第八章 脉冲波形的变换与产生

半导体存储器是现代数字系统尤其是计算机中的重要组成部分，包括有只读存储器ROM和随机存取存储器RAM两大类。掌握ROM和RAM各自的特点与区别，以及它们所包含的各种类型存储器。掌握存储器中字、位、存储容量、地址等概念。目前可编程逻辑器件的使用越来越广泛，用户可自行设计该类器件的逻辑功能，具有集成度高、可靠性强、处理速度快和保密性好等特点。复杂可编程逻辑器件(CPLD)是在PAL、GAL的基础上发展起来的，了解其结构及可编程单元。第七章回顾8.1单稳态触发器8.2施密特触发器8.3多谐振荡器8.4555定时器及其应用8脉冲波形的变换与产生前言脉冲：在短时间内突变，而后又迅速返回到其初始值的物理量。将已有的非脉冲波形通过波形变换电路获得；(单稳态触发器、施密特触发器)

采用脉冲信号产生电路直接获得；(多谐振荡器、555定时器)计算机内的信号为脉冲信号，又称为数字信号。脉冲具有间隔性特征(脉冲宽度tw)脉冲波形如何获得？4、掌握由555定时器组成的多谐、单稳、施密特触发器的电路、工作原理及外接参数、电路指标的计算。1、正确理解单稳态触发器、施密特触发器、多谐振荡器的电路组成及工作原理。2、掌握单稳态触发器、施密特触发器和多谐振荡器的逻辑功能及主要指标计算。3、掌握555定时器的工作原理。本章的基本要求8.1单稳态触发器8.1.1用门电路组成的微分型单稳态触发器8.1.2集成单稳态触发器8.1.3单稳态触发器的应用①电路在没有触发信号作用时处于一种稳定状态。单稳态触发器的工作特点：②在外来触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。③由于电路中RC延时环节的作用，暂稳态不能长期保持,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与所选取的RC参数值有关。④由于触发器只有一种稳定状态，因此称为单稳态触发器。门电路组成的单稳态触发器集成单稳态触发器不可重复触发单稳态触发器可重复触发单稳态触发器用555定时器组成的单稳态触发器按电路形式不同单稳态触发器的分类按工作特点划分8.1.1用CMOS门电路组成的微分型单稳态触发器积分电路(integratingcircuit)：输出信号与输入信号的时间积分成正比的电路。8.1.1用CMOS门电路组成的微分型单稳态触发器微分电路(differentialcircuit)：输出信号与输入信号的微分成正比的电路。微分是积分的逆运算，从电路形式上看，将积分电路中的R1与电容C的位置对调，便可得到微分电路。8.1.1用CMOS门电路组成的微分型单稳态触发器

RC电路(电阻电容电路)：是一个包含利用电压源、电流源驱使电阻器、电容器运作的电路。RC电路是微分电路、积分电路的一种。8.1.1用CMOS门电路组成的微分型单稳态触发器1.电路结构CMOS与非门构成的微分型单稳态触发器CMOS或非门构成的微分型单稳态触发器稳态为1负脉冲触发稳态为0正脉冲触发

电路处于稳态000110d=0a)、没有触发信号，即I=0时设CMOS反相器的阈值电压为2.工作原理：CMOS或非门构成的微分型单稳态触发器正脉冲触发稳态为0I2=1o=0o1=1b)、外加触发信号↑dd=VTH产生如下正反馈过程：迅速使o1=

0o=1电路进入暂稳态

10

-

+

³1

vO1

vO

G2

G1

C

D

R

VDD

vI

vI2

vC

1

Rd

Cd

vd

当vI2上升到一定程度时？此后VDD对电容充电I2c)、电容充电电路由暂稳态自动返回到稳态01I2I2=VTH产生如下正反馈过程：迅速使o1=

1o=0此后电容开始放电vo2¯­vO1­vR­

vO11

vO

vI2

0

t

t

t

0

VTH

VDD

t1

t2

0

tw

tw≈0.7RC

只取决于RC(1)输出脉冲宽度tw(暂稳态持续时间)(2)恢复时间tretre≈3

(3)最高工作频率fmax

3.主要参数的计算(根据RC电路过渡过程的分析)

其中vC(0+)=0；vC()=VDD

=RC,VTH

=VDD/2

=RCln2

8.1.2集成单稳态触发器vOvItwtwvOvItwtw不可重复触发可重复触发被重复触发没有被重复触发集成单稳态触发器分为不可重复触发单稳态触发器和可重复触发单稳态触发器。1、不可重复触发的集成单稳态触发器74121触发信号控制电路微分型单稳触发器电路的连接：(R与C)R：外接电阻或采用内部电阻C：外接电容输出脉冲宽度：tw≈0.7RC工作原理：分析电路的不可重复触发特性在暂稳态期间即使有触发信号输入,但由于G4门在此期间关闭，不会被再次触发，电路属于不可重复触发单稳态触发器暂稳态:Q=1Q=0100074121功能表HHA1A2BQLHLLHLLLHHHLHHHHHHLL逻辑功能表不可触发，保持稳态不变A1、A2中有一个或两个为低电平，在B端输入上升沿时，电路被触发B

为高电平，A1和A2中有一个或两个是下降沿时，电路被触发，即产生正脉冲输出2、可重复触发的集成单稳态触发器MC14528可重复触发的集成单稳MC14528逻辑图MC14528功能表RD

TR+TR-输出输入LHLHLH

L×××H

×××

LHH↑H↓LQ

Q功能清除禁止禁止单稳单稳可重复触发的集成单稳MC14528时序波形8.1.3单稳态触发器的应用1.定时单稳态触发器的RC取值不同，tw的时间宽度就不同，从而通过与门的脉冲个数随之改变。电路可用于频率计。

2.延时vo脉冲的上升沿相对于vI的上升沿延迟了tw1，tw1由R1C1决定，tw2由R2C2决定。3.组成噪声消除电路

单稳态触发器的输出脉冲宽度应大于噪声宽度而小于信号脉宽，才可消除噪声。如用I作为下降沿触发的计数器触发脉冲，若加入了干扰(如图)，将会造成计数错误。应该消除干扰(噪声)。如何获得vo8.2.1用门电路组成的施密特触发器8.2.2集成施密特触发器8.2.3施密特触发器的应用8.2施密特触发器施密特触发器电压传输特性及工作特点：

②施密特触发器属于电平触发器件，当输入信号达到一定电压值时，输出电压会发生突变。

③电路有两个阈值电压。输入信号增加和减少时，电路的阈值电压分别是正向阈值电压（VT+）和负向阈值电压（VT-）。同相输出施密特触发器反相输出施密特触发器

oVT+

vO

VOH

VOL

VT-

vI

①施密特触发器有两个稳定状态，两个稳定状态之间的转换需要触发信号触发；1、电路组成2、工作原理I18.2.1用门电路组成的施密特触发器R1<R2I为三角波假定：叠加原理vI1001(1)I上升，

I1上升。vI1=0，=0VvO正向阈值电压(VT+)：I值在增加过程中，使输出电压产生跳变时所对应I的值。只要

I1

<VTH，则保持=0VO(2)当=VTH，电路发生正反馈：υI1三角波输入信号，一开始vI1(3)

υI1VTH时，电路维持不变

,只要υI1>VTH，υI1(4)当υI下降,

也下降则保持=VOHυo当=VTH，电路产生如下正反馈：

υI1负向阈值电压(VT-)：I值在减小过程中，使输出电压产生跳变时所对应的I的值。状态发生转变0

回差电压(触发窗)△VT：正向阈值电压与负向阈值电压之差。同相输出施密特触发器

oVT+

vO

VOH

VOL

VT-

vI

正向阈值电压：负向阈值电压：定义：通过调节R1和R2的比值可以调节回差电压的大小则施密特触发器的阈值电压为：例：若VDD=10V，R1=50k，R2=100k，VTH=5V回差电压(触发窗)决定了施密特触发器输出波形的脉冲宽度。因此可通过调节R1和R2的比值控制脉冲波形的输出。vI1vovI逻辑符号8.2.2集成施密特触发器CC40106

CC40106电路图P4048.2.3施密特触发器的应用VT+VT_vT+vT-1.波形变换利用施密特触发器可将边沿变化缓慢的周期性信号变为边沿陡峭的矩形脉冲信号。2.对波形的整形利用施密特电路进行脉冲的整形。vovI合理选择回差电压，可消除干扰信号。3.消除干扰信号oυI4.幅度鉴别找到两个波峰。通过调整阈值电压，可鉴别不同的幅度。5.用施密特触发器构成单稳态触发器wTVAVDD>VT+VT-6.用施密特触发器构成多谐震荡器(8.3.2)8.3.1由门电路组成的多谐振荡器8.3.2用施密特触发器构成波形产生电路8.3.3石英晶体振荡器8.3多谐振荡器开关电路

RC延时环节多谐振荡器的基本组成：开关器件(如MOS管)：产生高、低电平反馈延迟环节(RC电路)：利用RC电路的充放电特性实现延时，输出电压经延时后，反馈到开关器件输入端，从而改变电路的输出状态，以获得脉冲波形输出。概述多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加触发信号便可自动产生一定频率、一定幅度的矩形脉冲输出，常作为脉冲信号源。电路没有稳态(无稳态电路)，输出在两个暂稳态之间自动交替变化。

1.电路组成

vID1

D2

TP

TN

vO1

R

C

D4

D3

TP

TN

vOG1

G2

+VDD

VC原理图(含保护二极管)若υo1=1,υo=vI=0时，电容充电,υI增加;若υo1=0,υo=vI=1时，电容放电,υI下降;υo1与υo反相，电容接在υo与υI之间:8.3.1由CMOS门电路组成的多谐振荡器CMOS门电路组成的多谐振荡器2.工作原理(无稳态电路)假定电路初态：=1vO1=0vO2vC=0V电容充电vCvIvI当=VTH时，迅速使G1导通、G2截止电路进入第二暂态vO2=1vO1=0=0vO1=1vO（1）第一暂稳态（初态）电路将自动跳转到第二暂稳态vIvO1vO2vIVDDVTH0ttvOVDD0(2)第二暂稳态，电容放电，电路自动翻转到第一暂稳态电容放电vCvIvI当=VTH时，迅速使得G1截止、G2导通电路返回第一暂稳态υO2=0υO1=1

vIvO1vO2

T＝RC1n4≈1.4RC

由门电路组成的多谐振荡器的振荡周期T取决于R、C电路和VTH，容易受温度、电源电压及干扰的影响，频率稳定性较差。3.振荡周期的计算(根据RC电路过渡过程的分析)vI(0+)0；vC()

VDD=RC,t=t2-t1T1:vI(0+)

VDD；vC()0

=RC,t=t3-t2T2:vovIVT+VT_VOLVOHT1T20t0tCvovIR18.3.2用施密特触发器构成波形产生电路将施密特触发器的输出端经RC电路接回到输入端8.4.1555定时器8.4.2用555定时器组成的施密特触发器8.4.3用555定时器组成的单稳态触发器8.4.4用555定时器组成的多谐振荡器8.4555定时器及其应用555定时器是一种应用方便的中规模集成电路，集模拟、数字于一体。利用它可以方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器，广泛应用于信号的产生、变换、控制与检测。电阻分压器电压比较器基本SR锁存器输出缓冲反相器集电极开路输出三极管TvovICvI1vI2vo’C1C2+--+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5k

5k

5k

&&1RDVCC(8)G1、电路结构8.4.1555定时器逻辑符号2、工作原理不变不变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3、555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vI8.4.2用555定时器组成施密特触发器将555定时器的阈值输入端和触发输入端相接，便构成施密特触发器。R7ViV0C=0.01uF8462351VCC555vIVT+VT_VT+VT_1、电路结构VCCvI8.4.3用555定时器组成单稳态触发器电路简图②外加触发信号，电路转换到暂态，输出为1③触发信号消