数字电子技术基础课件：第十章 脉冲波形的产生与整形

1、10-1第十章 脉冲波形的产生与整形主要内容：介绍用于脉冲信号产生、整形的几种基本电路。1.施密特触发器。2.单稳态触发器。3.多谐振荡器。4. 555定时器。10-210.1 概述 1.脉冲幅度Vm2.脉冲宽度tW0.5Vm0.5Vm3.上升时间tr0.1Vm0.9Vm4.下降时间tf0.9Vm0.1Vm5.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：0.9VmVmtr0.5Vm0.1VmtftWT10-3 10.5.1 555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

2、字电路集成于一体的多功能中规模集成电路。因为其具有使用方便,带负载能力较强, 目前得到了非常广泛的应用。由于其型号的最后三位是555而命名的。 555定时器能极方便地构成施密特触发器，单稳态触发器，多谐振荡器。在脉冲波形的产生 ，整形，波形变换，定时等方面应用极广。 10.5 555定时器及其应用10-4555定时器的内部电路包括以下几部分 : 一个由三个相等电阻组成的分压器; 两个电压比较器: C1、C2 ;一个 RS 触发器一个晶体管TD。10-5比较器：C1输入信号 vI1（6脚也称阈值端，用 TH 标识） C2输入信号 vI2（2脚也称触发端，用 TR 标识）+C1+C2&1vC1vC

3、2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658VCOvI1(TH)vO(DISC)vI2(TR)RD分压电路晶体管放电电路RS触发器比较器比较器10-6电阻分压器和外接控制电压VCO 给两个比较器C1、C2提供基准电压。若外加电压VCO则：VR1=VCOVR2=1/2VCO则： VR1=2/3VccVR2=1/3Vcc若VCO悬空+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658VCOvI1(TH)vO(DISC)vI2(TR)RD10-7电源放电电控压制地输出置零电源电压范围:双极型：516VCMOS：318V

4、阈值端触发端12345678555VCCDTHCOGNDTRUo R+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658VCOvI1(TH)vO(DISC)vI2(TR)RD10-8+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658VCOvI1(TH)vO(DISC)vI2(TR)RD0101112VCC / 3小于2VCC / 3小于VCC / 3大于VCC / 3小于VCC / 3大于大于2VCC / 3阈值端6触发端2RS比较结果则： VR1=2/3VccVR2=1/3Vcc假设VCO悬

5、空10-9+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658VCOvI1(TH)vO(DISC)vI2(TR)RDRSQ0110110101保持保持Q 00禁止禁止基本RS触发器真值表基本RS触发器置1端vC2，置0端vC1，低电平触发，RD为直接清零端10-10+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658VCOvI1(TH)vO(DISC)vI2(TR)RDTD放电管： 工作状态由vO决定，工作时需外接电阻和电源。晶体管TSQvo011011保持0110保持保持导通截止R0011截止

6、10-11输 入 输 出 RDvI1(6)vI2(2)vOTD00通12/3Vcc(1)1/3Vcc(1)0通11/3Vcc(1)不变不变12/3Vcc(0)2/3Vcc(1)1/3Vcc(0)1截止+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658VCOvI1(TH)vO(DISC)vI2(TR)RD10-1210.5.2 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。+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658vI1vI2RDvI+UCCuo

7、uTH0.01FCORTR10-13(1)vI从0上升的情况1/3VCCvI 2/3VCC时，vC1 =0，vC2 =1，vI1/3VCC时，Q=1，vO=1vC1=1，vC2 =0，+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658vI1vI2RDvIvI从0上升，输出 vO 从1跳变为0的临界值VT+=2/3VCC10-14(2)vI从高于 2/3VCC下降的情况1/3VCCvI2/3Vcc时，vC1 =1，vC2 =1，Q=0不变， vO=0不变Q=1， vO =1vI2/3VCC时，Q=0，vO=0vC1=0

8、，vC2 =1，+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658vI1vI2RDvIvI从高于2/3VCC下降，输出 vO 从0跳变为1的临界值VT-= 1/3VCC10-15电压传输特性：vivoVOHVOLVT-VT+回差电压：V = VT+ - VT-改变5脚的电压值 Uco，可改变回差电压1/2 Uco ，提高抗干扰能力10-16输入为三角波时的工作过程+VCCuouTH0.01FCORTRuituotVCC2/3VCC1/3VCCuT+uT-1)ui1/3VCC时u62/3VCCu21/3VCCuo= 1

9、2)1/3VCC ui 2/3VCC时u6 1/3VCCuo= 1保持10-173)ui 2/3CC时u6 2/3VCCu2 1/3CCuo= 04)u6 1/3VCCuo= 0uotuitVCC2/3VCC1/3CCuT+uT-1/3CC ui VCC /3 VC2 = 1 ui = 1 时：原输出为0时，T导通，C放电输出保持在“0”原输出为1时，T截止，C充电输出翻转为“0”工作原理+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658vI1vI2RDvIRCuo = 0 , 555内的管T导通 , 电容 C 被短路, uC =0.3V 。

10、 VC1=1 0tui0tuC2VCC /30tuo稳态为010-240tui0tuC2VCC /30tuo+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658vI1vI2RDvIRCuC =0.3V, 故 uo 由0 1 , 晶体管 T 截止 , C 充电 Uc指数上升 只要 uC尚未充至 2VCC /3 , uo 的状态就不会变化 。ui 2VCC /3 VC1 = 0 , 且已 有 ui VCC /3 VC2 = 1 , uo 由1 0 晶体管T由截止导通 , C 迅速放电 uC =0.3V 0tui0tuC2VCC /30tuo+C1+

11、C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658vI1vI2RDvIRC10-260tui0tuC2VCC /30tuoUi负脉冲每触发一次 , uo 便输出一个正脉冲,其宽度 为 tW 。48162357uoui+VCCRCuC0.01F结论：twtw =1.1RC与输入脉冲宽度和电源电压无关！55510-270tui0tuC2VCC /30tuotwtw =1.1RC10-28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

12、宽脉冲变为窄脉冲。tvIvOvCttwvdRdCdvIvdvItt+UCC48562713.uCCuOR0.01F10-29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。Retriggers tw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。10-30(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Cext Rext Rin VCCA1A2BvOvOGND167534

13、101191474121BtA1ttA2vOttWtWtW(3)暂稳时间可调1011914Rint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10-31Cext Rext Rin VCCA1A2BvOvOGNDVCCCext16710119145341Rextb. 外接电容Cext，外接电阻Rexta.外接电容Cext，内部电阻RintCext Rext Rin VCCA1A2BvOvOGNDVCCC167101191453411011914RintCextRext1011914RintCext两种使用方法10-3274122、74123可重复触发

14、型74121、74221不可重复触发型74221 、74122、74123还设有直接清零端10-33功能：在触发脉冲作用下，触发器从稳态0翻转为暂稳态1，经过一段时间后自动翻转回稳态0。特点：暂稳态时间的长短可调输出一种稳定状态0输入负脉冲触发10.5.3 用555构成单稳触发器10-34单稳态触发器的应用（1）定时单稳&uouFuiuFOttttuiuouFuFOtw调整 tw =1S，对uFO的脉冲计数可构成频率计10-35按一下按钮 S未按uo0J的线圈不通电J 的触点不动作红灯白灯亮灭1通电闭合亮灭白灯亮的时间即为曝光时间 TWTW = 1.1 R C洗相曝光定时器若S打开 , 则 u

15、i = 1 ;若S合上 , 则 ui = 0 。48162357uoui+VCCRCDTHTRSJJ红白D1D255510-36触摸定时控制开关48162357uoP+6VRCuC0.01F555RL人手触摸P，触发，uo高电平，灯亮tw秒。tw= 1.1RC10-37（2）整形单稳态触发器uiuottuiuotwtwtwtwu6=uC 1VCC /3时，SD=1uO=1 保持ui 1VCC /3时，SD=0uO=1 在uO=1时，输入信号的波动，对输出的信号无影响。10-3810.5.4 用555定时器接成的多谐振荡器+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1

16、G2G3G434172658RDR2CR1vC方法：先将555定时器接成施密特触发器，再将输入端接入RC网络。48162357555R1R2CuCuoVCC10-3948162357555R1R2CuCuoVCC0tuouC0tVCC /32VCC /3输出波形电路注：该电路中没有输入信号，接通信号就有矩形波输出10-40多谐振荡器功能：能产生矩形波的自激振荡器。特点：无稳态。输出两暂稳态交替变化。输出矩形波的频率和占空比可调。10-41 设电容C 原先未充电uC0tVCC /32VCC /30tuo 在 uC 没有充电到 2VCC /3 之前, uo 保持 1 不变。工作原理u2 = u6

17、2VCC /3uo 由 1 0T导通C放电uC VCC /3uo 由 0 110-43放= R2C0tuouC0tVCC /32VCC /3T1T2输出方波的周期 T的计算:T = T1 + T2 = 0.7 ( R1 + 2R2 ) C 48162357555R1R2CuCuoVCC充= （R1+R2）C 10-44放= R2C0tuouC0tVCC /32VCC /3T1T2充= （R1+R2）C T1 = ln2 ( R1 + R2 ) C=0.7 ( R1 + R2 ) CT2 = ln2R2C=0.7 R2CT = T1 + T2 = 0.7 ( R1 + 2R2 ) C 10-45

18、如何改变方波的占空比？改变充放电回路的时间常数！48162357555R1R2CuCuoVCC0tuouC0tVCC /32VCC /3占空比：D=T1T1 + T2T1T210-4610-47多谐振荡器的应用（1）门铃48162357555R1R2CuCuo0.01FESB100F10k100k0.01FSB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）10-48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48162357R1C555uoVCCR21R28S8S110-49细铜丝至于盗贼必经之路（3）防盗报警电路84162357555R1R2CuC0.01