第六章脉冲波形的产生和整形

1、数字电子技术基础数字电子技术基础信息科学与工程学院信息科学与工程学院基础电子教研室基础电子教研室P307页页 5.29 解解: 以以A=1表示投入表示投入1元硬币，未投时元硬币，未投时A=0；以；以B1表示投入表示投入5角硬币的信号，未投时角硬币的信号，未投时B=0；以；以X1表示表示给出邮票，未给时给出邮票，未给时X=0；以；以Y1表示找钱，表示找钱，Y=0时时不找钱。不找钱。 若未投币前状态为若未投币前状态为S0，投入，投入5角后为角后为S1，投入，投入1元元后为后为S2，投入，投入1.5元后为元后为S3，则进入，则进入S3状态再投入状态再投入5角角硬币（硬币（B1）时）时X=1，返回，返

2、回S0状态；如投入状态；如投入1元硬币，元硬币，则则X=Y1，返回，返回S0状态。于是状态转换图如下图所状态。于是状态转换图如下图所示：示：S0S1S3S200/000100010000/0000/0000/0001000110或101110/0010/0010/10Q1Q0AB/XY0001111000/000100010000/0000/0000/0001000110或101110/0010/0010/10以00、01、10、11分别表示S0、 S1、 S2、 S3次态卡诺图为：次态卡诺图为：0000Q1Q0AB00011110010001001100 10001000 0010 1100

3、X1000XXX1100 0011 0010000111100101100011n00101111n1QAQYQBQAQXQBQBAQQAQQQBQQAQBAQAQ若采用若采用D触发器，则触发器，则000011n010101111n1DQBQBAQQAQDQQBQQAQBAQAQ逻辑图略逻辑图略小结小结基本要求：基本要求：掌握同步时序电路的设计方法。掌握同步时序电路的设计方法。 首先介绍了首先介绍了555定时器的工作原定时器的工作原理，然后分别介绍了施密特触发器、理，然后分别介绍了施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器等三种单稳态触发器、多谐振荡器等三种波形整形和产生电路。波形整形和产生电路。

4、内容提要内容提要第六章第六章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形第六章第六章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形6.1 概述概述 6.3 施密特触发器施密特触发器6.2 555定时器定时器6.4 单稳态触发器单稳态触发器6.5 多谐振荡器多谐振荡器0.1Vm0.9VmtrtfTVm0.5Vmtw脉冲幅度脉冲幅度V Vm m上升时间上升时间tr下降时间下降时间tf脉冲宽度脉冲宽度tw脉冲周期脉冲周期T和频率和频率f脉冲是一种跃变信号，在数字电路中最常用脉冲是一种跃变信号，在数字电路中最常用的是矩形脉冲（即矩形波）。的是矩形脉冲（即矩形波）。参数：参数：占空比占空比q=tw/T6.1

5、概述概述555定时器是将模拟电路和数字电路集成于定时器是将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。它使用灵活、方便一体的电子器件。它使用灵活、方便, ,带负带负载能力强载能力强, , 目前在波形产生、家用电器、目前在波形产生、家用电器、电子玩具等领域得到非常广泛的应用。电子玩具等领域得到非常广泛的应用。6.2 555定时器（定时器（P348）下面介绍下面介绍555定时器的工作原理。定时器的工作原理。清清0端，低电平有效端，低电平有效控制电压端控制电压端阈值端阈值端触发端触发端放电端放电端输出端输出端NPN型三极管的工作特点型三极管的工作特点:(1)放大区：放大区：发射结正偏，集电结反偏。发射结

6、正偏，集电结反偏。(2) 饱和区：饱和区：发射结正偏，集电结正偏。发射结正偏，集电结正偏。(3) 截止区：截止区：发射结反偏。发射结反偏。运放工作于非线性的工作特点运放工作于非线性的工作特点:u + u ， u O =UOHu + 2/3Vcc, TR1/3Vccvo=0, TD导通导通01010通通1触发器置触发器置02/3Vcc1/3Vcc(3) TH1/3Vccvo不变不变, TD不变不变11定定定定定定定定1触发器保持触发器保持2/3Vcc1/3Vcc(4) TH2/3Vcc, TR2/3Vcc, TR1/3Vccvo=1, TD截止截止00101止止1触发器不定触发器不定2/3Vcc

7、1/3Vcc555定时器的功能表定时器的功能表施密特触发器的特性和模拟电路中介绍的滞回施密特触发器的特性和模拟电路中介绍的滞回比较器特性相同。可用于脉冲波形的整形。比较器特性相同。可用于脉冲波形的整形。 输入信号从低到高变化，输入信号从低到高变化，引起输出电平的跳变，对引起输出电平的跳变，对应的输入电压（阈值电压）应的输入电压（阈值电压）和输入信号从高到低变化，和输入信号从高到低变化，引起输出电平的跳变时的引起输出电平的跳变时的阈值电压不同。阈值电压不同。 通过正反馈，使跳变点电通过正反馈，使跳变点电平沿口陡直。平沿口陡直。0VT+VT-vivo6.3 施密特触发器（施密特触发器（P309）v

8、i一、一、 由由555构成的施密特触发器（构成的施密特触发器（P350）846210.013Vccvivo5555vI1vI20VT+VT-vivo输入信号由小到大846210.013Vccvivo5555vI1vI20VT+VT-vivo输入信号由小到大846210.013Vccvivo5555vI1vI20VT+VT-vivo输入信号由小到大0VT+VT-vivo输入信号由大到小846210.013Vccvivo5555vI1vI2846210.013Vccvivo5555vI1vI2VT+ 2/3VccVT 1 /3VccVT 1 /3Vcc0VT+VT-vivo11vIvIR1vO1v

9、OvOR2G1G2vI=0时，时，vO=VOL=0vI逐渐上升，达到逐渐上升，达到vI=VTH时：时：vIvO1vO则则vO迅速的转换为迅速的转换为VOH二、二、 由门电路构成的施密特触发器（由门电路构成的施密特触发器（P309）0vivo所以所以11vIvIR1vO1vOvOR2G1G2VT+VOLTHTHTV)RR(VRRRV212211 TOLTTHIVRRR)VV(RRRVv21221211vIvIR1vO1vOvOR2G1G2vI从高电平下降并达到从高电平下降并达到vI=VTH时时,又出现如下过程：又出现如下过程：vIvO1vOvO又迅速的转换为又迅速的转换为VOL所以所以11vIv

10、IR1vO1vOvOR2G1G2VT-VOHOHTHTVRRVRRRV21221 )VV(RRRVVvTOHOHTHI 212THTHTV)RR(VRRRV212211 画出该电路的电压画出该电路的电压传输特性如右图：传输特性如右图：vOvI传输曲线传输曲线此电路称为同相施密此电路称为同相施密特触发器。特触发器。1vIvO施密特触发器的逻辑符号：施密特触发器的逻辑符号：VT-VT+VT+ - VT-称为回差称为回差vOvIVT-VT+传输曲线传输曲线反相施密特触发器的反相施密特触发器的电压传输特性：电压传输特性：逻辑符号：逻辑符号：1vIvO 波形变换。可以将边沿变化缓慢的周期性信号变换成矩形

11、脉冲。 脉冲整形。将不规则的电压波形整形为矩形波。若适当增大回差电压，可提高电路的抗干扰能力。 脉冲鉴幅。将一系列幅度不同的脉冲信号加到施密特触发器输入端的波形，只有那些幅度大于上触发电平VT+的脉冲才在输出端产生输出信号。因此，通过这一方法可以选出幅度大于VT+的脉冲， 即对幅度可以进行鉴别三、施密特触发器的应用三、施密特触发器的应用(P317)VT+VT-vOvIVT-VT+传输曲线传输曲线【例】【例】反相施密特触发器的传输特性如图，画出反相施密特触发器的传输特性如图，画出输出波形。输出波形。tvItvO波形变换波形变换脉冲整形脉冲整形UiUUt0Uo0t脉冲鉴幅脉冲鉴幅小结小结基本要求：

12、基本要求：1. 了解了解555定时器工作原理。定时器工作原理。2. 掌握施密特触发器的概念。掌握施密特触发器的概念。3. 掌握掌握555定时器构成的施密特触发器。定时器构成的施密特触发器。作业作业（选做）（选做）：P356 自我检测题自我检测题（一）、（二）（一）、（二）vi【例【例1 1】由555构成的施密特触发器如图（P361题6.24）（1）当Vcc=12V,而且没有外加控制电压时，求VT+ 、 VT- 、 VT的值。（8V、 4V、 4V）vi【例【例1 1】由555构成的施密特触发器如图（P361题6.24）（2）当Vcc=9V, 外加控制电压Vco=5V时，求VT+ 、 VT- 、

13、 VT的值。（5V、 2.5V、 2.5V ）vOvIVT-VT+传输曲线传输曲线【例【例3 3】反相施密特触发器的输入波形如图，画出反相施密特触发器的输入波形如图，画出输出波形。（输出波形。（P356自我检测题二）自我检测题二）1vIvOtvOtvIVT+VT- 波形变换。波形变换。可以将边沿变化缓慢的周期性信号变换成矩形脉冲。 脉冲整形。脉冲整形。将不规则的电压波形整形为矩形波。若适当增大回差电压，可提高电路的抗干扰能力。 脉冲鉴幅。脉冲鉴幅。将一系列幅度不同的脉冲信号加到施密特触发器输入端的波形，只有那些幅度大于上触发电平VT+的脉冲才在输出端产生输出信号。因此，通过这一方法可以选出幅度

14、大于VT+的脉冲， 即对幅度可以进行鉴别三、施密特触发器的应用三、施密特触发器的应用(P317)三、施密特触发器的应用三、施密特触发器的应用-波形变换波形变换三、施密特触发器的应用三、施密特触发器的应用-脉冲整形脉冲整形三、施密特触发器的应用三、施密特触发器的应用-脉冲鉴幅脉冲鉴幅P302页页 5.8 七进制计数器七进制计数器5.9 十进制的计数器十进制的计数器0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111/1/0/0/0/0/0/0/0/0/1/1/1/1/1/1/1Q3Q2Q1Q0/CP302页页 5.10Q

15、0Q1Q2Q3EPCP74161ETRDLDCD0D1D2D3CP计数输入计数输入11&进位输出进位输出00000001001000110100010101100111100010011010/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/1Q3Q2Q1Q0/C5.27 计数器的原始状态转换图为计数器的原始状态转换图为次态卡诺图为：次态卡诺图为：0001Q1Q0Q3Q2000111100101001001000011011010000111XXXX1001XXXXXXXX XXXX1010XXXX0000000111101n01n11n21n3QQQQ状态方程为：状态方程为：01031n00

16、13011n101202121n2012131n3QQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQ/0010001011011/10000000100100011011001111000100110101101111011001111/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/1/1Q3Q2Q1Q0/C/1基本要求：基本要求：1. 了解了解555定时器工作原理。定时器工作原理。2. 掌握施密特触发器的概念。掌握施密特触发器的概念。3. 掌握掌握555定时器构成的施密特触发器。定时器构成的施密特触发器。【 】内容内容回顾回顾1/3Vcc2/3Vcc555定时器的功能表定时器的功能表施密特触发

17、器的特性和模拟电路中介绍的滞回施密特触发器的特性和模拟电路中介绍的滞回比较器特性相同。可用于脉冲波形的整形。比较器特性相同。可用于脉冲波形的整形。 6.3 施密特触发器（施密特触发器（P309） 输入信号从低到高变化，输入信号从低到高变化，引其输出电平的跳变，对引其输出电平的跳变，对应的输入电压（阈值电压）应的输入电压（阈值电压）和输入信号从高到低变化，和输入信号从高到低变化，引其输出电平的跳变时的引其输出电平的跳变时的阈值电压不同。阈值电压不同。 通过正反馈，使跳变点电通过正反馈，使跳变点电平沿口陡直。平沿口陡直。0VT+VT-vivovi一、一、 由由555构成的施密特触发器构成的施密特触

18、发器（P350）【 】内容内容回顾回顾846210.013Vccvivo5555vI1vI2VT+ 2/3VccVT 1 /3Vcc0VT+VT-vivo回差电压回差电压VT VT+ - VT 1 /3Vcc【 】内容内容回顾回顾逻辑符号：逻辑符号：1vIvO1vIvO【 】内容内容回顾回顾1.有稳态和暂稳态两个不同的工作状态。有稳态和暂稳态两个不同的工作状态。2.在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态,但是但是 经过一定时间以后经过一定时间以后,又会自动返回原来的又会自动返回原来的 稳定稳定状态。状态。3.暂稳态维持时间的长短取决电路本身的参数，

19、与暂稳态维持时间的长短取决电路本身的参数，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。 6.4 单稳态触发器（单稳态触发器（P319）稳定状态稳定状态稳定状态稳定状态暂稳态暂稳态由外界触发由外界触发自动返回自动返回一、一、 由由555构成的单稳态触发器（构成的单稳态触发器（P351）viRCviRC（1）vi=1时电路处于稳态时电路处于稳态,有有Q=0, vc=0 , vo=0。10通通0vc0viRC（1）vi=1时电路处于稳态时电路处于稳态,有有Q=0, vc=0 , vo=0。11vc100止止通通（1）vi=1时电路处于稳态时电路处于稳态,有有Q=0 , vc=0, vo=0

20、。Tvi13VCC0vo0TWTWvC023VCCtttVCCviRC（2）vi触发（触发（0）时处于暂稳态）时处于暂稳态,有有vc充电充电, vo=1。10通通0vc01止止10Tvi13VCC0vo0TWTWvC023VCCtttVCC（2）vi触发（触发（0）时处于暂稳态）时处于暂稳态,有有vc充电充电, vo=1。viRC（3）电路返回稳态）电路返回稳态,有有Q=0, vc=0 , vo=0。01vc100止止通通1Tvi13VCC0vo0TWTWvC023VCCtttVCC（3）电路返回稳态）电路返回稳态,有有Q=0, vc=0 , vo=0。viRCTvi13VCC0vo0TWvC

21、023VCCtttVCCviRCTvi13VCC0vo0TWvC023VCCtttVCCTvi13VCC0vo0TWTWvC023VCCtttVCC利用三要素法求利用三要素法求Tw。Tvi13VCC0vo0TWTWvC023VCCtttVCC,32)(,)(, 0)0(RCVTvvVvvCCWCTCCCC Tvi13VCC0vo0TWTWvC023VCCtttVCCRCRCvvvvRCTTCCCW1 . 13ln)()0()(ln 二、微分型单稳态触发器（二、微分型单稳态触发器（P319）在在vi正脉冲到来以前，电正脉冲到来以前，电路处于稳态，路处于稳态，vo是低电平。是低电平。00101二、

22、微分型单稳态触发器二、微分型单稳态触发器vi加正脉冲信号，电路进加正脉冲信号，电路进入暂稳态。入暂稳态。11010充电充电二、微分型单稳态触发器二、微分型单稳态触发器vi2充电到充电到VTH时，电路引时，电路引入正反馈，结束暂稳态。入正反馈，结束暂稳态。00101三、积分型单稳态触发器三、积分型单稳态触发器在在vi正脉冲到来以前正脉冲到来以前，vo1是高电平，是高电平，vo是高电是高电平，电路处于稳态。平，电路处于稳态。0111三、积分型单稳态触发器三、积分型单稳态触发器1001当当 vi 发生正跳变后发生正跳变后, vo1 跟着负跳变跟着负跳变;但但vA不能不能突变，突变，vo 立即下跳。立

23、即下跳。放电放电三、积分型单稳态触发器三、积分型单稳态触发器01当当 C放电到放电到VTH, vo 跳变，跳变，暂稳态结束暂稳态结束; vA继续下继续下降一直到降一直到0。01四、集成单稳态触发器四、集成单稳态触发器 单稳态触发器的应用非常广泛，因此生产了很单稳态触发器的应用非常广泛，因此生产了很多单片集成单稳触发器，如多单片集成单稳触发器，如74121、74123等。等。 按工作方式，集成单稳态触发器分为不可重复按工作方式，集成单稳态触发器分为不可重复触发单稳和可重复触发单稳两种类型。触发单稳和可重复触发单稳两种类型。 单稳态触发器的应用多种多样单稳态触发器的应用多种多样,如如:整形、定时、

24、整形、定时、延时、控制等等。延时、控制等等。基本要求：基本要求：1. 理解单稳态触发器的概念。理解单稳态触发器的概念。3. 掌握掌握555定时器构成的单稳态触发器定时器构成的单稳态触发器的工作原理及其参数。的工作原理及其参数。作业：作业：P358 6.8 P361 6.27 多谐振荡器即矩形波发生器，是一种自激振多谐振荡器即矩形波发生器，是一种自激振荡电路，可以由分立元件构成，也可以由集荡电路，可以由分立元件构成，也可以由集成电路构成。成电路构成。 6.5 多谐振荡器多谐振荡器一、一、 由由555构成的多谐振荡器（构成的多谐振荡器（P352）R1CR2一、一、 由由555构成的多谐振荡器（构成

25、的多谐振荡器（P351）R1CR2vc13VCCvo0T123VCCttVCCT2止止一、一、 由由555构成的多谐振荡器（构成的多谐振荡器（P351）R1CR2vc13VCCvo0T123VCCttVCCT2通通48762315CVCCR1R2555vo0.01vc2ln)(3231ln)()()0()(ln)(2121211CRRVccVccVccVccCRRvvvvCRRTTCCC vc13VCCvo0T123VCCttVCCT2vc13VCCvo0T123VCCttVCCT248762315CVCCR1R2555vo0.01vc2ln310320ln)()0()(ln2222CRVcc

26、VccCRvvvvCRTTCCC vc13VCCvo0T123VCCttVCCT248762315CVCCR1R2555vo0.01vcTTqTfCRRTTT1212112ln)2( vc13VCCvo0T123VCCttVCCT248762315CVCCR1R2555vo0.01vc二、对称式多谐振荡器（二、对称式多谐振荡器（P328）vi1vO1vO2vi2由于某种原因使vi1微小跳变二、对称式多谐振荡器（二、对称式多谐振荡器（P328）vi2vO2vO1vi1C1充电， C2放电1001二、对称式多谐振荡器（二、对称式多谐振荡器（P328）vi1vO1vO2vi2C1放电， C2充电01

27、10三、用施密特触发器构成的多谐振荡器（三、用施密特触发器构成的多谐振荡器（P338）0VT+VT-vivo四、石英晶体多谐振荡器（四、石英晶体多谐振荡器（P339）四、石英晶体多谐振荡器（四、石英晶体多谐振荡器（P339）四、石英晶体多谐振荡器（四、石英晶体多谐振荡器（P339）常用晶振常用晶振:32768Hz=215Hz4.194304MHz=223Hz84762351555A0.01CR1AR2A847623155550.01CR1BR2BRdUo18Uo25UCCUo1Uo2(a)(b)B用两个多谐振荡器可以组成如图的模拟声响电路用两个多谐振荡器可以组成如图的模拟声响电路五、多谐振荡器的应用五、多谐振荡器的应用48162357R1C555uoVCCR21R28S8S1 简易电子琴就是通过改变简易电子琴就是通过改变R2 的阻值来改变的阻值来改变输出方波的周期输出方波的周期 , 使外接的喇叭发出不同的音使外接的喇叭发出不同的音