数电课件第7章脉冲的产生与整形

1、0100 1000 0111 0101 0110 0001 0110 1110 0110 0111 0110 0001 0110 1110 0111 0010 0110 0001 0110 1110 0011 0010 0011 0000 0011 0000 0011 0110 0011 0100 0011 0001 0011 0110 0100 1000 0111 0101 0110 0001 0110 1110 0110 0111 0110 0001 0110 1110 0111 0010 0110 0001 0110 1110 0011 0010 0011 0000 0011 0000

2、0011 0110 0011 0100 0011 0001 0011 0110 0100 1000 0111 0101 0110 0001 0110 1110 0110 0111 0110 0001 0110 1110 0111 0010 0110 0001 0110 1110 0011 0010 0011 0000 0011 0000 0011 0110 0011 0100 0011 0001 0011 0110 0100 1000 01110100 1000 0111 0101 0110 0001 0110 1110 0110 0111 0110 0001 0110 1110 0111 0

3、010 0110 0001 0110 1110 0011 0010 0011 0000 0011 0000 0011 0110 0011 0100 0011 0001 0011 0110 0100 1000 0111 0101 0110 0001 0110 1110 0110 0111 0110 0001 0110 1110 0111 0010 0110 0001 0110 1110 0011 0010 0011 0000 0011 0000 0011 0110 0011 0100 0011 0001 0011 0110 0100 1000 0111 0101 0110 0001 0110 1

4、110 0110 0111 0110 0001 0110 1110 0111 0010 0110 0001 0110 1110 0011 0010 0011 0000 0011 0000 0011 0110 0011 0100 0011 0001 0011 0110 0100 1000 01110100 1000 0111 0101 0110 0001 0110 1110 0110 0111 0110 0001 0110 1110 0111第第7章脉冲的产生与整形章脉冲的产生与整形习题与思考题习题与思考题7.1 概述概述7.2 555定时器及其脉冲电路定时器及其脉冲电路7.2.1 555定时器

5、及其工作原理定时器及其工作原理7.2.2 由由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7.2.3 由由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7.2.4 由由555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器7.5.2 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器7.1 概述概述数字电路中常用具有一定宽度和幅值且边缘陡峭的矩形脉数字电路中常用具有一定宽度和幅值且边缘陡峭的矩形脉冲，本章只讨论矩形脉冲。冲，本章只讨论矩形脉冲。2. 矩形脉冲的主要参数：矩形脉冲的主要参数：（5）脉冲周期）脉冲周期 T；（6）脉冲频率：）脉冲频率：f = 1/T；（1）脉冲幅度）脉冲幅度 VM；

6、（2）脉冲宽度）脉冲宽度 tW；（3）上升时间）上升时间 tr；（4）下降时间）下降时间 tf；（7）占空比）占空比q： q=tw /T。 1矩形脉冲矩形脉冲7.1.1 矩形脉冲及其基本特性矩形脉冲及其基本特性3数字电路对矩形脉冲的要求数字电路对矩形脉冲的要求在数字电路中通常要求有效信号的在数字电路中通常要求有效信号的脉冲宽度脉冲宽度要满足要满足tW td ，也就是说只有在输入有效信号到达器件的输出，也就是说只有在输入有效信号到达器件的输出端时，输入有效信号才能结束，以保证信号的正常传递。端时，输入有效信号才能结束，以保证信号的正常传递。7.1.2 矩形脉冲的产生和整形方法矩形脉冲的产生和整形

7、方法脉冲产生电路脉冲产生电路是数字系统不可缺少的组成部分。是数字系统不可缺少的组成部分。 图图7-2 失真的矩形脉冲失真的矩形脉冲 失真的矩形脉冲需要进行失真的矩形脉冲需要进行整形整形，以期恢复原有信，以期恢复原有信号的波形。号的波形。例如时例如时钟信号钟信号fmax1/tpdf fmax脉冲的产生和整形电路有三种：施密特触发器；单稳态触发器；脉冲的产生和整形电路有三种：施密特触发器；单稳态触发器； 多谐多谐 振荡器。振荡器。 每种电路都有三种构成方式：集成；用门电路构成；每种电路都有三种构成方式：集成；用门电路构成； 用用555电路构成。电路构成。 本章只介绍用本章只介绍用555电路构成的脉

8、冲电路电路构成的脉冲电路(7.2)。作业作业：【题题7.5】 【题题7.6】【】【题题7.7】【】【题题7.8】 【题题7.10】本章重点本章重点1.掌握掌握由由555定时器组成施密特定时器组成施密特FF、单稳态、单稳态FF、多谐振荡器、多谐振荡器的电路连线图。的电路连线图。2.掌握掌握555定时器够成施密特定时器够成施密特FF、单稳态、单稳态FF、多谐振荡器电、多谐振荡器电路的原理、分析方法、会画波形。路的原理、分析方法、会画波形。3.掌握掌握555定时器的比较电压定时器的比较电压VR1 、VR2与与VCO、 VCC的关系；的关系； 由给定的任意波形能画出施密特由给定的任意波形能画出施密特F

9、F的输出波形；的输出波形；4.了解本章波形参数计算。了解本章波形参数计算。7.2 555定时器及其脉冲电路定时器及其脉冲电路7.2.1 555定时器及其工作原理定时器及其工作原理 555定时器是一种多用途的定时器是一种多用途的数模混合集成电路数模混合集成电路，用途广泛。，用途广泛。 双极型产品型号最后数码为双极型产品型号最后数码为555，CMOS型产品型号最型产品型号最后数码为后数码为7555，产品型号的最后，产品型号的最后3位数码都是位数码都是555。（1）结构简单、使用灵活、用途广泛。）结构简单、使用灵活、用途广泛。（2）电源电压范围宽（）电源电压范围宽（318V），提供与），提供与TTL

10、电路和电路和CMOS 电路兼容的逻辑电平，能和其他数字电路直接连接。电路兼容的逻辑电平，能和其他数字电路直接连接。（3）输出电流大（）输出电流大（100200mA），能直接驱动继电器、），能直接驱动继电器、 小电机、扬声器等负载。小电机、扬声器等负载。（4）精度高、工作速度快、可靠性高。）精度高、工作速度快、可靠性高。1555定时器电路特点定时器电路特点2555定时器电路结构定时器电路结构SR锁存器锁存器输出缓冲器输出缓冲器晶体管开关晶体管开关QQ分压器分压器比较器比较器清零端清零端控制电压控制电压阈值端、阈值端、高触发端高触发端触发端、触发端、低触发端低触发端放电端放电端3555定时器工作原

11、理定时器工作原理2VCC / 3VCC / 3有两个阈值电压：有两个阈值电压：VR1=2VCC / 3 VR2=VCC / 3 当在当在VCO端外接控制电压端外接控制电压时，阈值电压将变化：时，阈值电压将变化： VR1变变为为VCO;VR2变为变为VCO/2。 表表7-1 555定时器功能表定时器功能表输输 入入SR锁存器锁存器 输输 出出RD VI1 (TH) VI2 (TR)SRVO TD工作状态工作状态00导通导通1100导通导通111保持原状态保持原状态保持原状态保持原状态1011截止截止CC23V CC13V CC23V CC13V CC23V CC13V QQ4555定时器使用注意

12、事项定时器使用注意事项 当不需要外部电压控制比较器的参考电压时，当不需要外部电压控制比较器的参考电压时，VCO端端可外接可外接0.01F的去耦电容的去耦电容滤波滤波，以消除干扰以消除干扰，保证比较器，保证比较器的的参考电压稳定参考电压稳定。 当不需要电容放电时，放电端可以悬空或通过电阻当不需要电容放电时，放电端可以悬空或通过电阻接接VCC，使之成为与输出，使之成为与输出同同相的输出端。相的输出端。 置零输入端通常接置零输入端通常接VCC，如需要也可以加入低电，如需要也可以加入低电平有效的控制信号。平有效的控制信号。国国 产产 型型 号号国内常用型号国内常用型号国外常用型号国外常用型号TTL型型

13、CB5551555，FD555，FX555NE555，CA555，LM555，SE555CB5561556，FD556，FX556NE556，CA556，LM556，SE556CMOS型型CB75557555，CH7555ICM7555， PD5555CB75567556，CH7556ICM7556, PD55565555定时器常用型号定时器常用型号电路电路电路电路7.2.2 由由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(Monostable Multivibration)1单稳态触发器电路特点单稳态触发器电路特点tW由电路内由电路内部参数决定部参数决定暂稳态暂稳态稳态稳态（1）

14、输出有稳态和暂稳态两个不同的工作状态。）输出有稳态和暂稳态两个不同的工作状态。（2）在输入触发脉冲作用下，输出能从稳态翻转到暂稳态，）在输入触发脉冲作用下，输出能从稳态翻转到暂稳态， 在暂稳态维持一段时间以后，输出自动返回稳态。在暂稳态维持一段时间以后，输出自动返回稳态。（3）暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触）暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触 发脉冲的宽度和幅度无关。发脉冲的宽度和幅度无关。（4）窄脉冲触发。）窄脉冲触发。（5）输入、输出信号频率相同，占空比不同。）输入、输出信号频率相同，占空比不同。012电路结构电路结构3工作原理工作原理1）稳态（）稳态（VO=0

15、）SR锁存器处于保持状态，锁存器处于保持状态，VO保持保持0状态不变。状态不变。VI=1=VH， VO=0TD工作在饱和状态，则工作在饱和状态，则:VC=02）触发）触发VI=0SR锁存器置锁存器置1，TD截止截止。3）暂稳态）暂稳态(VO=1)VCC 电容电容C充电，随充电时间的延充电，随充电时间的延长，长，VC提高，在充电到提高，在充电到 2/3VCC之之前，电路将维持暂稳态。前，电路将维持暂稳态。VC1(R)=VC2(S)=1VC2(S)=0,VC1(R)=1RS04）自动返回）自动返回当充电到当充电到 VC=2/3VCC VC1(R)=0，SR锁存器置锁存器置0， TD导通。导通。 电

16、容电容C通过通过TD向地迅速向地迅速放电，放电，VC返回到返回到0。+因窄脉冲触发，这时因窄脉冲触发，这时VI=1=VH，VC2(S)=1i放放4参数计算参数计算1）输出脉冲宽度）输出脉冲宽度tW输出脉冲宽度与电容输出脉冲宽度与电容C充电时间相同充电时间相同: 2）恢复时间）恢复时间tre: tre=(35)rCESCtre3）分辨时间）分辨时间 分辨时间是指单稳态触发器分辨时间是指单稳态触发器正常工作输入信号的最小周期。正常工作输入信号的最小周期。 tW =RC VC(0)=0V VC()=VCC =RCln3 1.1RC VC()VC(t)VC()VC(0)tW = lnVCC 0= RC

17、ln23VCC VCCVCO外接时外接时,VCCVCOVCCtW = RClntd=tW+tre5应用应用1）延时）延时t延迟延迟=tW1+tW22）定时）定时单稳态触发器能够产生一定脉冲宽度的矩形脉冲。单稳态触发器能够产生一定脉冲宽度的矩形脉冲。nT测测=1f测测=nHz3）整形）整形改变输入脉冲的占空比改变输入脉冲的占空比6使用注意事项使用注意事项 当输入信号当输入信号不满足不满足窄脉冲要求时，输出信号的脉窄脉冲要求时，输出信号的脉冲宽度就会受输入信号的控制，与电路的参数无关。冲宽度就会受输入信号的控制，与电路的参数无关。可在输入端加微分电路可在输入端加微分电路 。其他类型的单稳态触发器其

18、他类型的单稳态触发器 用门电路可构成单稳态触发器；用门电路可构成单稳态触发器； 也有集成的单稳态触发器。也有集成的单稳态触发器。既有既有TTL电路产品，也有电路产品，也有CMOS电路产品。电路产品。如如74121是是TTL集成单稳态触发器。集成单稳态触发器。7.2.3 由由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（Schmitt Trigger）1施密特触发器电路特点施密特触发器电路特点（4）输出与输入信号是同频率的脉冲。）输出与输入信号是同频率的脉冲。（1）有）有0和和1两个稳定状态。两个稳定状态。（2）允许输入信号慢变化。）允许输入信号慢变化。（3）电平触发，输出从高电平跳变

19、为低电平的触发电）电平触发，输出从高电平跳变为低电平的触发电 平与输出从低电平跳变为高电平的触发电平不同。平与输出从低电平跳变为高电平的触发电平不同。2电路结构电路结构555定时器的定时器的VI1和和VI2接在一起，构成施密特触发器。接在一起，构成施密特触发器。RS3工作原理工作原理4电压传输特性及参数电压传输特性及参数V T+:正向阈值电压正向阈值电压或或上限阈值电压上限阈值电压VT- :负向阈值电压负向阈值电压或或下限阈值电压下限阈值电压回差电压：回差电压：VT=VT+-VT-若改变若改变VCO值值VT+,VT-的值将改变。的值将改变。RS0111102VCC / 3VCC / 35应用应

20、用1）波形转换）波形转换2）脉冲整形）脉冲整形3）脉冲鉴幅）脉冲鉴幅4）构成多谐振荡器）构成多谐振荡器假设假设t=0时刻，时刻，输出为高电平输出为高电平，电容电容C通过电阻通过电阻R充电充电。i充充i放放VI当当VI=VT+时，触发器翻转为低电平。时，触发器翻转为低电平。电容电容C开始通过电阻开始通过电阻R放电放电。VI当当VI=VT-时，触发器翻转为高电平。时，触发器翻转为高电平。 VOH VT+VOH VT t1 = RClnVOL VTVOL VT+t2 = RClnVCC VT+VCC VT T =t1+t2=RCln +VTVT+ RCln3 当当VT = VCC ，1 3 VT+

21、= VCC2T =t1+t2=RCln2+RCln2=2RCln2 T q = =50 t1 VOHVOL其他类型的施密特触发器其他类型的施密特触发器用门电路也可构成施密特触发器；还有集成的施密特触发器。用门电路也可构成施密特触发器；还有集成的施密特触发器。集成施密特触发器既有集成施密特触发器既有TTL型，也有型，也有CMOS型。型。 如如74LS14是集成施密特触发六反相器；是集成施密特触发六反相器；74LS132是施是施密特触发的四密特触发的四2输入与非门。输入与非门。 如如CC40106是集成施密特触发六反相器；是集成施密特触发六反相器；CC4093是施是施密特触发的四密特触发的四2输入

22、与非门。输入与非门。占空比可调的多谐振荡器占空比可调的多谐振荡器使用起来较不方便使用起来较不方便 i充充i放放T q = =50 t1 T =t1+t2=R2Cln2+R1Cln2=(R1+R2)Cln2 T q = = t1 R1+R2 R2 7.2.4 由由555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器(Astable multivibrator)1多谐振荡器电路特点多谐振荡器电路特点（2）不需要外界触发信号，能自动产生一定频率的矩形脉）不需要外界触发信号，能自动产生一定频率的矩形脉 冲，其频率由电路内部参数决定。冲，其频率由电路内部参数决定。2电路结构电路结构先接成施密先接成施密特触

23、发器特触发器（1）有两个暂稳态，暂稳态）有两个暂稳态，暂稳态1和暂稳态和暂稳态2，在两个暂稳态，在两个暂稳态 之间轮流转换。之间轮流转换。3工作原理工作原理1）起始状态）起始状态i放放i充充电路刚通电时，电容电路刚通电时，电容C来来不及充电，不及充电，C上无电荷，上无电荷，VC=0, VO=1 ,TD截止截止,电容充电电容充电。 2）暂稳态）暂稳态1VCC0TD截止，截止，VCC经电阻经电阻R1,R2向电容充电。向电容充电。到到VT+改变状态。改变状态。VC3）暂稳态）暂稳态2VO=0，TD导通导通，电容，电容经电阻经电阻R2放电。放电。VC到到VT-改变状态。改变状态。4参数计算参数计算i放放i充充VCC01）电容）电容C充电时间充电时间T12）电容）电容C放电时间放电时间T2VCC VT+VCC VT T1 =(R1+R2)Cln 3 当当VT = VCC ，1 3 VT+ = VCC23 当当VT = VCC ，1 3 VT+ = VCC2T1=(R1+R2)Cln2 0.7(R1+R2)C0 VT0 VT+T2