数字电子技术新实用教案

1、主要(zhyo)要求： 了解脉冲信号产生(chnshng)与整形的方法。 6.1 概概 述述第1页/共50页第一页，共50页。 常用(chn yn)的有施密特触发器和单稳态触发器。 脉冲脉冲(michng)信号产生与整形信号产生与整形的方法的方法 获取(huq)脉冲信号的方法 脉冲信号产生与整形电路的实现是一种多用途集成电路，只要外接少量阻容元件就可构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等，使用方便、灵活，应用广泛。 用多谐振荡器直接产生。 用整形电路对已有波形进行整形、变换。 施密特触发器主要用以将缓慢变化或快速变化的非矩形脉冲变换成陡峭的矩形脉冲。单稳态触发器 主要用以将宽度不符合要求

2、的脉冲变换成符合要求的矩形脉冲或者对脉冲进行移位。用门电路构成。 用专用的集成电路。 用 555 定时器构成。 第2页/共50页第二页，共50页。掌握(zhngw)用 555 定时器构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的方法。主要(zhyo)要求： 了解 555 定时器的电路(dinl)结构，掌握其符号和功能。6.2 555 定时器及其应用 第3页/共50页第三页，共50页。555 定时器简介(jin ji) 555 定时器是一种结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路。它电源(dinyun)电压范围宽(双极型 555 定时器为 5 16 V，CMOS 555 定时器为 3 18 V

3、)，可提供与 TTL 及 CMOS 数字电路兼容的接口电平，还可输出一定功率，驱动微电机、指示灯、扬声器等。TTL 单定时器型号的最后 3 位数字为 555，双定时器的为 556；CMOS 单定时器的最后 4 位数为 7555，双定时器的为 7556。 一、555 定时器的工作原理和逻辑(lu j)功能第4页/共50页第四页，共50页。集成定时器是一种将模拟电路(dinl)与数字电路(dinl)的功能巧妙结合在一起的多用途单片集成电路(dinl)，有些书上把它描述为：模拟电路(dinl)与数字电路(dinl)的的完美结合。在其外部配接上少许阻容定时元件，便能构成多谐振荡器、单稳态触发器和施密特

4、触发器等多种应用(yngyng)电路。6.2.2 电路(dinl)结构电阻分压器两个CMOS比较器一个基本RS触发器一个NMOS开关第5页/共50页第五页，共50页。555 定时器的电路结构(jigu)与符号 C1C2G3QQG1G2RSVR5 k5 k5 kUR1UR2GNDVCCRDOUTCO555THTRDIS电路符号627153843OUT输出端 8VCC电源端 4RD直接置0端 DIS 7放电端 TH 6阈值输入端 TR 2触发输入端 CO5控制电压输入端 GND1接地端 集电极开路(kil)输出端UR1UR2构成(guchng)电阻分压器，为比较器 C1、C2 提供两个参考电压，U

5、R1 = 2/3VCC，UR2 = 1/3VCC。 输出缓冲器OUT = Q构成基本 RS 触发器，决定电路输出。 放电管，其输入为Q，输出为开路集电极。Q构成电压比较器，比较 TH 与 UR1 和TR 与 UR2 的大小。555 定时器的电路结构与符号 C1C2G3QQG1G2RSVR5 k5 k5 kUR1UR23OUT输出端 8VCC电源端 4RD直接置0端 DIS 7放电端 TH 6阈值输入端 TR 2触发输入端 CO 5控制电压输入端 GND1接地端 UR1UR2Q第6页/共50页第六页，共50页。1、电阻(dinz)分压器2、电压(diny)比较器C1和C23、基本(jbn)RS触

6、发器4、NMOS开关V特性方程：/R为外部复位端，低电平有效正常工作时，/R=1。当/Q=0时，G3=1（OUT=1），V截止；当/Q=1时，G3=0（OUT=0），V导通。UR1=2/3VDD VR2=1/3VDD 若U+U-时，比较器输出高电平若U+ 2/3VCC时电压(diny)传输特性为反相输出的滞回特性uIuO当TH=TR=uI1/3VCC时1/3VCC0当1/3VCC TH=TR=uI2/3VCC时当uI1/3VCC时当uI由高电平逐渐下降，且1/3VCC uI UT+ 后，uO = UOL,只有当 uI下降到经过 UT- 时，uO 才会发生跃变。 uI 1/3 VCC)。 当 u

7、C 2/3 VCC 时，满足TR = uI 1/3 VCC，TH = uI 2/3 VCC,因此 uO 为低电平，V 导通，电容 C 经放电管 V 迅速放电完毕，uC 0 V。这时TR = UIH 1/3 VCC，TH = uC 0 2/3 VCC，uO 保持低电平不变。因此，稳态时 uC 0 V，uO 为低电平。充电工作原理 导通放电VuCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC0VUOLUIH第27页/共50页第二十七页，共50页。 2. 触发(chf)进入暂稳态 (二)工作(gngzu)原理、工作(gngzu)波形与参数估算 uCOtOuOtUOLUO

8、HtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC当输入 uI 由高电平跃变为低电平(应 1/3 VCC )时，使 TR = UIL1/3 VCC而TH = uC 0 V 2/3 VCC，因此 uO 跃变为高电平，进入暂稳态，这时放电管 V截止，VCC 又经 R 向 C 充电，uC 上升。UILUOH充电第28页/共50页第二十八页，共50页。 3. 自动(zdng)返回稳定状态 (二)工作(gngzu)原理、工作(gngzu)波形与参数估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC 2. 触发(chf)进入暂稳态 UIHUOL TH2/3 VCC放

9、电V当输入 uI 由高电平跃变为低电平(应 1/3 VCC)时，使 TR = UIL1/3 VCC 而TH = uC 0 V 1/3 VCC )，因此 uO 重新跃变为低电平。同时，放电管导通，C 经 V 迅速放电 uC 0 V，放电完毕后，电路返回稳态。第29页/共50页第二十九页，共50页。例 用上述单稳态电路输出定时时间(shjin)为1 s 的正脉冲，R = 27 k，试确定定时元件 C 的取值。 (二)工作原理、工作波形(b xn)与参数估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC输出脉冲宽度(kund) tW 即为暂稳态维持时间，主要取决于

10、充放电元件 R、C。 该单稳态触发器为不可重复触发器，且要求输入脉宽 tWI 小于输出脉宽 tWO 。解：因为 tWO 1.1 RC故可取标称值 33 F。F33.7k271 . 1S11 . 1WO RtC估算公式 tWO 1.1 RC第30页/共50页第三十页，共50页。经过长距离传输后，脉冲信号的边沿会变差或波形上叠加某些干扰，利用(lyng)整形可使其变成符合要求的波形。 (三)单稳态触发器应用(yngyng)举例 2. 脉冲(michng)定时 1. 脉冲整形 因此，利用单稳态触发器可以控制门开通与否以及开通多长时间。 uAuBuCuOG单稳态触发器组成的定时电路和工作波形uAuCu

11、BuOuC 门的定时时间即为单稳态触发器的暂稳态持续时间。tW uC 为与门 G 开通与否的控制信号。 uC = 1，门 G 开通，信号 uB 通过门 G 输出； uC = 0，门 G 关闭，uB 不能输出。 第31页/共50页第三十一页，共50页。若已知 Rext = 10 k，Cext = 1 F则可得 tW 0.7 RextCext = 7 msRI CX RX/CXQ+VCCuIRextCextQOuItOuOt脉冲展宽电路和工作波形3. 脉冲(michng)展宽 tW接成正脉冲触发方式将窄脉冲展宽成宽度为 tW 的脉冲第32页/共50页第三十二页，共50页。外接元件(yunjin)和

12、连线少，触发方式灵活，既可用输入脉冲的正跃变触发，又可用负跃变触发，使用十分方便，而且工作稳定性好。因此应用很广泛。 (四)集成(j chn)单稳态触发器1. TTL 不可重复(chngf)触发型单稳态触发器 CT74121 的逻辑符号 有 3 个触发信号输入端，TR-A和 TR-B 用负脉冲触发， TR+ 用正脉冲触发。 有 2 个互补输出端TR+TR-BTR-AQQRI CX RX/CXRintCextRext/CextRI CX RX/CX不可重复触发型单稳的限定符号 外接定时元件端 “”号表示非逻辑连接，即没有任何逻辑信息的连接，例如外接 R、C 和 VCC 等。 第33页/共50页第

13、三十三页，共50页。如何(rh)使用 Rint、Cext 和 Rext / Cext 端？RI CX RX/CXTR+TR-BTR-AQQ悬空不接CextRextVCC一般接法tW 0.7 RextCext通常取：Rext = 2 40 k，Cext = 10 pF 10 F。当输出脉宽很小时，可用内部电阻 Rint = 2 k取代 Rext ，接法如下：RI CX RX/CXTR+TR-BTR-AQQCext+VCCtW 0.7 RintCext第34页/共50页第三十四页，共50页。那么(n me) CT74121 的触发信号应如何加呢？通过对 CT74121 功能表的分析就可知道触发端的

14、(dund)用法。 欲负脉冲触发(chf)，则将触发(chf)脉冲从 TR-A 或 TR-B 加入，而 TR+ 接 1。 欲正脉冲触发，则将触发脉冲从 TR+ 加入，而 TR-A 和 TR-B 至少有一接 0。 可见，CT74121 可正脉冲触发，也可负脉冲触发。0011111101110010101010QQTR+TR-BTR-A输 出输 入CT74121 的功能表 负脉冲触发应用举例RI CX RX/CXTR+TR-BTR-AQQ+VCC+VCCQTR-B正脉冲触发应用举例RI CX RX/CXuO+VCCuIuIuO2. CT74121 逻辑功能的分析与应用 CT74121 的功能表 0

15、011111101110010101010QQTR+TR-BTR-A输 出输 入第35页/共50页第三十五页，共50页。即距形脉冲产生电路，由于距形脉冲中含有(hn yu)丰富的谐波分量，故常称多谐振荡器。 (1)不需输入(shr)信号。(2)无稳定状态，只有两个暂稳态。 6.5多谐振荡器 (一)多谐振荡器的工作(gngzu)特点和符号 通过电容的充电和放电，使两个暂稳态相互交替，从而产生自激振荡，输出周期性的矩形脉冲信号。 GuO工作特点Astable Multivibrator第36页/共50页第三十六页，共50页。（二）用 555 定时器组成(z chn)多谐振荡器 图6.5.6 用55

16、5定时器接成的多谐振荡器(一)电路(dinl)结构 第37页/共50页第三十七页，共50页。GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01 FR1CuOuC-+R2DISVCCR1THTRGNDVCCRDCO0.01 FOUTuOCuC-+R2GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01 FR1CuOuC-+R2第38页/共50页第三十八页，共50页。(三)工作原理、工作波形(b xn)与周期估算 uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V 充电UOHTH = TR = uC 很小接通 VCC 后，开始时 TH = TR = uC 0，uO 为高

17、电平，放电管截止，VCC 经 R1、R2 向 C 充电，uC 上升，这时电路处于暂稳态。 工作(gngzu)原理 第39页/共50页第三十九页，共50页。(三)工作原理(yunl)、工作波形与周期估算 uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V UOLTH = TR 2/3 VCC当 uC 上升到 TH = TR = uC 2/3 VCC 时，uO 跃变为低电平，同时放电管 V 导通，C 经 R2 和 V 放电，uC 下降，电路进入暂稳态 。工作(gngzu)原理 接通 VCC 后，开始时 TH = TR = uC 0，uO 为高电平，放电管截止，VCC经 R1、R2 向 C

18、 充电，uC 上升，这时电路处于暂稳态。 放电第40页/共50页第四十页，共50页。当 uC 下降到 TH = TR = uC 1/3 VCC 时， uO 重新跃变为高电平，同时放电管 V 截止，C 又被充电，uC 上升，电路又返回到暂稳态。(二)工作(gngzu)原理、工作(gngzu)波形与周期估算uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V TH=TR1/3VCC工作(gngzu)原理 当 uC 上升到 TH = TR = uC 2/3 VCC时，uO 跃变为低电平，同时放电管 V 导通，C 经 R2 和 V 放电，uC 下降，电路进入暂稳态 。接通 VCC 后，开始时

19、TH = TR = uC 0，uO 为高电平，放电管截止，VCC 经 R1、R2 向 C 充电，uC 上升，这时电路处于暂稳态。 第41页/共50页第四十一页，共50页。(三)工作原理、工作波形(b xn)与周期估算 电容 C 如此循环(xnhun)充电和放电，使电路产生振荡，输出矩形脉冲。uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V 周期(zhuq)与占空比估算tWH 0.7 (R1 + R2)C tWL 0.7 R2CT = tWH + tWL 0.7 (R1 + 2R2)C第42页/共50页第四十二页，共50页。GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01

20、 FR1C+R2RP1RP2例 指出右图中控制扬声器鸣响与否和调节音调高低的分别是哪个电位器？若原来无声，如何(rh)调节才能鸣响？欲提 高 音 调 ， 又 该 如 何(rh)调节？解：R1、R2、RP1 和 C 共同构成定时元件，因此调节 RP1 可调节音调(yndio)高低。欲提高音调(yndio)，则应减小 RP1 ，因此触头应下移。RP2调节 RP2 可控制 RD 为 0 或 1，从而控制振荡器工作与否，因此能控制扬声器鸣响与否。调节 RP2 使触头左移至适当位置，可使 RD = 1，使扬声器鸣响。RP1第43页/共50页第四十三页，共50页。本章(bn zhn)小结施密特触发器和单稳

21、态触发器是两种常用的整形电路，可将输入的周期信号(xnho)整形成符合要求的同周期矩形脉冲。施密特触发器具有(jyu)回差特性，它有两个稳态状态，有两个不同的触发电平。施密特触发器可将任意波形变换成矩形脉冲，输出脉冲宽度取决于输入信号的波形和回差电压的大小。施密特触发器还可用来进行幅度鉴别、构成单稳态触发器和多谐振荡器等。实用中，常选用集成施密特触发器或 采用555 定时器构成施密特触发器。第44页/共50页第四十四页，共50页。单稳态触发器有一个稳定状态和一个暂稳态。其输出脉冲的宽度只取决于电路本身 R、C 定时元件的数值，与输入信号没有关系。输入信号只起到触发电路进入暂稳态的作用。改变 R、C 定时(dn sh)元件的数值可调节输出脉冲的宽度。 单稳态触发器可将输入(shr)的触发脉冲变换为宽度和幅度都符合要