第五章脈沖信號的產(chǎn)生與整形

1、第五章第五章 脈沖信號的產(chǎn)生與整形脈沖信號的產(chǎn)生與整形5.1 概述5.2 單脈沖的產(chǎn)生5.3 多諧振蕩器5.4 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器5.5 555定時器及其應(yīng)用5.1 概述概述數(shù)字電路區(qū)別于模擬電路的主要特點之?dāng)?shù)字電路區(qū)別于模擬電路的主要特點之 一是一是：它的工作信號是離散時間的脈沖信號。它的工作信號是離散時間的脈沖信號。最常用的脈沖信號是方波最常用的脈沖信號是方波(矩形波矩形波)。如何產(chǎn)。如何產(chǎn)生方波以及對不理想的方波如何整形，是本生方波以及對不理想的方波如何整形，是本章討論的重點。章討論的重點。5.2 單脈沖的產(chǎn)生單脈沖的產(chǎn)生+vccfs 按鈕按放一次，便產(chǎn)生一個單脈沖。按鈕按放一次，便產(chǎn)生一個單

2、脈沖。 但是，由于按鈕但是，由于按鈕 s 機械動作經(jīng)常伴有抖動現(xiàn)象，機械動作經(jīng)常伴有抖動現(xiàn)象，使得輸出的方波很不理想，毛刺很大。這樣的方波使得輸出的方波很不理想，毛刺很大。這樣的方波用到數(shù)字系統(tǒng)中很容易引起誤動作。因此，這個電用到數(shù)字系統(tǒng)中很容易引起誤動作。因此，這個電路沒有實用價值。路沒有實用價值。不按按鈕時，不按按鈕時，q0； 按下按鈕時，鎖定器翻轉(zhuǎn)，按下按鈕時，鎖定器翻轉(zhuǎn)，q1；松開按鈕后，回到松開按鈕后，回到q0?？梢姡嚎梢姡喊粹o動作一次，按鈕動作一次，q端就端就輸出輸出一個正脈沖。一個正脈沖。qq工作原理：工作原理：&s5vqq改進(jìn)的單脈改進(jìn)的單脈沖發(fā)生電路沖發(fā)生電路5.3 多諧振蕩

3、器多諧振蕩器多諧振蕩器多諧振蕩器,它可以由分立元件構(gòu)成，也它可以由分立元件構(gòu)成，也可以由集成電路構(gòu)成，本節(jié)只討論由集成電路可以由集成電路構(gòu)成，本節(jié)只討論由集成電路構(gòu)成多諧振蕩器。構(gòu)成多諧振蕩器。5.3.1 環(huán)形振蕩器環(huán)形振蕩器利用邏輯門電路的傳輸延遲時間，將奇數(shù)利用邏輯門電路的傳輸延遲時間，將奇數(shù)個與非門首尾相接，就可以構(gòu)成一個簡單的環(huán)個與非門首尾相接，就可以構(gòu)成一個簡單的環(huán)形振蕩器形振蕩器:&321uo3uo2uo1設(shè)設(shè) uo3 的初始的初始狀態(tài)為狀態(tài)為 0:010101用波形圖來表示用波形圖來表示uo3 ，則為：，則為：0tuo3優(yōu)點優(yōu)點: 電路結(jié)構(gòu)簡單，所用元件少。電路結(jié)構(gòu)簡單，所用元件

4、少。缺點缺點: 頻率太高，并且不可調(diào)整。頻率太高，并且不可調(diào)整。&321uo3uo2uo1工作原理：工作原理：01100改進(jìn)方法：改進(jìn)方法：在原電路的基礎(chǔ)上添加在原電路的基礎(chǔ)上添加 rc 延時電路延時電路，便，便可以克服上圖的不足。可以克服上圖的不足。&321uo3uo2uo1a123rrs100 cuo1uouo2工作原理工作原理a123rrs100 cuo1uouo2t0tuo0tuo20tuo10utu110110001uaa123rrs100 cuo1uouo2t輸出信號的周期輸出信號的周期近似為近似為:t = 2.2 rct0tuo0tuo20tuo10uaut5.3.2 rc 耦合

5、式振蕩器耦合式振蕩器0t0t0t0tuo1ur1ur2uo2ututr212r1c2c1ur2ur1uo2uo112r1r2c1c2ur2ur1uo2uo1 微分電路微分電路該電路有兩個缺點該電路有兩個缺點:1. 不容易起振不容易起振;2. 電路振蕩頻率的穩(wěn)定電路振蕩頻率的穩(wěn)定 性較性較差差,容易受溫度、元件性能、容易受溫度、元件性能、電源波動等因素的影響。電源波動等因素的影響。為便于起振，將兩個電為便于起振，將兩個電 阻阻改接成如圖改接成如圖( b)示。示。( a )r212r1c2c1ur2ur1uo2uo112r1r2c2c1uo2uo1( b)只要適當(dāng)選擇它們的大小，只要適當(dāng)選擇它們的

6、大小，使兩個與非門的靜態(tài)工作使兩個與非門的靜態(tài)工作點均處于轉(zhuǎn)移特性的中點，點均處于轉(zhuǎn)移特性的中點，起振便比較容易。起振便比較容易。( a )r212r1c2c1ur2ur1uo2uo112r1r2c2c1uo2uo1( b)為獲得穩(wěn)定的振蕩頻率為獲得穩(wěn)定的振蕩頻率, 可在振蕩電路中串接石英可在振蕩電路中串接石英晶體，組成石英晶體振蕩晶體，組成石英晶體振蕩器，如圖器，如圖( c )所示。所示。12r1r2c2c1uo石英晶體石英晶體( c)石英晶體的化學(xué)成分是石英晶體的化學(xué)成分是sio2 ,晶格結(jié)構(gòu)為各向異性，是晶格結(jié)構(gòu)為各向異性，是一種具有一種具有壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)的晶體。由石英晶體的阻抗與頻率

7、特的晶體。由石英晶體的阻抗與頻率特性曲線可見石英晶體的性曲線可見石英晶體的 選頻特性很好。選頻特性很好。fxx0感性感性xut ,在圖中所示的情況下，在圖中所示的情況下， uo2 的上升邊將由的上升邊將由ui的下降邊的下降邊控制，故必須改進(jìn)電路控制，故必須改進(jìn)電路!( a )auo1uo2rc12ui( b )uo1uo2rc12uia&ui34uo4 uo1uo2rc12uia&ui34uo4 01001110101101015.4.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用單穩(wěn)的應(yīng)用多種多樣，如：整形、延時控制、單穩(wěn)的應(yīng)用多種多樣，如：整形、延時控制、定時順序控制等等。例如定時順序控制等等。

8、例如“ 延時控制延時控制 ”: qaqcqbqdcpclrrs0s1abcdefgh74ls194 ( 1 )r2c2aq2r1c1aq1b+ 5v移位輸入移位輸入dw1dw2時鐘時鐘qaqcqbqdcpclrrs0s174ls194 ( 1 )r1、c1 、 r2、c2用于調(diào)節(jié)用于調(diào)節(jié)延長的時間。延長的時間。cpabcdefghq1q2t1t0t2t3用波形圖表示如下用波形圖表示如下:移位寄存移位寄存器清零器清零h燈上升燈上升沿觸發(fā)沿觸發(fā)q1q1的下降的下降沿觸發(fā)沿觸發(fā)q2移位寄存移位寄存器串行輸器串行輸入為入為1循環(huán)重循環(huán)重新開始新開始5.5 555定時器及其應(yīng)用定時器及其應(yīng)用555定時器

9、的特點：定時器的特點：是將模擬電路和數(shù)字電路集成是將模擬電路和數(shù)字電路集成于于 一體的電子器件。它使用方便，帶負(fù)載能力較一體的電子器件。它使用方便，帶負(fù)載能力較強，目前得到了非常廣泛的應(yīng)用。強，目前得到了非常廣泛的應(yīng)用。5.5.1 555定時器的工作原理定時器的工作原理首先介紹首先介紹555定時器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)。定時器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)。555定時器的內(nèi)部電路包括以下幾部分定時器的內(nèi)部電路包括以下幾部分 ：（1） 一個由三個相等電阻組成的分壓器一個由三個相等電阻組成的分壓器;（2）兩個電壓比較器）兩個電壓比較器: a1、a2 ;（3）一個）一個 rs 觸發(fā)器觸發(fā)器;（4）一個反相器和一個晶體管）一

10、個反相器和一個晶體管t。rsqq+-a1a2vccthcotrdtuord87645321rrr555定時器的內(nèi)部電路圖定時器的內(nèi)部電路圖rsqq+-a1a2vccthcotrdtuord87645321rrr555定時器的內(nèi)部電路圖定時器的內(nèi)部電路圖12345678555vccd th cognd truord電電源源放放電電閾閾值值電控電控壓制壓制地地觸觸發(fā)發(fā)輸輸出出復(fù)復(fù)位位電源電壓范圍電源電壓范圍:4.5v 18v 三個電阻構(gòu)三個電阻構(gòu)成的分壓器給成的分壓器給 兩兩個比較器提供個比較器提供基基準(zhǔn)電壓準(zhǔn)電壓: a1 的為的為 2vcc / 3 , a2 的為的為 vcc / 3 。rsqq

11、+-a1a2vccthcotrdtuord87645321rrr閾值端閾值端觸發(fā)端觸發(fā)端rsq1001000101保持保持 保持保持q11禁止禁止禁止禁止rs 觸發(fā)器功能表觸發(fā)器功能表101000閾值端閾值端觸發(fā)端觸發(fā)端thtrrs比較的結(jié)果比較的結(jié)果2vcc / 3vcc / 3vcc / 32vcc / 3tquo保持保持0110保持保持 保持保持導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止rd閾值端閾值端觸發(fā)端觸發(fā)端thtrvcc / 32vcc / 32vcc / 3vcc / 3保持保持保持保持rd晶體管晶體管tuo0111001導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止rsqq+-a1a2vccthcotrdtuord8764

12、5321rrr555的的功功能能表表vcc / 32vcc / 3例例1：多諧振蕩器多諧振蕩器 4816235cvccuo5557thtrvcc / 32vcc / 35.5.2 555定時器的應(yīng)用定時器的應(yīng)用例例2： 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器: 微電機起動停車控制電路。微電機起動停車控制電路。s1 : 起動按鈕起動按鈕s2 : 停車按鈕停車按鈕4816235s2s1rrcvccthtruom微電機微電機555按下啟動按鈕按下啟動按鈕 s1（未按（未按 s2） 即使放開即使放開 s1 , utr 、uth仍滿足上仍滿足上述條件，電機繼續(xù)轉(zhuǎn)動述條件，電機繼續(xù)轉(zhuǎn)動 。這時如果松開這時如果松開 s2

13、 , 電機仍電機仍不轉(zhuǎn)動不轉(zhuǎn)動 。4816235s2s1rrcvccthtruom微電機微電機555啟動過程：啟動過程：停車過程：停車過程：32,3ccthcctrvuvu故故 uo=1 , 電機轉(zhuǎn)動電機轉(zhuǎn)動 。按下停車按鈕按下停車按鈕 s2（未按（未按 s1） 32,3ccthcctrvuvu故故 uo=0 , 電機停轉(zhuǎn)。電機停轉(zhuǎn)。例例2： 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器: 微電機起動停車控制電路改進(jìn)。微電機起動停車控制電路改進(jìn)。s1 : 起動按鈕起動按鈕s2 : 停車按鈕停車按鈕4816235s2s1rrcvccthtruom微電機微電機555例例3： 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器: 洗相曝光定時器

14、。洗相曝光定時器。若若s打開打開 。 輸出總為輸出總為048162357uouivccrrtctdthtrs32ccv0t0tuctuo若合閘時輸出為若合閘時輸出為 0，將保持，將保持0若合閘時輸出為若合閘時輸出為 1，輸出會自動回到零輸出會自動回到零32ccv0t0tuctuoui0t48162357uouivccrrtctdthtrs由以上分析可以看出：由以上分析可以看出： 按鈕每按動一次，按鈕每按動一次，uo 便輸出一個正脈沖便輸出一個正脈沖,其其寬度寬度 tw 由由 rt ct 決決定定 。按下按下s 自動返回自動返回 jj紅紅白白d1d248162357uouivccrrtctdth

15、trs洗相曝光定時器洗相曝光定時器按一下按一下按鈕按鈕 s未按未按uo0j的線圈的線圈不通電不通電j 的接點的接點不動作不動作紅燈紅燈 白燈白燈亮亮滅滅1通電通電閉合閉合亮亮滅滅白燈亮的時間即為曝光時間白燈亮的時間即為曝光時間 tw 。tw = 1.1 rt ct按著按著s忘了松手忘了松手,會怎麼樣會怎麼樣?例例4： 多諧振蕩器多諧振蕩器: 簡易電子琴電路簡易電子琴電路0tuouc0t前面例前面例1已說明了如何用已說明了如何用555 定時器構(gòu)成定時器構(gòu)成多諧振蕩器多諧振蕩器:3ccv32ccv48162357r1r2cuc555dthtruovcc 設(shè)電容設(shè)電容c 原先未充電原先未充電, 故故 uth =utr 2vcc /3 , 立即立即 uo = 0 , 同時同時555內(nèi)的管內(nèi)的管 t 導(dǎo)通，電容導(dǎo)通，電容 c 經(jīng)經(jīng) r2 7#管腳管腳 t 1#管腳管腳放電一直至放電一直至vcc /3，使得使得uo 回到回到 1 ，進(jìn)入循環(huán)，進(jìn)入循環(huán) . .3ccv32ccvt0uouc0t48162357r1r