第8章脉冲波形的产生和整形

§7.1概述(ɡàishù)数字电路区别于模拟电路的主要特点之一是：它的工作信号(xìnhào)是离散的脉冲信号(xìnhào)。最常用的脉冲信号(xìnhào)是方波(矩形波)。如何产生方波以及对不理想的方波如何整形，是本章讨论的重点。第二页，共五十五页。1§7.2单脉冲的产生(chǎnshēng)+VCCFS按钮按放一次，便产生(chǎnshēng)一个单脉冲。

但是，由于按钮S机械动作经常伴有抖动现象，使得输出的方波很不理想，毛刺(máocì)很大。这样的方波用到数字系统中很容易引起误动作。因此，这个电路没有实用价值。第三页，共五十五页。2&&S＋5VQQ正常(zhèngcháng)时，不按按钮，Q＝0；按下按钮时，锁定器翻转(fānzhuǎn)，Q＝1；开按钮后，回到Q＝0。可见：按钮动作一次，Q端就输出一个正脉冲。由于锁定器的存在，即使按钮抖动，输出端也不会产生(chǎnshēng)毛刺。QQ削抖电路第四页，共五十五页。3§7.3连续(liánxù)矩形脉冲波的产生矩形波发生器又称多谐振荡器。它可以由分立元件构成，也可以由集成电路(jíchéng-diànlù)构成，本节只讨论后一种电路。7.3.1环形(huánxínɡ)振荡器利用逻辑门电路的传输延迟时间，将奇数个与非门首尾相接，就可以构成一个简单的环形振荡器:&&&uo3uo2uo1第五页，共五十五页。4&&&321uo3uo2uo1设uo3

的初始状态为0:010101用波形图来表示(biǎoshì),则为:0tuo3优点:电路(diànlù)结构简单,所用元件少。缺点:频率(pínlǜ)太高,并且不可调整。第六页，共五十五页。5123RRS100CAuo1uouo2321uo3uo2uo1在原电路(diànlù)的基础上添加RC延时电路,便可以克服上图的不足:下面将结合它的工作波形说明(shuōmíng)其工作原理:第七页，共五十五页。60tuo0tuo20tuo10tuAUT假设(jiǎshè)：开始时uo=0电容上的电流(diànliú)，uA下降uA>UT时，uo不反转(fǎnzhuǎn)。123RRS100CAuo1uouo2010第八页，共五十五页。70tuo0tuo20tuo10tuAUT当uA=UT时，uo反转(fǎnzhuǎn)，uo1、uo2也一起反转。123RRS100CAuo1uouo2第九页，共五十五页。80tuo0tuo20tuo10tuAUT由于(yóuyú)电容电压不能突变,当uo1

发生下跳时,uA有一突变。U123RRS100CAuo1uouo2第十页，共五十五页。90tuo0tuo20tuo10tuAUTUt1

后，uo2>uo1，电容(diànróng)反向充电,uA上升。只要(zhǐyào)uA<UT，uo就不反转。t1123RRS100CAuo1uouo2第十一页，共五十五页。100tuo0tuo20tuo10tuAUTU当uA=UT时(t2)，uo、uo1、uo2再次(zàicì)反转。t2123RRS100CAuo1uouo2第十二页，共五十五页。110tuo0tuo20tuo10tuAUTU由于uo1上跳，电容电压不能突变，所以(suǒyǐ)uA上跳，然后uA开始下降

电流方向123RRS100CAuo1uouo2第十三页，共五十五页。12T0tuo0tuo20tuo10tuAUTU输出信号(xìnhào)的周期近似为:T=2.2RC123RRS100CAuo1uouo2第十四页，共五十五页。137.3.2RC耦合式振荡器12R1R2C1C2uR2uR1uo2uo112R1R2C1C2uR2uR1uo2uo10t0t0t0tuo1uR1uR2uo2UTUT波形(bōxínɡ)请自行分析第十五页，共五十五页。14这个电路(diànlù)有两个缺点:一是不容易(róngyì)起振;二是电路振荡频率的稳定(wěndìng)性较差,容易受温度、元件性能、电源波动等因素的影响。(a)12R1R2C1C2uo2uo1(b)为便于起振,将两个电阻改接成如图(b)示,只要适当选择它们的大小,使两个与非门的静态工作点均处于放大区,起振便比较容易.12R1R2C1C2uR2uR1uo2uo1第十六页，共五十五页。1512R1R2C1C2uo石英晶体(c)石英晶体振荡器常用作数字(shùzì)系统的基准信号.为获得稳定的振荡频率,可在振荡电路(zhèndànɡdiànlù)中串接石英晶体,组成石英晶体振荡器,如图(c)所示.12R1R2C1C2uR2uR1uo2uo112R1R2C1C2uo2uo1(a)(b)第十七页，共五十五页。16§7.4单稳态触发器单稳态触发器简称(jiǎnchēng)单稳。它的突出特点是:输出端只有一个稳定状态,另一个状态则是暂稳态.加入(jiārù)触发信号后,它可以由稳定状态转入暂稳态,但是,经过一定时间以后,它又会自动返回原来的稳定状态。稳定状态稳定状态暂稳态由外界触发自动返回学习的重点:为什么会自动返回?需多少时间?第十八页，共五十五页。177.4.1积分型单稳态触发器的工作(gōngzuò)原理uo1uo2RC12uiA0tuiuo1uAuo20t0t0tt1当ui

发生(fāshēng)正跳变后,uo1跟着负跳变;但uA不能突变，uo2立即下跳。在ui正脉冲(màichōng)到来以前，uo1是高电平，uo2是高电平。第十九页，共五十五页。180tuiuo1uAuo20t0t0tt1uo1下跳后，C放电(fàngdiàn)，uA下降。UTuA=UT时，uo2上跳。之后(zhīhòu)uA继续下降。uo1uo2RC12uiAUi正脉冲过后(guòhòu)，uo2随后恢复高电平。第二十页，共五十五页。190tuiuo1uAuo20t0t0tt1UTuo1uo2RC12uiAW在ui合理的配合下，单稳态触发器输出脉冲（uo2）的宽度W，取决于电容的放电速度。即R、C参数(cānshù)的大小。第二十一页，共五十五页。20uA0tUTuo20t0tuiuo10tt1t3

回答(huídá):有!…...讨论:对

uA

的放电快慢有无约束?t2若的C放电速度太慢，在t1

~t3

期间,uA>UT

,则uo2

低电平宽度不再受RC的控制。必须改进(gǎijìn)电路!0111uo1uo2RC12uiA第二十二页，共五十五页。21(a)uo1uo2RC12uiA&ui,34uo4(b)具体(jùtǐ)原理请参见有关教材。uo1uo2RC12uiA第二十三页，共五十五页。227.4.2集成单稳组件(zǔjiàn)介绍它的管脚图和功能表见下页:集成化单稳组件的类型很多,以下以74LS123为例,作为介绍(jièshào)对象。74LS123包括两个独立的单稳,各管脚以字头1、2相区别。单稳输出脉冲的宽度，主要由外接的定时电阻(RT

)和定时电容(CT

)决定。单稳的翻转时刻决定于A、B、CLR三个输入相与的结果，具体(jùtǐ)参见它的功能表。第二十四页，共五十五页。2391615141312111024365781CLRCLRQQQQ2B2A1B1A2Q1Q1Q2Q1CLR2CLR1CT2CTVCCGND2RT/CT1RT/CT74LS123管脚图第二十五页，共五十五页。24CLRABQQ说明000000011111111稳态触发74LS123功能表第二十六页，共五十五页。2574LS123输出脉冲(màichōng)的宽度有三种控制方法:1.基本脉冲宽度由外接电阻(RT

)、电容(diànróng)(CT

)决定，当CT

>1000PF时，脉宽tW

应为：tW

=0.45RT

CT

2.在清零端(CLR

)加清0负脉冲,可提前终止(zhōngzhǐ)输出脉冲,如下图所示:tWCLRQ单位：RT:k、CT:Pf、tW:nS第二十七页，共五十五页。263.通过在A端或B端加再触发脉冲(màichōng),可使输出脉冲(màichōng)的宽度加宽:tWtWBQ由于这种单稳可以通过加再触发脉冲增大输出脉冲的宽度(kuāndù),所以,它被称为可再触发式单稳。第二十八页，共五十五页。277.4.3单稳态触发器的应用(yìngyòng)单稳的应用多种多样,如:整形(zhěngxíng)、延时控制、定时顺序控制等等。例如(lìrú)“延时控制”利用单稳可以取得延时作用,延长的时间可以通过R、C调节。请看下例:第二十九页，共五十五页。28QAQCQBQDCPCLRRS0S1QAQCQBQDCPCLRRABCDEFGH74LS194(1)74LS194(2)R2C2AQ2R1C1AQ1B+5V移位(yíwèi)输入DW1DW2时钟(shízhōng)S1S0第三十页，共五十五页。29CPABCDEFGHQ1Q2t0t1t2t3用波形图表示(biǎoshì)如下:第三十一页，共五十五页。30CPABCDEFGHQ1Q2t0t1t2t3用波形图表示(biǎoshì)如下:移位(yíwèi)寄存器清零H灯上升沿触发Q1Q1的下降沿触发Q2移位(yíwèi)寄存器串行输入为1循环重新开始第三十二页，共五十五页。31§7.5555定时器的原理(yuánlǐ)和应用

555定时器是将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。它使用方便,带负载能力(nénglì)较强,目前得到了非常广泛的应用。7.5.1555定时器的工作(gōngzuò)原理

555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:A1、A2

;一个RS触发器;一个反相器和一个晶体管T等。具体的结构见后图。第三十三页，共五十五页。32RSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR第三十四页，共五十五页。33RSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDuoRD87645321RRR12345678555VCCDTHCOGNDTRUoRD电源放电阈值电控压制地触发输出复位电源电压范围:4.5V~18V管脚图第三十五页，共五十五页。34CORSQQ++--A1A2VCCTHTRDTuoRD87645321RRR三个电阻(diànzǔ)构成的分压器给两个比较器提供基准电压:A1

的为2VCC

/3,A2

的为VCC

/3。首先讨论上图中彩色部分(bùfen)的电路的工作原理。第三十六页，共五十五页。35101000阈值端触发端THTRRS比较的结果2VCC

/3小于2VCC

/3小于VCC

/3大于VCC

/3小于VCC

/3大于大于2VCC

/3SR++--A1A2VCCTHCOTR876521RRR阈值(yùzhí)端触发(chùfā)端第三十七页，共五十五页。36RSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR晶体管TRSQuo100100保持0110保持保持导通截止RSQ1001000101保持保持Q11禁止禁止RS触发器功能表附录(fùlù):第三十八页，共五十五页。37综合以上的分析结果(jiēguǒ),便可得到555的功能表:阈值端触发端THTR2VCC

/3VCC

/3大于大于2VCC/32VCC/3VCC

/3VCC/3小于小于小于大于保持保持RD晶体管Tuo0111001导通导通截止RSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDuoRD87645321RRR第三十九页，共五十五页。387.5.2555定时器的应用(yìngyòng)(1)双稳态触发器:微电机起动(qǐdònɡ)停车控制电路。4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微电机555S1:起动(qǐdònɡ)按钮S2:停车按钮555定时器应用范围非常广泛，可以做单稳、双稳、多谐震荡器、施密特触发器等。下面举例说明：第四十页，共五十五页。394816235S2S1RRCVCCTHTRM微电机555uo阈值端触发端THTR大于大于小于小于小于大于保持保持RD晶体管Tuo0111001导通导通截止VCC

/32VCC

/3VCC

/32VCC

/32VCC

/3VCC

/3仅按下起动(qǐdònɡ)按钮

S1

,则TR

<VCC/3;未按S2,

当然TH

<2VCC

/3,故uo

=1,电机转动。即使放开S1

,TR>VCC

/3,TH

<2VCC

/3,uo

保持(bǎochí)为1,电机继续转动。

如果(rúguǒ)仅按下按钮

S2

,TH

>2VCC

/3,未按S1,当然TR

>VCC

/3,这时uo

=0,电机停止运行。

如果松开S2,电机仍不转动。第四十一页，共五十五页。40(2)单稳态触发器:洗相曝光(bàoguāng)定时器48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS若S打开(dǎkāi),则ui

=1;若S合上,则ui

=0。0t0t0tuiuCTuo2VCC

/3TW第四十二页，共五十五页。41若S打开,则ui

=1;若S合上,则ui

=0。接通电源后，设按钮S处于打开状态,电容(diànróng)已充电至稳态。则：依前分析可知：此时uo

=0,555内的晶体管T导通,电容CT被短路(duǎnlù),TH<2VCC/3、TR>VCC/3。Uo保持0状态。48162357uouiVCCRRTCTDTHTRSTR>VCC

/3TR>VCC/3。第四十三页，共五十五页。42若S打开,则ui

=1;若S合上,则ui

=0。0tuiuo=0,555内的管T导通,电容(diànróng)

CT被短路。0tuCT2VCC/30tuo48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS第四十四页，共五十五页。430tuiS按下时,TR

<VCC

/3,已有TH

<2VCC

/3,故uo

=1。此时(cǐshí)555内的晶体管T截止,CT

将充电。只要uCT

未充至2VCC

/3,uo=1

的状态不会改变。0tuo0tuCT2VCC/348162357uouiVCCRRTCTDTHTRS第四十五页，共五十五页。44一旦uCT>2VCC/3,且按钮已松开，TR>VCC

/3,则uo=0;555内的晶体管T也由截止(jiézhǐ)变成导通,电容CT迅速放电而变成0V。0tui0tuCT2VCC

/30tuo48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS第四十六页，共五十五页。450tui0tuCT2VCC/30tuo由以上过程可以看出:按钮每按动一次,uo便输出一个(yīɡè)正脉冲,其宽度TW

由RTCT决定。TW48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS第四十七页，共五十五页。4648162357uouiVCCRRTCTDTHTRSJJ~红白D1D2按一次按钮

S未按uo0J的线圈不通电J的结点不动作红灯白灯亮灭1通电闭合亮灭红灯亮的时间(shíjiān)即为曝光时间(shíjiān)

TWTW=1.1RT

CT第四十八页，共五十五页。47(3)多谐振荡器:简易(jiǎnyì)电子琴电路48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCCuC0tVCC

/32VCC

/3首先说明(shuōmíng)如何用555定时器构成多谐振荡器:0tuo输出波形第四十九页，共五十五页。48设电容(diànróng)C原先未充电,故TH=TR<VCC/3,此时uo

=1,555内的晶体管T截止,电源通过R1

和R2

对电容C充电。uC0tVCC

/32VCC

/30tuo在uC没有(méiyǒu)充电到2VCC/3之前,uo

保持

1不变。48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC第五十页，共五十五页。49uC0tVCC

/32VCC

/30tuou