数电脉冲信号的产生与整形演示文稿

数电第版脉冲信号的产生与整形演示文稿当前1页，总共74页。（优选）杨志忠数电第版脉冲信号的产生与整形当前2页，总共74页。主要要求：

了解脉冲信号产生与整形的方法。

了解脉冲波形的主要参数。

7.1概述当前3页，总共74页。UmtrtfTtW

脉冲幅度Um：脉冲上升时间tr：脉冲下降时间tf：脉冲宽度tW

：脉冲周期T

：脉冲频率f

：占空比q

：脉冲电压变化的最大值

脉冲波形从

0.1Um上升到

0.9Um所需的时间脉冲上升沿

0.5Um到下降沿

0.5Um所需的时间脉冲波形从

0.9Um下降到

0.1Um所需的时间周期脉冲中相邻两个波形重复出现所需的时间1秒内脉冲出现的次数f=1/T

脉冲宽度

tw与脉冲周期

T的比值

q=tw/T

一、脉冲波形的主要参数

当前4页，总共74页。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。常用的有施密特触发器和单稳态触发器。

获取脉冲信号的方法

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。

施密特触发器单稳态触发器主要用以将宽度不符合要求的脉冲变换成符合要求的矩形脉冲。用门电路构成。用专用的集成电路。用

555

定时器构成。二、脉冲信号产生与整形的方法

当前5页，总共74页。主要要求：

了解555定时器的电路结构，掌握其符号和功能。7.2555定时器的电路结构及其逻辑功能

了解555定时器的电路结构，掌握其符号和功能。当前6页，总共74页。555定时器简介

555定时器是一种电路结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路。它的电源电压范围宽(TTL555定时器为5~16V，CMOS555定时器为3~18V)，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。它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。7.2.1555定时器的电路结构当前7页，总共74页。C1C2G3QQG1G2RSVRRRUR1UR2G4555定时器的电路结构与符号

UR1UR2构成电阻分压器，为比较器C1、C2提供两个基准电压:

UR1=(2/3)VDD，

UR2=(1/3)VDD。

输出缓冲器构成基本RS触发器，决定电路输出。MOS开关管构成电压比较器，比较TH与UR1和TR与

UR2的大小。当前8页，总共74页。555定时器的电路结构与符号

C1C2G3QQG1G2RSVRRRUR1UR2G4GNDVDDRDOUTCO555THTRDIS电路符号627153843OUT输出端

8VDD电源端

4RD直接置0端

DIS7放电端TH6阈值输入端TR2触发输入端CO5控制电压输入端

GND1接地端

当前9页，总共74页。定时器

CC7555的工作原理7.2.2555定时器的逻辑功能当TH端电压大于UR1=VDD，TR端电压大于UR2=

VDD时，电压比较器C1和C2分别输出R=1、S=0，基本RS触发器置0，Q=0、Q=1，输出uO=0，这时MOS管V导通。1323当TH端电压小于UR1=VDD，TR端电压小于UR2=

VDD时，电压比较器C1和C2输出R=0、S=1，基本RS触发器置1，Q=1、Q=0，输出uO=1，这时MOS管V截止。1323当TH端电压小于UR1=VDD，TR端电压大于UR2=

VDD时，电压比较器C1和C2分别R=0、S=0，基本RS触发器置保持原状态不变。输出uO

保持不变。1323当前10页，总共74页。定时器

CC7555的功能表不变不变1截止11导通01导通00V状态OUT(uO)RDTRTH输出输入××7.2.2555定时器的逻辑功能当前11页，总共74页。7.3

施密特触发器主要要求：

理解施密特触发器的逻辑功能、工作特点。理解施密特触发器的典型应用。了解用555定时器构成施密特触发器的方法。当前12页，总共74页。7.3.1施密特触发器的逻辑符号和电压传输特性

SchmittTrigger一、施密特触发器的逻辑符号uO1uI施密特触发器的逻辑符号(a)反相输出逻辑符号；(b)同向输出逻辑符号uO2uI(a)(b)当前13页，总共74页。UOLUOH二、施密特触发器的传输特性UT=UT+-

UT-回差电压施密特触发器工作特点(1)允许输入信号为缓慢变化的信号。(2)有两个阈值电压。(3)有两个稳态。UT+OuOuI正向阈值电压负向阈值电压当uI从小增大时，经过UT+处才能使输出发生跃变。UT-当uI从大减小时，经过UT-处才能使输出发生跃变。当前14页，总共74页。VDDRDOUTCOTHTRDIS7.3.2用555定时器组成施密特触发器

一、电路组成uIuO当前15页，总共74页。OuOtOuItUOH(2/3)VDD(1/3)VDDUOL二、工作原理当输入电压uI＜

VDD

时，比较器C1和C2分别输出R=0、S=1，

触发器置1，Q=1，输出uO为高电平UOH。13当输入电压VDD＜

uI＜

VDD时，比较器C1和C2输出R=0、S=0，

触发器保持1状态不变，输出uO=UOH不变。2313当输入电压uI≥

VDD

时，比较器C1和C2输出R=1、S=0，

触发器0，Q=0，输出uO为由高电平UOH跃到低电平UOL。所以，施密特触发器的正向阈值电压UT+=VDD。2323当前16页，总共74页。OuOtOuItUOH(2/3)VDD(1/3)VDDUOL二、工作原理当输入电压由大于VDD下降到

VDD＜uI

＜VDD

时，比较器C1和C2输出R=0、S=0，

触发器保持0状态不变，输出uO保持低电平UOL不变。232313当输入电压下降到uI≤

VDD时，比较器C1和C2输出R=0、S=1，

触发器置1，Q=1，输出uO由低电平UOL跃到高电平UOH。所以，施密特触发器的负向阈值电压UT-=VDD。1313当前17页，总共74页。OuOtOuItUOH(2/3)VDD(1/3)VDDUOL二、工作原理555定时器的功能表不变不变1截止11导通01导通00V状态OUT(uO)RDTRTH输出输入××当前18页，总共74页。电压传输特性为反相输出的滞回特性0uOuIUOL(1/3)VDD(2/3)VDDUOH

UT+=(2/3)VDDUT-

=(1/3)VDD回差电压：UT=UT+-

UT-

=(1/3)VDD三、传输特性当前19页，总共74页。双4输入施密特与非门逻辑符号1ACT74LS132A2C2B2D1Y2Y1D1B1C六施密特反相器逻辑符号1A2A3A4A5A6A1Y2Y3Y4Y5Y6YCT7414输出逻辑表达式为Y=A输出逻辑表达式为Y=A·B·C·D7.3.3集成施密特触发器一、TTL集成施密特触发器当前20页，总共74页。TTL集成施密特触发门电路一些重要参数的典型值

tPHL8.7542.5典型延迟时间/ns8.825.58.625.5典型UT+/V典型每门功耗/mW双4输入与非门四2输入与非门六反相器电路名称CT74LS13CT7413CT74LS132CT74132CT74LS14CT7414型号tPLH典型UT-/V典型ΔUT/V1.61.71.61.71.61.70.80.90.80.90.80.90.80.80.80.80.80.8181515151515151815151515TTL施密特触发器的特点

(1)可将变化缓慢的信号变换成上升沿和下降沿都很陡直的脉冲信号。

(2)具有阈值电压和回差电压温度补偿。

(3)具有很强的抗干扰能力。当前21页，总共74页。六施密特反相器逻辑符号1A2A3A4A5A6A1Y2Y3Y4Y5Y6YCC40106输出逻辑表达式为Y=A7.3.3集成施密特触发器二、CMOS集成施密特触发器四2输入施密特与非门逻辑符号1ACC40933A4A3B4B1Y2Y3Y4Y2B1B2A输出逻辑表达式为Y=A·B当前22页，总共74页。CMOS施密特触发门电路一些重要参数

CMOS集成施密特触发器的特点

(1)可将变化缓慢的信号变换成上升沿和下降沿都很陡直的脉冲信号。

(2)在电源电压VDD一定时，触发阈值电压稳定，但其值会随VDD变化。

(3)

电源电压VDD变化范围宽，输入阻抗高，功耗极小。

(4)抗干扰能力很强。平均传输延迟时间tpd/ns1510515105UT+/VVDD/V最小值最大值四2输入与非门六反相器电路名称CC4093CC40106型号UT-/VΔUT/V

6.810.8

4.67.1

2.23.6

0.92.8130180380120140280最小值最大值最小值最大值

6.810.8

4.67.1

2.23.6

2.55.2

4.07.4

0.92.8

2.55.2

4.07.4

0.31.6

1.23.4

1.65.0

0.31.6

1.23.4

1.65.0当前23页，总共74页。OuItuOUT+UT-Ot一、脉冲波形变换

将三角波、正弦波和其他不规则信号变换成矩形脉冲。UOHUOL当uI>

UT+

后，uO=

UOL；当uI下降到小于UT-

时，uO才跃变到UOH。

当uI<UT-后，uO=UOH；当

uI上升到大于

UT+时，uO才跃变到UOL。uOuI7.3.4施密特触发器的应用当前24页，总共74页。二、脉冲整形将受到干扰的或不符合边沿要求的信号整形成较好的矩形脉冲。uOuIOuItOuOtUT+UT-UOHUOL当前25页，总共74页。OuItuOUT+UT-Ot三、脉冲幅度鉴别鉴别并取出幅度大于UT+的脉冲。UOLUOHuOuI当前26页，总共74页。7.4

单稳态触发器主要要求：

理解单稳态触发器的逻辑功能、工作特点。

理解单稳态触发器的典型应用。

了解用555定时器构成单稳态触发器的方法。当前27页，总共74页。有一个稳态和一个暂稳态。无外触发脉冲输入时，电路处于稳态；在外触发脉冲作用下，电路将从稳态翻转到暂稳态，经一段时间后，电路又自动返回到原来的稳态。工作特点暂稳态时间长短取决于电路本身的参数，与外加触发脉冲无关。Monostableflip-flop单稳态触发器

当前28页，总共74页。GNDVDDRDOUTCO555THTRDISVDD0.01FRCuIuOuC-+7.4.1用555定时器组成单稳态触发器

一、电路组成DISTHVDDR

R、C为定时元件OUTuOCuC-+TRuIGNDVDDRDCO0.01F当前29页，总共74页。二、工作原理

1.稳定状态

接通电源前，uC

0V。接通电源后VDD经R向C充电，使uC

上升。uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC充电放电VuCOtOuOtUOLUOH

tWOtUIHuIVDD0VUOLUIH该电路触发信号为负脉冲，不加触发信号时，uI=

UIH(应

大于VDD)。

13这时TR=UIH>VDD，TH=uC

0<VDD，uO保持低电平不变。因此，稳态时uC

0V，uO为低电平。1323当uC

≥VDD时，满足TR=uI>

VDD，TH=uI≥

VDD，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

0V。132323当前30页，总共74页。

2.触发进入暂稳态

二、工作原理uCOtOuOtUOLUOH

tWOtUIHuIVDDUILUOH充电

当输入uI由高电平跃变为低电平

(应小于

VDD)时，使

TR=UIL<VDD，而TH=uC

0V<VDD，因此uO跃变为高电平，进入暂稳态，这时放电管V截止，VDD又经R向C充电，uC

上升。132313当前31页，总共74页。

3.自动返回稳定状态

二、工作原理uCOtOuOtUOLUOH

tWOtUIHuIVDDUOLUIH放电V这时uI必须已恢复为高电平TH≥VDD23

当uC

上升到uC

≥VDD时，

TH

=

uC

≥VDD，而TR=uI=

UIH(大于

VDD)，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

0V，放电完毕后，电路返回稳态。132323当前32页，总共74页。[例]用上述单稳态电路输出定时时间为1s的正脉冲，R=27k，试确定定时元件

C的取值。

三、输出脉冲宽度的计算uCOtOuOtUOLUOH

tWOtUIHuIVDD输出脉冲宽度tW即为暂稳态维持时间，主要取决于充放电元件R、C。该电路为不可重复触发单稳，且要求输入负脉宽小于输出脉宽tW。解：因为

tW

1.1RC故可取标称值

33F。估算公式tW1.1RC当前33页，总共74页。GNDVDDRDOUTCO555THTRDISVDD0.01FRCuIuOCdRd四、具有RC

输入微分电路的单稳态触发器当输入uI负脉冲宽度大于输出脉冲宽度tW时，需在TR

端和输入触发信号uI之间接入RdCd微分电路后，电路才能正常工作。VDDRdCd当前34页，总共74页。集成单稳态触发器暂稳态期间如再次被触发，对原暂稳态时间无影响，输出脉冲宽度tW仍从第一次触发开始计算。暂稳态期间如再次被触发，输出脉冲宽度可在此前暂稳态时间的基础上再展宽tW。

可重复触发型非重复触发型uOuI1uOuI限定符号“1

”表示不可重复触发型单稳态触发器。限定符号“”表示可重复触发型单稳态触发器。7.4.2集成单稳态触发器当前35页，总共74页。单稳工作波形举例单稳输出波形非重复触发型单稳输出波形可重复触发型输入波形OuItOuOtOuOttWtWtWtW暂稳态期间不能再次触发。暂稳态期间能再次触发。其输出脉宽将在原暂稳态时间基础上再展宽tW。触发脉冲到来时，输出翻转为暂稳态，经暂稳态持续时间tW后自动回到稳态。外触发脉冲未来时，输出为稳态。当前36页，总共74页。单稳态触发器CT74121的逻辑图一、非重复触发单稳态触发器1.电路组成与逻辑符号输入触发脉冲控制电路输出缓冲级微分型单稳态触发器当前37页，总共74页。一、非重复触发单稳态触发器1.电路组成与逻辑符号有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

CXRX/CXRintCextRext/CextRI

CXRX/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。当前38页，总共74页。负脉冲触发应用举例RI

CXRX/CXTR+TR-BTR-AQQ+VCC+VCC欲负脉冲触发，则将触发脉冲从TR-A或TR-B加入，而TR+接1。

CT74121可正脉冲触发，也可负脉冲触发。QTR-B2.工作原理

CT74121的功能表

0××01111110×11100××1010×101×0QQTR+TR-BTR-A输出输入当前39页，总共74页。正脉冲触发应用举例RI

CXRX/CXuO+VCCuITR+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。uIuO2.工作原理

CT74121的功能表

0××01111110×11100××1010×101×0QQTR+TR-BTR-A输出输入当前40页，总共74页。2.逻辑功能单稳态触发器CT74121的工作波形

在暂稳态期间再次进行触发时，对暂稳态时间没有影响。当前41页，总共74页。3.输出脉冲宽度的计算RI

CXRX/CXTR+TR-BTR-AQQ悬空不接CextRextVCC一般接法tW

0.7RextCext通常取：Rext=2~40k，Cext=10pF~10F。当输出脉宽不大时，可用内部电阻

Rint=2k取代

Rext，接法如下：RI

CXRX/CXTR+TR-BTR-AQQCext+VCCtW

0.7RintCext当前42页，总共74页。1RD1TR-1TR+1Q1Q1Cext1Rext/Cext2TR-2TR+2RD2Cext2Rext/Cext2Q2Q二、可重复触发单稳态触发器1.

逻辑符号有两个触发信号输入端，1TR-用负脉冲触发，1TR+用正脉冲触发。可重复触发型单稳的限定符号互补输出直接复位端为1RD，低电平有效。

CT74HC123由两个独立的可重复触发单稳组成。当前43页，总共74页。2.逻辑功能CT74HC123的功能表

110101100×110×1110××0QQTR+TR-RD输出输入下降沿触发上升沿触发稳定状态复位说明当前44页，总共74页。2.逻辑功能单稳态触发器CT74HC123的工作波形

当前45页，总共74页。3.输出脉冲宽度的估算

可重复触发单稳态触发器

CC74HC123

的输出脉冲宽度tW可用下式估算

tW

RC

对于单稳态触发器CT74LS123，在电容C＞1000pF时，其输出脉冲宽度tW可用下式估算

tW

0.45RC当前46页，总共74页。二、脉冲定时一、脉冲整形由于单稳态触发器可产生宽度和幅度都符合要求的矩形脉冲，因此，可利用它来作定时电路。7.4.3单稳态触发器的应用脉冲信号经过长距离传输后，其边沿会变差或叠加了某些干扰，这时可利用单稳态触发器进行整形。将这些受到干扰的脉冲信号加到单稳态触发器的输入端，输出便可得到符合要求的矩形脉冲。当前47页，总共74页。二、脉冲定时由CT74121组成的定时电路某生产线上有3道加工工序，要求第1道工序加工10s，第2道工序加工20s，第3道加工工序加工30s。当要求对这3道工序的加工进行自动控制时，则可用3片集成单稳态触发器CT74121串接起来实现。当前48页，总共74页。二、脉冲定时工作波形某生产线上有3道加工工序，要求第1道工序加工10s，第2道工序加工20s，第3道加工工序加工30s。当要求对这3道工序的加工进行自动控制时，则可用3片集成单稳态触发器CT74121串接起来实现。由CT74121组成的定时电路当前49页，总共74页。若已知Rext=10k，Cext=1F则可得tW

0.7RextCext=7msRI

CXRX/CXQ+VCCuIRextCextQOuItOuOt脉冲展宽电路和工作波形三、脉冲展宽

tW接成正脉冲触发方式将窄脉冲展宽成宽度为tW的脉冲当前50页，总共74页。7.5多谐振荡器主要要求：

了解用555定时器构成多谐振荡器的方法。理解石英晶体多谐振荡器的工作原理。当前51页，总共74页。即矩形脉冲产生电路，由于矩形脉冲含有丰富的谐波分量，故常称多谐振荡器。(1)不需输入信号。(2)无稳定状态，只有两个暂稳态。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。工作特点AstableMultivibratorGuO逻辑符号多谐振荡器

当前52页，总共74页。GNDVDDRDOUTCO555THTRDISVDD0.01FR1CuOuC-+R27.5.1用555定时器组成多谐振荡器一、电路组成DISVDDR1CuC-+R2THTRGNDVDDRDCO0.01FOUTuO当前53页，总共74页。uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLⅠⅠⅡ二、工作原理充电UOHⅠTH=TR=uC

很小

接通VDD后，开始时TH=TR=uC

0，uO为高电平，电路处于暂稳态Ⅰ。这时放电管截止，VDD经R1、R2向C充电，uC

上升。当前54页，总共74页。uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLⅠⅠⅡ二、工作原理UOLTH

=

TR

≥

2/3

VCC

当uC上升到

TH=TR=uC

≥

2/3VDD时，uO跃变为低电平，电路进入暂稳态Ⅱ。这时放电管V导通，C经R2和V放电，uC

下降。Ⅱ

接通VDD后，开始时TH=TR=uC

0，uO为高电平，电路处于暂稳态Ⅰ。这时放电管截止，VDD

经R1、R2向C充电，uC

上升。放电当前55页，总共74页。uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLⅠⅠⅡ

当uC下降到

TH=TR=uC

≤1/3VDD时，uO重新跃变为高电平，同时放电管V截止，电路返回到暂稳态Ⅰ。二、工作原理ⅠTH=TR≤1/3VCC

接通VDD后，开始时TH=TR=uC

0，uO为高电平，电路处于暂稳态Ⅰ。这时放电管截止，VDD经R1、R2向C充电，uC

上升。

当uC上升到

TH=TR=uC

≥

2/3VDD时，uO跃变为低电平，电路进入暂稳态Ⅱ。这时放电管V导通，C经R2和V放电，uC

下降。当前56页，总共74页。二、工作原理电容C如此循环充电和放电，使电路产生振荡，输出矩形脉冲。周期估算tW10.7(R1+R2)CtW20.7R2CT=tW1+tW20.7(R1+2R2)CuCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLⅠⅠⅡ当前57页，总共74页。三、占空比可调的多谐振荡器

充电回路为VDD经R1、VD1对C充电，时间常数为R1C。放电回路为C经VD2、R2和放电管V放电，时间常数为R2C。GNDVDDRDOUTCO555THTRDISVDD0.01FR1CuOVD2R2RPVD1R1R2VDDCVD2RPVD1占空比估算tW10.7R1CtW20.7R2C当前58页，总共74页。三、占空比可调的谐振荡器

555定时器组成的防盗报警电路当导线ab连通时，直接置0端RD为低电平，电路不振荡，扬声器不发出声响，电容C4上电压为0，三极管V工作在导通状态。当前59页，总共74页。三、占空比可调的谐振荡器

当ab导线被人拉断时，电源VCC经R3、V将C4迅速充电到高电平，使RD端为高电平，多谐振荡电路开始振荡，其振荡频率f＝1/0.7(R1+2R2)C

≈1kHz，于是，扬声器发出1kHz的报警声响。555定时器组成的防盗报警电路当前60页，总共74页。振荡频率稳定

由石英晶体的阻抗频率特性可知，只有外加信号的频率f和石英晶体的固有谐振频率f0

相同时，石英晶体才呈现极低的阻抗，而在其他频率时，则呈现很高的阻抗。因此，石英晶体具有很好的选频特性。石英晶体的阻抗频率特性7.5.2石英晶体多谐振荡器一、石英晶体的选频特性符号当前61页，总共74页。

电阻RF1、RF2用于确定反相器G1和G2的工作点，使其工作在放大区，有利于电路起振。对于TTL反相器，RF1和RF2通常取0.7~2k；对于CMOS反相器，RF1和RF2通常取10~100M，电容C1和C2为G1和G2间的耦合电容，在频率为f0时，它们呈现的容抗极小，可忽略不计，使G1和G2之间形成正反馈环路。对称石英晶体多谐振荡器7.5.2石英晶体多谐振荡器二、石英晶体多谐振荡器1.对称石英晶体多谐振荡器当前62页，总共74页。

由于石英晶体接在G1和G2两级反相器之间，且具有很好的选频特性，因此，在接通电源后，对频率为f0的信号非常容易通过石英晶体而产生频率为f0的自激振荡。反相器G3用于整形，使输出uO的波形更接近于矩形脉冲，G3还具有缓冲隔离作用，也提高了负载能力。对称石英晶体多谐振荡器7.5.2石英晶体多谐振荡器二、石英晶体多谐振荡器1.对称石英晶体多谐振荡器当前63页，总共74页。

电阻R1、R2用以使反相器工作在放大区。对于TTL反相器R1和R2通常取0.7~2k；对于CMOS反相器，R1和R2通常取10~100M。C1为反相器G1和G2之间的耦合电容，使G1和G2之间形成正反馈环路，对于频率为f0的信号，其呈现的容抗极小，可忽略不计。串联石英晶体多谐振荡器7.5.2石英晶体多谐振荡器二、石英晶体多谐振荡器2.串联石英晶体振荡器当前64页，总共74页。

在电路接通电源后，G2输出频率为f0的信号很容易通过石英晶体形成很强的正反馈而产生自激振荡。G3用以整形，使输出uO的波形更接近于矩形脉冲，并具有缓冲隔离和提高负载能力的作用。串联石英晶体多谐振荡器7.5.2石英晶体多谐振荡器二、石英晶体多谐振荡器2.串联石英晶体振荡器当前65页，总共74页。

R