暂稳态不能长久保持, , 由于电路中由于电路中RCRC延时环节的延时环节的作用，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。作用，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间仅暂稳态的持续时间仅取决于取决于RCRC电路的参数值电路的参数值。而与而与触发脉冲的宽度和幅度无关。触发脉冲的宽度和幅度无关。分类：微分型积分型单稳态触发单稳态触发器器第9页/共50页一、门电路组成的微分型单稳态触发器

6、1.1.电路 vO1vO2vcRvI&vO1vO2vcvI1 1 RCMOSCMOS与非门构成的微分型单稳态触发器 CMOSCMOS或非门构成的微分型单稳态触发器 第10页/共50页vO1vO2vRvIvDDvDDvDD+ vthtttttpivthtwt1t22.2.工作原理(1)(1)没有触发信号时，电路处于一种稳态 vO1vO2vcvI1 1 RvRvDD0 00 00 01 11 1G1G2第11页/共50页vO1vO2vRvIvDDvDDvDD+ vthttttvthtpitwt1t22. 2. 工作原理vo1 v R vO2 vIvR vO2 vO1 vO1vO2vcvI1

7、 RvRvDD1 11 11 11 10 0(2)(2)外加触发信号后，电路进入暂稳态。(3)(3)电容放电，电路由暂稳态自动返回到稳态。1 0 0第12页/共50页vO1vO2vRvIvDDvDDvDD+ vthttttvthtpitwt1t23.3.讨论（1 1）二极管的作用：在暂稳态结束(t=t(t=t2 2) )瞬间，门G G2 2的输入电压 R R达到V VDDDD+V+VT T，可能损坏G G2 2门，二极管具有保护作用；减少恢复时间，给电容提供放电回路。vO1vO2vcvI1 RvRvDD0 00 00 01 11 11 1 1第13页/共50页vO1vO2vRvIvDDvDDv

8、DD+ vthtttttpivthtwt1t2vO1vO2vcvI1 1 RvRvDD1 10 00 00 01 1G1G23.3.讨论（2）输入的触发脉冲的宽度t tPIPI t tW W , , v vO2O2变为低电平后，G1没有相应，不能形成正反馈过程，使v vO2O2的输出沿变缓。当t tPIPI很宽时，可在单稳态触发器的输入端加入Rd、Cd微分电路，如果需要改善输出波形，可在G2的输出端再加以反向器。第14页/共50页 vO1vO2vcvI1 1 RvRVCCCdRdvDvI1vo2宽脉冲触发的单稳态触发器第15页/共50页3.3.主要参数的计算vO1vO2vRvIvDDvDDvD

9、D+ vthtttttpivthtwt1t2DDwDDtlnhVtRCVVtw0.7RC (1)(1)输出脉冲宽度t tw w R(t)=VR( )VR(0+)-VR( ) te R(0+) = 0 R( ) =VDD =RC2/VDDthV当(2)(2)恢复时间t tre re tre 3 d (3)(3)最高工作频率f fmaxmax m axm inwre11fTtt第16页/共50页1.1.定时定时&单稳态触发器单稳态触发器vIvAvBvOvAvIvBvOtW用单稳的输出控制v vA A定时通过tW利用其输出脉宽为t tW W的脉冲，控制其它电路工作。二、单稳态触发器应用第17

10、页/共50页输出沿比输入沿滞后了t tW W时间输入上升沿输入下升沿输出上升沿输出下升沿2.2.延时QBtWQttt第18页/共50页施密特触发器施密特触发器是具有滞后特性的数字传输门。是具有滞后特性的数字传输门。 (3)(3) 输出电压波形的输出电压波形的边沿很陡边沿很陡。(1)(1)电平触发电平触发：达某一电平值，输出状态发生转换，达某一电平值，输出状态发生转换， 电路被触发。电路被触发。(2)(2)正向正向增长时的增长时的阈值阈值，与，与负向负向增长时的增长时的阈值阈值不同不同。 具有具有滞后滞后的电压传输特性。的电压传输特性。特点特点：阈值：阈值：使输出状态发生转换时的输入电压使输出状

11、态发生转换时的输入电压的电平值。的电平值。 VT+VT-vIvOVOHVOL传输特性传输特性施密特触发施密特触发器器第19页/共50页一、施密特触发器的组成 1 vovI21I1IO1212RRRRRRv I1 1 1 G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 DDT2VV R1 R2 I为三角波为三角波 作如下假定：作如下假定： 1.组成2. 符号第20页/共50页21I12120thRRRRRR 1 1 G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 vI1O211I2121I RRRRRR0 00 0只要v vI1I1VVVthth，则保持v vO O=V=VOHOH当v vI1I1=V=

12、Vthth，电路产生如下正反馈： 1T-th2(1)RVVR当v vI I下降，v vI1I1也下降0 01T+th2(1)RVVR1TT+Tth22RVVVVR回差电压回差电压 vI vI1 vO1 vO 3.3.工作原理第22页/共50页4.4.波形 vI VT+VT_vO00tt0vIvOVT+VT_VDD(a) 工作波形(b) 传输特性曲线 1 1 G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 vI1第23页/共50页（1 1）波形变换三角波、正弦波方波vItvOtVT+VT-VT+VT-vItvOt正弦波方波三角波方波调节V VT T可改变脉宽二、施密特触发器的应用第24页/共50页t

13、OvOttOOvIvOVT2回差电压较小回差电压较大VT1加大V VT T可消除顶部干扰(2)(2)波形整形第25页/共50页vItvOtVT+VT-调节V VT+T+可调节鉴别门限(3) (3) 脉冲幅度鉴别第26页/共50页555555定时器及其应用定时器及其应用 555 555定时器是一种应用方便的中规模集成电路, ,只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。 电压比较器：是一个开环的运算放大器。- -+ +UXUREFDD=REFXREFXUUUU01第27页/共50页电阻分压器电压比较器基本RS触发器复位输入端(0)输出缓冲反相器

14、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)G1.1.电路组成第28页/共50页0 01 10 0 TvovICvI1vI2voC1C2+-+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5 k 5 k 5 k &1RDVCC(8)G CC32VCC31V如果悬空CC32V CC31V 0 01 10 01 10 0CC32V CC31V 1 10 01 11 10 01 1CC32V CC31V 1 11 1保持保持2.2.工作原理第29页/共50

15、页 555555定时器功能表不变不变1导通01截止11导通00放电管 T输出(VO)复位(RD)触发输入(VI2)阈值输入(VI1)输 出输 入CC31V CC31V CC31V CC32V CC32V CC32V 第30页/共50页一、555555定时器组成多谐振荡器 VCC vC vO 0.01 F C 8 4 555 7 6 2 3 5 1 R1R2v v0 0 2 3 VCC 1 3 VCC vC 0 t1 t2 tPLtPHtPL=R2C1n20.7R2C tpH = (R1+R2)C1n20.7(R1+R2)C PLPH1211.43(2)fttRR C 不变不变导通0截止1导通0

16、 T VOV VI2I2V VI1I1输 出输 入CC31V CC31V CC31V CC32V CC32V CC32V 截止导通定时器应用举例V VI1I1V VI2I2第31页/共50页一、555555定时器组成多谐振荡器 VCC R1 vO 0.01F C RB 8 4 555 7 6 2 3 5 1 R2 RA RB R3 D2 + vC D1 tPL=RBC1n20.7RBC tpH = RAC1n20.7RAC PLPH11.43()ABfttRR CAAB(%)100%RQRR占空比可调第32页/共50页2.2.脉冲整形电路脉冲整形电路：把其它形状周期性信号变成所：把其它形状周期

17、性信号变成所要求矩形脉冲。要求矩形脉冲。 单稳态触发器：输出脉宽与输入信号无关，由电路单稳态触发器：输出脉宽与输入信号无关，由电路参数决定。参数决定。 施密特触发器：输出脉宽由输入信号决定，且输出施密特触发器：输出脉宽由输入信号决定，且输出边沿陡。边沿陡。1.1.多谐振荡器多谐振荡器: : 能自动的产生矩形脉冲信号。能自动的产生矩形脉冲信号。3.3.555555定时器定时器：能组成施密特触发器，单稳触发器，多谐振荡器。能组成施密特触发器，单稳触发器，多谐振荡器。小结返回第33页/共50页数字电子电路综合性设计性实验 实验项目：简易数字钟电路设计实验 实验目的： 数字钟是运用数字电路技术实现时、

18、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。 数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。目前，数字钟的功能越来越强，并且有多种专门的大规模集成电路可供选择。 本次综合设计实验要求同学们综合运用所学的数字电子电路知识预先设计出一部数字钟的部分电路，之后在实验中进行实际电路的搭接与调试。从而检查自己所学的理论知识，提高自己实际运用知识的能力。 第34页/共50页设计说明 1.数字钟电路的设计简介 数字钟电路主要有振荡器，分频器，计数器和译码显示电路构成。其电路原理图如下： 振荡器：555555定时

19、器组成产生时钟脉冲 分频器：由于振荡器产生的时钟脉冲信号过高，因此 需要进行分频处理，供计数器进行计数使用。第35页/共50页计数器：是将分频后的时钟脉冲信号进行计数记录1Hz1Hz的时钟信号，作为秒计数器，秒计数器记到6060后清零并向分计数器进位，以此类推。 译码器：由计数器输出的信号要显示在数码管上需要经过译码，译码驱动电路将计数器输出的8421BCD8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。 显示器：电路由发光二极管（LEDLED）数码管组成，将译码器输出的电平信号显示成阿拉伯数字。 第36页/共50页设计要求1.设计内容设计数字钟的部分电

20、路：时钟脉冲振荡电路；分频器电路；计数器电路三部分。译码驱动和显示电路由实验箱提供，不要求同学设计，但需要进行电路连接。最终设计结果：两位显示，低位显示十进制数，高位显示六进制数（即模拟秒计时），这样，当数码管显示5959时归零。 (1)数字钟的时钟脉冲振荡电路：要求用555555定时器构成的多谐振荡器产生50Hz50Hz的时钟脉冲信号。给定元件参数：5 5端脚电容=0.01f=0.01f，2 2端脚电容=1f=1f，电阻R2=10KR2=10K请计算电阻R1=R1=？，实验中由10K10K电位器调节给定。 第37页/共50页（2 2）分频器电路：采用74LS9074LS90型芯片进行时钟分频

21、。分频器接为十分频形式，将多谐振荡器产生50Hz50Hz脉冲信号分成5Hz5Hz信号输入给计数器。 （3 3）计数器电路：采用74LS9074LS90型芯片进行脉冲计数。低位计数为十进制，给定时钟脉冲为分频器输出的5Hz5Hz脉冲信号。高位计数为六进制（模拟秒计时），当计数状态一到0110000001100000立即清零。因为9090有反馈清零端，所以用反馈清零法。给定时钟脉冲为低位产生的进位信号。 2.2.选用元件要求555555定时器芯片，74LS9074LS90芯片，74LS0074LS00芯片，电位器，电容，译码及显示电路，导线等。 第38页/共50页3.3.元件使用说明 （1）555

22、定时器：采用5V供电。（2）74LS90芯片：芯片采用5V供电。计数功能：Qa输出端连到B输入端，输入计数脉冲加到输入端A上。Qa，Qb，Qc，Qd分别为输出。分频功能：将74LS9074LS90芯片QdQd输出端连到A A输入端上，输入计数脉冲加到B B输入端，即可得到一个对称的1010分频计数器，在QaQa输出端上可得到一个1010分频的方波。（3 3）数码管显示电路：数码管显示采用实验箱右上角的发光数码管，数码管为共阴极，对应公共端为LEDxLEDx，将LEDxLEDx接地，对应的数码管点亮。用DxDx，CxCx，BxBx，AxAx进行编码，可得到从0-90-9的显示。第39页/共50页

23、 1. 异步集成计数器74LS90 74LS90是二五十进制异步计数器，它包含两个独立的下降沿触发的计数器，即模2(二进制)和模5(五进制)计数器；异步清0端R01、R02和异步置9端S91、S92均为高电平有效，QAQBQCQDCP1CP2S91S92R01R02( b )74 LS 90第40页/共50页从表中看出，当R01R02=1， S91S92=0时，无论时钟如何，输出全部清0；而当S91S92=1时，无论时钟和清0信号R01、R02如何，输出就置9。这说明清0、置9都是异步操作，而且置9是优先的，所以称R01、R02为异步清0端，S91、S92为异步置9端。 第41页/共50页 当

24、满足R01R02=0、S91S92=0时电路才能执行计数操作，根据CP1、CP2的各种接法可以实现不同的计数功能。当计数脉冲从CP1输入，CP2不加信号时，QA端输出2分频信号，即实现二进制计数。当CP1不加信号，计数脉冲从CP2输入时，QD、 QC、QB实现五进制计数。实现十进制计数有两种接法。图 (a)是8421 BCD码接法，先模2计数，后模5计数，由QD、QC、 QB、QA 输出8421 BCD码，最高位QD作进位输出。图 (b)是5421 BCD码接法，先模5计数，后模2计数，由QA、QD、 QC、QB输出5421 BCD码，最高位Q作进位输出，波形对称。 两种接法的状态转换表(也称

25、态序表)见表 。 第42页/共50页两种接法的态序表 第43页/共50页74LS90构成十进制计数器的两种接法(a) 8421 BCD码接法； (b) 5421 BCD码接法 QAQBQCQDCP1CP274LS90CP(a)(b)QAQBQCQDCP1CP274LS90CPS91S92R01R02S91S92R01R02第44页/共50页4.4.电路调试注意事项：由于此次设计综合性实验接线较为复杂，因此，我们要求先分别调试各个电路的功能，待其功能达到要求后再将电路组成系统进行联调。建议先调555555定时器电路，产生50Hz50Hz时钟脉冲信号，再进行74LS9074LS90芯片的分频功能测试和译码显示电路的功能测试，然后再组成实际整体电路。实验线路导线应尽可能短，特别是555555定时器电路，以免引入干扰信号。 第45页/共50页实验要求：1.必须撰写出预习实验报告，选定所需元件规格，设计好电路原理图，并在电路原理图中标明芯片引脚号。凭预习报告进入实验室！2.每2人一组，在实验室要严肃认真，不在实验室