數字電子信號 第6章

1、中北大學中北大學 Digital Electronics TechnologyNORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA2第 6 章脈沖信號的產生與整形6.16.1 概述概述6.26.2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器6.36.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.46.4 多諧振蕩器多諧振蕩器NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA主要要求：主要要求： 理解用于脈沖信號整形的施密特觸發(fā)器和理解用于脈沖信號整形的施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理及應用。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理及應用。了解

2、多諧振蕩器的工作原理。了解多諧振蕩器的工作原理。6.16.1概概 述述第 6 章脈沖信號的產生與整形理解理解555555定時器的工作原理及應用方法。定時器的工作原理及應用方法。NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA什么叫脈沖信號？什么叫脈沖信號？ 脈沖信號是指短時間內突變，且在很短的時間內復原的信號。脈沖信號是指短時間內突變，且在很短的時間內復原的信號。凡是不具有連續(xù)正弦波形的信號，都可以稱為脈沖信號。凡是不具有連續(xù)正弦波形的信號，都可以稱為脈沖信號。 在數字電路中，最常使用的脈沖信號是矩形脈沖，也稱為矩形在數字電路中，最常使用的脈

3、沖信號是矩形脈沖，也稱為矩形波。時序邏輯電路中的時鐘信號即是矩形脈沖。波。時序邏輯電路中的時鐘信號即是矩形脈沖。脈沖周期脈沖周期T兩個相鄰脈沖的時間間隔。兩個相鄰脈沖的時間間隔。脈沖幅度脈沖幅度Um脈沖電壓的最大變化幅度。脈沖電壓的最大變化幅度。脈沖寬度脈沖寬度tW從脈沖上升沿從脈沖上升沿0.5起至脈沖下降沿起至脈沖下降沿0.5為止的一為止的一 段時間。段時間。上升時間上升時間tr脈沖上升沿從脈沖上升沿從0.1上升到上升到0.9所需要的時間。所需要的時間。下降時間下降時間tf脈沖下降沿從脈沖下降沿從0.9下降到下降到0.1所需要的時間。所需要的時間。占空比占空比q= tW /T，通常，通常q用

4、百分比表示，如果用百分比表示，如果q =50%，則稱，則稱 為對稱方波。為對稱方波。實際的矩形脈沖實際的矩形脈沖NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA 常用的有施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。常用的有施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。 脈沖信號產生與整形的方法脈沖信號產生與整形的方法 獲取脈沖信獲取脈沖信號的方法號的方法 脈沖信號產生與脈沖信號產生與整形電路整形電路的實現的實現是一種多用途集成電路，只要外接少量阻容是一種多用途集成電路，只要外接少量阻容元件就可構成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多元件就可構成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器

5、等，使用方便、靈活，應用廣泛。諧振蕩器等，使用方便、靈活，應用廣泛。 用多諧振蕩器直接產生。用多諧振蕩器直接產生。 用用整形電路整形電路對已有波形進行整形、變換。對已有波形進行整形、變換。 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器主要用以主要用以將緩慢變化將緩慢變化或快速變化的或快速變化的非矩形脈沖變換非矩形脈沖變換成陡峭的矩形脈沖。成陡峭的矩形脈沖。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 主要用以將寬度不符合要求的脈主要用以將寬度不符合要求的脈沖變換成符合要求的矩形脈沖。沖變換成符合要求的矩形脈沖。用門電路構成。用門電路構成。 用專用的集成電路。用專用的集成電路。 用用 555 定時器定時器構成。構成。 第 6 章脈沖信

6、號的產生與整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA 施密特觸發(fā)器是把施密特觸發(fā)器是把非脈沖信號或非標準幅值的脈沖信號非脈沖信號或非標準幅值的脈沖信號轉換為轉換為標準幅值的脈沖信號。標準幅值的脈沖信號。 即：輸入可以是模擬信號，也可以幅值不規(guī)則的脈沖信號，輸即：輸入可以是模擬信號，也可以幅值不規(guī)則的脈沖信號，輸出是數字電路標準的高、低電平。出是數字電路標準的高、低電平。 施密特觸發(fā)器也是一種施密特觸發(fā)器也是一種雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，與滯回比較器相類似。，與滯回比較器相類似。不同的是其輸出標準的高低電平，對于不同的是其輸出標準的高

7、低電平，對于TTLTTL電路高電平就是電路高電平就是3V3V以上，以上，低電平是零點幾伏；對于低電平是零點幾伏；對于CMOSCMOS電路，高電平就是電路，高電平就是V VDDDD，低電平就是低電平就是0V0V。6.26.2施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器 Schmitt TriggerNORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINAUOLUOH( (一一) ) 施密特觸發(fā)器的特性和符號施密特觸發(fā)器的特性和符號 UT =UT+ - - UT- -回差電壓回差電壓施密特觸發(fā)施密特觸發(fā)器工作特點器工作特點 ( (1) )允許輸入允許輸入信號為信號為緩慢變化

8、緩慢變化的信號。的信號。 ( (2) )有有兩個閾值兩個閾值電壓。電壓。 ( (3) )有兩個穩(wěn)態(tài)。有兩個穩(wěn)態(tài)。 UT+OuOuIUT- -上限閾值電壓上限閾值電壓下限閾值電壓下限閾值電壓 當當 uI 從小增大時，從小增大時，經過經過 UT+ 處才能使輸處才能使輸出發(fā)生躍變。出發(fā)生躍變。 當當uI從大減小從大減小時，經過時，經過UT- -處才能處才能使輸出發(fā)生躍變。使輸出發(fā)生躍變。UOLUOHUT+OuOuIUT- -uOuI具有施密特特具有施密特特性的與非門符號性的與非門符號第 6 章脈沖信號的產生與整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHIN

9、ACHINA(1)(1)初始狀態(tài)初始狀態(tài) 當當 時，時，G1G1關閉，輸出高電平關閉，輸出高電平V VDDDD；G2G2開通，輸出低電平開通，輸出低電平0 V0 V。I0 Vu (2)(2)電路狀態(tài)的一次翻轉電路狀態(tài)的一次翻轉 上上 輸入輸入u uI I增大時增大時，Iu也隨之增大也隨之增大 2II12RuuRR O1OLuUO2uOHDDUV0 0 V V；G G2 2關閉關閉，輸出輸出。2ITHT12RuUURR 121TTHTH221RRRUUURR當當u uI I由高電平下降時，發(fā)生另外一次翻轉。由高電平下降時，發(fā)生另外一次翻轉。注：注：R1R1、R2R2取值可改變上下限閾值電壓值，但

10、一定要取值可改變上下限閾值電壓值，但一定要R1R1R2R2，否則電路無法正常工作。否則電路無法正常工作。（二）門電路構成的施密特觸發(fā)器（二）門電路構成的施密特觸發(fā)器第第 6 6 章脈沖信號的產生與整形章脈沖信號的產生與整形G1G1、G2G2為二個為二個CMOSCMOS反相器，閾值電壓反相器，閾值電壓U UTHTH=V=VDDDD/2/2當輸入電壓上升到當輸入電壓上升到UTH時，時，G1工作在電壓傳輸特工作在電壓傳輸特性的轉折區(qū)性的轉折區(qū)( (即放大區(qū)即放大區(qū)) )，這時的微小增大就會，這時的微小增大就會使電路產生反饋過程：使電路產生反饋過程：NORTH UNIVERSITY OF NORTH

11、UNIVERSITY OF CHINACHINA555 定時器簡介定時器簡介 555 定時器是一種結構簡單、使用方便靈活、用途定時器是一種結構簡單、使用方便靈活、用途廣泛的多功能電路。它電源電壓范圍寬廣泛的多功能電路。它電源電壓范圍寬( (雙極型雙極型 555 定定時器為時器為 5 16 V，CMOS 555 定時器為定時器為 3 18 V) )，可提可提供與供與 TTL 及及 CMOS 數字電路兼容的接口電平，還數字電路兼容的接口電平，還可輸可輸出一定功率出一定功率，驅動微電機、指示燈、揚聲器等。，驅動微電機、指示燈、揚聲器等。TTL 單定時器型號單定時器型號的最后的最后 3 位數字位數字為

12、為 555，雙定時，雙定時器的為器的為 556；CMOS 單定時器單定時器的最后的最后 4 位數位數為為 7555，雙定時器的為雙定時器的為 7556。 第第 6 6 章脈沖信號的產生與整形章脈沖信號的產生與整形（三）用（三）用 555 定時器組成施密特觸發(fā)器定時器組成施密特觸發(fā)器 NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA 集成集成555定時器是一種將模擬電路與數字電路的功定時器是一種將模擬電路與數字電路的功能巧妙結合在一起的多用途單片集成電路，有些書上把能巧妙結合在一起的多用途單片集成電路，有些書上把它描述為：模擬電路與數字電路的的

13、完美結合。它描述為：模擬電路與數字電路的的完美結合。 在其外部配接上少許阻容定時元件，便能構成多諧在其外部配接上少許阻容定時元件，便能構成多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器等多種應用電路。振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器等多種應用電路。電路結構電路結構電阻分壓器電阻分壓器兩個兩個CMOS比較器比較器一個基本一個基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器一個一個NMOS開關開關第第 6 6 章脈沖信號的產生與整形章脈沖信號的產生與整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA555 定時器的電路結構與符號定時器的電路結構與符號 C1C2G3QQG1G2R

14、SVR5 k 5 k 5 k UR1UR2GNDVCCRDOUTCO555THTRDIS電路符號電路符號627153843OUT輸出端輸出端 8VCC電源端電源端 4RD直接置直接置0 0端端 DIS 7放電端放電端 TH 6閾值輸入端閾值輸入端 TR 2觸發(fā)輸入端觸發(fā)輸入端 CO 5控制電壓輸入端控制電壓輸入端 GND1接地端接地端 集電極開路輸出端集電極開路輸出端UR1UR2構成構成電阻分電阻分壓器壓器，為比較器，為比較器 C1、C2 提供兩提供兩個參考電壓，個參考電壓，UR1 = 2/3VCC，UR2 = 1/3VCC。 輸出緩沖器輸出緩沖器OUT = Q構成構成基本基本 RS 觸發(fā)觸發(fā)

15、器器，決定電路輸出。，決定電路輸出。 放電管放電管，其輸入為，其輸入為Q，輸出為開路集電極。，輸出為開路集電極。Q構成構成電壓比電壓比較器較器，比較，比較 TH 與與 UR1 和和TR 與與 UR2 的大小。的大小。C1C2G3QQG1G2RSVR5 k 5 k 5 k UR1UR23OUT輸出端輸出端 8VCC電源端電源端 4RD直接置直接置0 0端端 DIS 7放電端放電端 TH 6TR 2CO 5控制電壓輸入端控制電壓輸入端 GND1接地端接地端 UR1UR2Q第 6 章脈沖信號的產生與整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHIN

16、A555 定時器的定時器的工作原理與邏輯功能工作原理與邏輯功能 101導通導通定時器定時器 5G555 的的功能表功能表 不變不變不變不變1截止截止11導通導通01導通導通00V 狀態(tài)狀態(tài)OUT = QRDTRTH輸輸 出出 輸輸 入入CC32V CC32V CC31V CC31V CC31V CC32V 直接置直接置 0 端端 RD 低電平有效，低電平有效，優(yōu)先級最高。優(yōu)先級最高。不用時應使其為不用時應使其為 1。第 6 章脈沖信號的產生與整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA不變不變不變不變1截止截止11導通導通01導通導通

17、00V 狀態(tài)狀態(tài)OUT = QRDTRTH輸輸 出出 輸輸 入入CC32V CC32V CC31V CC31V CC31V CC32V 定時器定時器 5G555 的的功能表功能表 01導通導通0110555 定時器的定時器的工作原理與邏輯功能工作原理與邏輯功能第 6 章脈沖信號的產生與整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA555 定時器的定時器的工作原理與邏輯功能工作原理與邏輯功能 不變不變不變不變1截止截止11導通導通01導通導通00V 狀態(tài)狀態(tài)OUT = QRDTRTH輸輸 出出 輸輸 入入CC32V CC32V CC31V

18、 CC31V CC31V CC32V 定時器定時器 5G555 的的功能表功能表 10截止截止1001第 6 章脈沖信號的產生與整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA555 定時器的定時器的工作原理與邏輯功能工作原理與邏輯功能 不變不變不變不變1截止截止11導通導通01導通導通00V 狀態(tài)狀態(tài)OUT = QRDTRTH輸輸 出出 輸輸 入入CC32V CC32V CC31V CC31V CC31V CC32V 定時器定時器 5G555 的的功能表功能表 11第 6 章脈沖信號的產生與整形NORTH UNIVERSITY OF N

19、ORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA簡化簡化功能表功能表 不變不變不變不變1截止截止11導通導通01導通導通00V 狀態(tài)狀態(tài)OUTRD輸輸 出出 輸輸 入入TRTHCC32V CC32V CC31V CC31V CC31V CC32V 使用要點使用要點 ( (1) ) RD 低電平有效低電平有效,優(yōu)先級最高，優(yōu)先級最高， 不用時應接高電平。不用時應接高電平。通常不用通常不用CO CO 端，為了提高電路工作穩(wěn)定性，將其通過端，為了提高電路工作穩(wěn)定性，將其通過 0.010.01 F F電容地。電容地。( (3) ) TR 低電平有效，低電平有效，TH 高電平高電平 有效，因此

20、，有效，因此，TH 加低電平、加低電平、 TR 加高電平時為非有效電加高電平時為非有效電 平，電路狀態(tài)不變。平，電路狀態(tài)不變。( (4) )輸出輸出 0 時，時，Q = 1，因此，因此 V 導通；輸出導通；輸出 1 時，時， Q = 0，故，故 V 截止。截止。( (5) )注意：注意： TH 電平高低是與電平高低是與 2/3VCC 相比較，相比較，TR 電平高低是與電平高低是與 1/3VCC 相比較。相比較。 若控制輸入端若控制輸入端 CO 加輸入電壓加輸入電壓 uCO ，則，則 UR1 = uCO UR2 = uCO/2，故，故 TH 和和 TR 電平高低的比較值將變成電平高低的比較值將變

21、成 uCO 和和 uCO/2。( (2) )TH 和和 TR 均為高電平時輸出均為高電平時輸出 0，均為低電平時輸出，均為低電平時輸出 1。第 6 章脈沖信號的產生與整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINANORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA0uOuIUOL1/3VCC2/3VCCUOH當當TH=TR=uI2/3VCC時時電壓傳輸特性為反相輸出的滯回特性電壓傳輸特性為反相輸出的滯回特性uIuO當當TH=TR=uI1/3VCC時時1/3VCC0當當1/3VCC TH=T

22、R=uI2/3VCC時時當當uI1/3VCC時時當當uI由高電平逐漸下降，由高電平逐漸下降，且且1/3VCC uI UT+ 后，后，uO = UOL,只有當只有當 uI下降到經過下降到經過 UT- - 時，時，uO 才會發(fā)生躍變。才會發(fā)生躍變。 uI 1/3 VCC) )。 當當 uC 2/3 VCC 時，滿足時，滿足TR = uI 1/3 VCC，TH = uc 2/3 VCC,因因此此 uO 為低電平，為低電平，V 導通，電容導通，電容 C 經放經放電管電管 V 迅速放電完畢，迅速放電完畢，uC 0 V。這時這時TR = UIH 1/3 VCC，TH = uC 0 2/3 VCC，uO 保

23、持保持低電平不變。因此，低電平不變。因此，穩(wěn)態(tài)時穩(wěn)態(tài)時 uC 0 V，uO 為低電平。為低電平。充電充電工作原理工作原理 導通導通放電放電VuCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC0VUOLUIH第 6 章脈沖信號的產生與整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA 2. 觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài) uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC當輸入當輸入 uI 由高電平躍變?yōu)榈碗娖接筛唠娖杰S變?yōu)榈碗娖? (應應 1/3 VCC ) )時，使時，使 TR =

24、 UIL1/3 VCC而而TH = uC 0 V 2/3 VCC，因此，因此 uO 躍變?yōu)檐S變?yōu)楦唠娖?，進入暫穩(wěn)態(tài)高電平，進入暫穩(wěn)態(tài)，這時放電管，這時放電管 V截止，截止，VCC 又經又經 R 向向 C 充電，充電，uC 上升上升。UILUOH充電充電第 6 章脈沖信號的產生與整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA 3. 自動返回穩(wěn)定狀態(tài)自動返回穩(wěn)定狀態(tài) uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC 2. 觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài) UIHUOL TH2/3 VCC放電放電V當輸入當輸入 u

25、I 由高電平躍變?yōu)榈碗娖接筛唠娖杰S變?yōu)榈碗娖? (應應 1/3 VCC) )時，使時，使 TR = UIL1/3 VCC 而而TH = uC 0 V 1/3 VCC ) )，因此，因此 uO 重新躍變重新躍變?yōu)榈碗娖?。為低電平。同時，放電管導通，同時，放電管導通，C 經經 V 迅速放電迅速放電 uC 0 V，放電完畢放電完畢后，電路返回穩(wěn)態(tài)。后，電路返回穩(wěn)態(tài)。第 6 章脈沖信號的產生與整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA 例例 用上述單穩(wěn)態(tài)電路輸出定時用上述單穩(wěn)態(tài)電路輸出定時時間為時間為1 s 的的正脈沖，正脈沖，R = 27

26、 k ，試確定定時元件試確定定時元件 C 的取值。的取值。 uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度 tW 即為暫穩(wěn)態(tài)維持時即為暫穩(wěn)態(tài)維持時間，主要取決于充放電元件間，主要取決于充放電元件 R、C。 該單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為不可重復觸發(fā)器，該單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為不可重復觸發(fā)器，且要求輸入脈寬且要求輸入脈寬 tWI 小于輸出脈寬小于輸出脈寬 tWO 。解：解：因為因為 tWO 1.1 RC故故可取標稱值可取標稱值 33 F。F33.7k271 . 1S11 . 1WO RtC估算公式估算公式 tWO 1.1 RC第 6 章脈沖信號的產生與整形NO

27、RTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA經過長距離傳輸后，脈沖信號的邊經過長距離傳輸后，脈沖信號的邊沿會變差或波形上疊加某些干擾，沿會變差或波形上疊加某些干擾，利用整形可使其變成符合要求的波形。利用整形可使其變成符合要求的波形。 ( (五五) ) 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應用舉例單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應用舉例 2. 脈沖定時脈沖定時 1. 脈沖整形脈沖整形 因此，利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以控制門因此，利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以控制門開通與否以及開通多長時間。開通與否以及開通多長時間。 uAuBuCuOG單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成的定時電路和工作波形單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成的定時電路和工作波

28、形uAuCuBuOuC 門的定時時間即為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間。門的定時時間即為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間。tW uC 為與門為與門 G 開通與否的控制信號。開通與否的控制信號。 uC = 1，門，門 G 開通，信號開通，信號 uB 通過門通過門 G 輸出；輸出； uC = 0，門，門 G 關閉，關閉，uB 不能輸出。不能輸出。 第 6 章脈沖信號的產生與整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINARI CX RX/CXQ+VCCuIRextCextQOuItOuOt脈脈沖沖展展寬寬電電路路和和工工作作波波形形3. 脈沖展寬脈

29、沖展寬 tW將窄脈沖展寬成將窄脈沖展寬成寬度為寬度為 tW 的脈沖的脈沖第 6 章脈沖信號的產生與整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA即距形脈沖產生電路，由于距形脈沖中即距形脈沖產生電路，由于距形脈沖中含有豐富的諧波分量，故常稱多諧振蕩器。含有豐富的諧波分量，故常稱多諧振蕩器。 ( (1) )不需輸入信號。不需輸入信號。( (2) )無穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個無穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)。 6.46.4 多諧振蕩器多諧振蕩器 ( (一一) ) 多諧振蕩器的工作特點和符號多諧振蕩器的工作特點和符號 通過電容的充電和放電，使兩個暫穩(wěn)

30、態(tài)相互交替，通過電容的充電和放電，使兩個暫穩(wěn)態(tài)相互交替，從而產生自激振蕩，輸出周期性的矩形脈沖信號。從而產生自激振蕩，輸出周期性的矩形脈沖信號。 GuO工作特點工作特點Astable Multivibrator第 6 章脈沖信號的產生與整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA（二）二） 用門電路組成的多諧振蕩器用門電路組成的多諧振蕩器 用門電路組成的多諧振蕩器的種類較多，有對稱式的、非對稱式的，還有環(huán)用門電路組成的多諧振蕩器的種類較多，有對稱式的、非對稱式的，還有環(huán)形振蕩器。它們共同的結構特點是由門電路、正反饋網絡和形振蕩器。它們

31、共同的結構特點是由門電路、正反饋網絡和RCRC延時環(huán)節(jié)三部分組延時環(huán)節(jié)三部分組成。門電路的作用是產生高、低電平；正反饋網絡可將輸出狀態(tài)恰當反饋給門電成。門電路的作用是產生高、低電平；正反饋網絡可將輸出狀態(tài)恰當反饋給門電路的輸入端，以改變輸出狀態(tài)；路的輸入端，以改變輸出狀態(tài)；RCRC延時環(huán)節(jié)決定振蕩頻率。下面以延時環(huán)節(jié)決定振蕩頻率。下面以CMOS CMOS 非門組成非門組成的非對稱式多諧振蕩器為例來說明。的非對稱式多諧振蕩器為例來說明。 由兩個由兩個CMOS非門和電阻、電容組成的多非門和電阻、電容組成的多諧振蕩器。諧振蕩器。R的選擇應使的選擇應使G1工作在電壓傳輸工作在電壓傳輸特性的轉折區(qū)。此時

32、，由于特性的轉折區(qū)。此時，由于uO1即為即為uI2，G2也工作在電壓傳輸特性的轉折區(qū)。也工作在電壓傳輸特性的轉折區(qū)。 NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINANORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINANORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA（三）（三）石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器 并聯型石英晶體多諧振蕩器并聯型石英晶體多諧振蕩器 串聯型石英晶體多諧振蕩器串聯型石英晶體多諧振蕩器NORTH UNIVERSITY

33、OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINAGNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01 FR1CuOuC- -+R2（四）用（四）用 555 555 定時器組成多諧振蕩器定時器組成多諧振蕩器 電路結構電路結構 DISVCCR1THTRGNDVCCRDCO0.01 FOUTuOCuC- -+R2第 6 章脈沖信號的產生與整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA工作原理、工作波形與周期估算工作原理、工作波形與周期估算 uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V 充電充電UOHT

34、H = TR = uC 很小很小接通接通 VCC 后后，開始時，開始時 TH = TR = uC 0 0，uO 為高電平，為高電平，放電管截止，放電管截止，VCC 經經 R1、R2 向向 C 充電，充電，uC 上升上升，這時，這時電電路路處于暫穩(wěn)態(tài)處于暫穩(wěn)態(tài)。 工作原理工作原理 第 6 章脈沖信號的產生與整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINAuCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V UOLTH = TR 2/3 VCC當當 uC 上升到上升到 TH = TR = uC 2/3 VCC 時，時，uO 躍變?yōu)榈碗?/p>

35、平，躍變?yōu)榈碗娖剑瑫r放電管同時放電管 V 導通，導通，C 經經 R2 和和 V 放電，放電，uC 下降下降，電路進入電路進入暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài) 。工作原理工作原理 接通接通 VCC 后后，開始時，開始時 TH = TR = uC 0，uO 為高電平，為高電平，放電管截止，放電管截止，VCC經經 R1、R2 向向 C 充電，充電，uC 上升上升，這時，這時電電路路處于暫穩(wěn)態(tài)處于暫穩(wěn)態(tài)。 放電放電第 6 章脈沖信號的產生與整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA當當 uC 下降到下降到 TH = TR = uC 1/3 VCC 時，時，

36、uO 重新躍變?yōu)楦唠娖街匦萝S變?yōu)楦唠娖?，同時，同時放電管放電管 V 截止，截止，C 又被又被充電，充電，uC 上升上升，電路又電路又返回到暫穩(wěn)態(tài)返回到暫穩(wěn)態(tài)。uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V TH=TR1/3VCC工作原理工作原理 當當 uC 上升到上升到 TH = TR = uC 2/3 VCC時，時，uO 躍變?yōu)榈碗娖?，躍變?yōu)榈碗娖?，同時放電管同時放電管 V 導通，導通，C 經經 R2 和和 V 放電，放電，uC 下降下降，電路進入電路進入暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài) 。接通接通 VCC 后后，開始時，開始時 TH = TR = uC 0 0，uO 為高電平，為高電平，放電管截

37、止，放電管截止，VCC 經經 R1、R2 向向 C 充電，充電，uC 上升上升，這時，這時電電路路處于暫穩(wěn)態(tài)處于暫穩(wěn)態(tài)。 第 6 章脈沖信號的產生與整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA電容電容 C 如此循環(huán)充電和放電，如此循環(huán)充電和放電，使電路產生振蕩，輸出矩形脈沖。使電路產生振蕩，輸出矩形脈沖。uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V 周期與占空比估算周期與占空比估算tWH 0.7 (R1 + R2)C tWL 0.7 R2CT = tWH + tWL 0.7 (R1 + 2R2)C2121 WH2RRR

38、RTtq 第 6 章脈沖信號的產生與整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINAGNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01 FR1C+R2RP1RP2 例例 指出右圖中指出右圖中控制揚聲器鳴響與否和控制揚聲器鳴響與否和調節(jié)音調高低的分別是調節(jié)音調高低的分別是哪個電位器？若原來無哪個電位器？若原來無聲，如何調節(jié)才能鳴響？聲，如何調節(jié)才能鳴響？欲提高音頻，又該如何欲提高音頻，又該如何調節(jié)？調節(jié)？解：解：R1、R2、RP1 和和 C 共同構成定時元件，因此調節(jié)共同構成定時元件，因此調節(jié) RP1 可調節(jié)音頻高低。可調節(jié)音頻高

39、低。欲提高音頻，則應減小欲提高音頻，則應減小 RP1 ，因此觸頭應下移。，因此觸頭應下移。RP2調節(jié)調節(jié) RP2 可控制可控制 RD 為為 0 或或 1，從而控制振蕩器工作與，從而控制振蕩器工作與否，因此能控制揚聲器鳴響與否。否，因此能控制揚聲器鳴響與否。調節(jié)調節(jié) RP2 使觸頭左移至適當位置，可使使觸頭左移至適當位置，可使 RD = 1，使，使揚聲器鳴響。揚聲器鳴響。RP1第 6 章脈沖信號的產生與整形NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA（五）五） 多諧振蕩器的應用多諧振蕩器的應用 NORTH UNIVERSITY OF NOR

40、TH UNIVERSITY OF CHINACHINA本本 章章 小小 結結1脈沖信號的產生與整形電路主要包括多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密脈沖信號的產生與整形電路主要包括多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器。多諧振蕩器用于產生脈沖信號，而單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器主特觸發(fā)器。多諧振蕩器用于產生脈沖信號，而單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器主要用于對波形進行整形和變換。要用于對波形進行整形和變換。2施密特觸發(fā)器有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，它的兩個穩(wěn)定狀態(tài)是靠兩個不同的輸入施密特觸發(fā)器有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，它的兩個穩(wěn)定狀態(tài)是靠兩個不同的輸入電平來維持的，因此具有回差特性。調節(jié)回差電壓的大小，可改變輸出脈沖的電平來維持的

41、，因此具有回差特性。調節(jié)回差電壓的大小，可改變輸出脈沖的寬度。寬度。3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個穩(wěn)定狀態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)。其輸出脈沖寬度只取決于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個穩(wěn)定狀態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)。其輸出脈沖寬度只取決于電路本身電路本身R, C定時元件的數值，與輸入信號沒有關系。輸入信號只起到觸發(fā)電定時元件的數值，與輸入信號沒有關系。輸入信號只起到觸發(fā)電路進入暫穩(wěn)態(tài)的作用。通過改變路進入暫穩(wěn)態(tài)的作用。通過改變R, C定時元件的參數值，可以調節(jié)輸出脈沖的定時元件的參數值，可以調節(jié)輸出脈沖的寬度。寬度。NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINAl4多諧振蕩器沒有穩(wěn)定

42、狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)間的相互轉多諧振蕩器沒有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)間的相互轉換完全靠電路本身電容的充電和放電自動完成。因此，多諧振蕩器換完全靠電路本身電容的充電和放電自動完成。因此，多諧振蕩器接通電源后就能輸出周期性的矩形脈沖。改變接通電源后就能輸出周期性的矩形脈沖。改變R、C定時元件數值的定時元件數值的大小，可調節(jié)振蕩頻率。在振蕩頻率穩(wěn)定度要求很高的情況下，可大小，可調節(jié)振蕩頻率。在振蕩頻率穩(wěn)定度要求很高的情況下，可采用石英晶體振蕩器。采用石英晶體振蕩器。l5555定時器是一種多用途的集成電路。只需外接少量阻容元件便定時器是一種多用途的集成電路。只需外接少量阻容元件便可以組

43、成多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。此外，它還可以組成多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。此外，它還可以組成其他各種實用電路。可以組成其他各種實用電路。NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA本節(jié)課復習：本節(jié)課復習：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特性是什么？單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特性是什么？單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用有哪些？單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用有哪些？由由555555定時器如何構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧定時器如何構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器？其工作原理？振蕩器？其工作原理？第第 6 6 章脈沖信號的產生與整形章脈沖信號的產生與整形NORTH UNIVERSITY

44、 OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA習題課習題課24.9 TTL邊沿觸發(fā)器電路如圖邊沿觸發(fā)器電路如圖P4.9所示，寫出所示，寫出Q1和和Q2的表的表達式。設初始狀態(tài)為達式。設初始狀態(tài)為0，并根據，并根據CP的波形畫出的波形畫出Q1和和Q2的的波形。波形。2nQJ 1K 1nnnQJQKQ1121nnnQQ Q1nDQ1nQD121nnQQNORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA習題課習題課24.10 邊沿觸發(fā)器電路如圖邊沿觸發(fā)器電路如圖P4.10所示，寫出所示，寫出Q1和和Q2的表達的表達式。設初始狀態(tài)

45、為式。設初始狀態(tài)為0，試根據，試根據CP和和D的波形畫出的波形畫出Q1和和Q2的波形。的波形。11nQD1nJKQ1nnnQJQKQ121212nnnnnQQ QQ QNORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA習題課習題課25.2 分析圖分析圖P5.2所示電路的邏輯功能所示電路的邏輯功能(觸發(fā)器為觸發(fā)器為TTL觸發(fā)器觸發(fā)器)。1020nnnQQ Q寫出電路的時鐘方程、驅動方程和狀態(tài)方程寫出電路的時鐘方程、驅動方程和狀態(tài)方程時鐘方程為時鐘方程為0CPCP10CPQ2CPCP驅動方程為驅動方程為02nJQ01K 111JK201nnJQ Q

46、21K 111nnQQ12012nnnnQQ Q Q狀態(tài)方程為狀態(tài)方程為(CP) (CP) ( ) 0Q1nnnQJQKQNORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA習題課習題課21020nnnQQ Q(CP) 111nnQQ12012nnnnQQ Q Q(CP) 0Q( ) NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA習題課習題課25.10 設計一個控制步進電動機用的三相六拍工作的邏輯電設計一個控制步進電動機用的三相六拍工作的邏輯電路。如果用路。如果用1表示線圈通電，表示線圈通電，

47、0表示線圈斷電，設正轉時表示線圈斷電，設正轉時控制輸入端控制輸入端M = 1，反轉時，反轉時M = 0，則三個線圈，則三個線圈ABC的狀的狀態(tài)轉換圖應如圖態(tài)轉換圖應如圖P5.10所示。所示。NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA習題課2NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA1nnnAMCMB習題課2NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA1nnnBMAMC1nnnCMBMA習題課2NORTH UNIVERSITY

48、 OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA檢查自啟動能力檢查自啟動能力 1nnnAMCMB1nnnBMAMC1nnnCMBMA將將M = 0時，時， 000、111代入狀態(tài)方程，得到代入狀態(tài)方程，得到 111、000。將將M = 1時，時， 000、111代入狀態(tài)方程，得到代入狀態(tài)方程，得到 111、000。因此電路不能自啟動。因此電路不能自啟動。 習題課習題課2NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA000111110M=0M=10001111101nn nn nn nn nCM ABM BCM ACM A

49、B 1nnnAMCMB1nnnBMAMCNORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA5.11 設計串行序列檢測器，該檢測器有一個輸入設計串行序列檢測器，該檢測器有一個輸入X，串行，串行輸入輸入0,1，當檢測器收到序列中連續(xù)出現，當檢測器收到序列中連續(xù)出現110時，檢測器時，檢測器輸出為輸出為1，否則輸出為，否則輸出為0。試求：。試求：（1）最簡）最簡Mealy型狀態(tài)轉換表或狀態(tài)轉換圖，電路的狀態(tài)型狀態(tài)轉換表或狀態(tài)轉換圖，電路的狀態(tài)方程及輸出方程；方程及輸出方程；（2）最簡）最簡Moore型狀態(tài)轉換表或狀態(tài)轉換圖，電路的狀態(tài)型狀態(tài)轉換表或狀

50、態(tài)轉換圖，電路的狀態(tài)方程及輸出方程。方程及輸出方程。 注：狀態(tài)編碼按自然二進制碼；注：狀態(tài)編碼按自然二進制碼； Mealy型電路：電路的輸出不僅是當前狀態(tài)的函數，還是輸型電路：電路的輸出不僅是當前狀態(tài)的函數，還是輸 入信號的函數。入信號的函數。Moore型電路：電路的輸出僅僅是當前狀態(tài)的函數。型電路：電路的輸出僅僅是當前狀態(tài)的函數。習題課習題課2NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA(1)建立原始狀態(tài) 該電路應該有一個輸入變量X和一個輸出變量Z，以及以下幾個狀態(tài)：S0初始狀態(tài)，沒有輸入1以前的狀態(tài)；S1輸入一個1以后的狀態(tài)；S2連續(xù)

51、輸入兩個1以后的狀態(tài)；S3連續(xù)輸入110以后的狀態(tài)；習題課2NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA（2 2）Mealy型狀態(tài)型狀態(tài)狀態(tài)轉換圖狀態(tài)轉換圖狀態(tài)化簡狀態(tài)化簡S0, S1, S2, S3的輸入、次態(tài)及輸的輸入、次態(tài)及輸出分別如圖所示。由左圖可以看出分別如圖所示。由左圖可以看出，出，S3, S0為等價狀態(tài)，可以合為等價狀態(tài)，可以合并為一個狀態(tài)，用并為一個狀態(tài)，用S0表示，其余表示，其余的沒有等價狀態(tài)，從而得到最小的沒有等價狀態(tài)，從而得到最小狀態(tài)表狀態(tài)表. 狀態(tài)分配狀態(tài)分配有有N = 3個獨立的狀態(tài)，選個獨立的狀態(tài)，選定觸發(fā)器的

52、個數定觸發(fā)器的個數n = 2，且，且令令S0 = 00, S1 = 01, S2 = 10NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA（3 3）Moore型狀態(tài)型狀態(tài)狀態(tài)轉換圖狀態(tài)轉換圖狀態(tài)化簡狀態(tài)化簡S0, S1, S2, S3的輸入、次態(tài)及輸的輸入、次態(tài)及輸出分別如圖所示。由左圖可以看出分別如圖所示。由左圖可以看出，沒有等價狀態(tài)，從而得到最出，沒有等價狀態(tài)，從而得到最小狀態(tài)表小狀態(tài)表. 狀態(tài)分配狀態(tài)分配有有N = 4個獨立的狀態(tài)，選定觸個獨立的狀態(tài)，選定觸發(fā)器的個數發(fā)器的個數n = 2，且令，且令S0 = 00, S1 = 01, S

53、2 = 10，S3 = 11 NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINAMealy型型110串行數據檢測器的功能仿真圖串行數據檢測器的功能仿真圖Moore型型110串行數據檢測器的功能仿真圖串行數據檢測器的功能仿真圖習題課習題課2NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA5.12 5.12 設計一個自動售飲料機的邏輯電路。它的投幣口每次設計一個自動售飲料機的邏輯電路。它的投幣口每次只能投幣一枚五角或一元的硬幣。投入一元五角錢硬幣只能投幣一枚五角或一元的硬幣。投入一元五角錢硬幣后機器自動給出一杯飲料；投入兩元（兩枚一元）硬幣后機器自動給出一杯飲料；投入兩元（兩枚一元）硬幣后，在給出飲料的同時找回一枚五角的硬幣。后，在給出飲料的同時找回一枚五角的硬幣。（1）邏輯賦值：取投幣信號為輸入邏輯變量，投入一枚）邏輯賦值：取投幣信號為輸入邏輯變量，投入一枚一元硬幣時用一元硬幣時用A=1表示，