第八章脈沖波形的變換與產(chǎn)生

1、汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 l 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)尤其是計(jì)算機(jī)中的重要組成部分，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)尤其是計(jì)算機(jī)中的重要組成部分，包括有只讀存儲(chǔ)器包括有只讀存儲(chǔ)器ROM和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM兩大類。兩大類。l 掌握掌握ROM和和RAM各自的特點(diǎn)與區(qū)別，以及它們所包含的各種類各自的特點(diǎn)與區(qū)別，以及它們所包含的各種類型存儲(chǔ)器。型存儲(chǔ)器。l 掌握存儲(chǔ)器中字、位、存儲(chǔ)容量、地址等概念。掌握存儲(chǔ)器中字、位、存儲(chǔ)容量、地址等概念。 目前可編程邏輯器件的使用越來越廣泛，用戶可自行設(shè)計(jì)該類器目前可編程邏輯器件的使用越來越廣

2、泛，用戶可自行設(shè)計(jì)該類器件的邏輯功能，具有集成度高、可靠性強(qiáng)、處理速度快和保密性好件的邏輯功能，具有集成度高、可靠性強(qiáng)、處理速度快和保密性好等特點(diǎn)。復(fù)雜可編程邏輯器件等特點(diǎn)。復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)是在是在PAL、GAL的基礎(chǔ)上發(fā)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，了解其結(jié)構(gòu)及可編程單元。展起來的，了解其結(jié)構(gòu)及可編程單元。第七章回顧第七章回顧汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 8.1 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器8.2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器8.3 多多諧振蕩器諧振蕩器8.4 555定時(shí)器及其應(yīng)用定時(shí)器及其應(yīng)用8 脈沖波形的變換與產(chǎn)生脈沖波形的變換與產(chǎn)生汕

3、頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 前言前言脈沖：脈沖：在短時(shí)間內(nèi)突變，而后又迅速返回到其初始值的物理量。在短時(shí)間內(nèi)突變，而后又迅速返回到其初始值的物理量。 將已有的非脈沖波形通過將已有的非脈沖波形通過波形變換電路波形變換電路獲得；獲得；( (單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器) ) 采用采用脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路直接獲得；直接獲得；( (多諧振蕩器、多諧振蕩器、555555定時(shí)器定時(shí)器) )計(jì)算機(jī)內(nèi)的信號(hào)為脈沖信號(hào)，又稱為數(shù)字信號(hào)。計(jì)算機(jī)內(nèi)的信號(hào)為脈沖信號(hào)，又稱為數(shù)字信號(hào)。脈沖具有間隔性特征脈沖具有間隔性特征 (脈沖

4、寬度脈沖寬度tw)脈沖波形如何獲得？脈沖波形如何獲得？汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 4 4、掌握由、掌握由555555定時(shí)器組成的多諧、單穩(wěn)、施密特觸定時(shí)器組成的多諧、單穩(wěn)、施密特觸發(fā)器的電路、工作原理及外接參數(shù)、電路指標(biāo)的計(jì)發(fā)器的電路、工作原理及外接參數(shù)、電路指標(biāo)的計(jì)算。算。1 1、正確理解單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器、多諧振蕩、正確理解單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器、多諧振蕩 器的電路組成及工作原理。器的電路組成及工作原理。2 2、掌握單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器和多諧振蕩器的、掌握單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器和多諧振蕩器的 邏輯功能及主要指標(biāo)

5、計(jì)算。邏輯功能及主要指標(biāo)計(jì)算。3 3、掌握、掌握555555定時(shí)器的工作原理。定時(shí)器的工作原理。本章的基本要求本章的基本要求汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 8.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器8.1.1 用門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器8.1.2 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器8.1.3 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)用汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 電路在沒有觸發(fā)信號(hào)作用時(shí)處于一種穩(wěn)定狀態(tài)。電路在沒有觸發(fā)信號(hào)作用時(shí)處于一種穩(wěn)定狀態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特點(diǎn)

6、：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特點(diǎn)： 在外來觸發(fā)信號(hào)作用下，電路由在外來觸發(fā)信號(hào)作用下，電路由穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)。 由于電路中由于電路中RC延時(shí)環(huán)節(jié)的作用，暫穩(wěn)態(tài)不能長(zhǎng)期保持延時(shí)環(huán)節(jié)的作用，暫穩(wěn)態(tài)不能長(zhǎng)期保持,經(jīng)過一段時(shí)間后，電路會(huì)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)的經(jīng)過一段時(shí)間后，電路會(huì)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間僅與所選取的持續(xù)時(shí)間僅與所選取的RC參數(shù)值有關(guān)。參數(shù)值有關(guān)。 由于觸發(fā)器只有一種穩(wěn)定狀態(tài)，因此稱為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。由于觸發(fā)器只有一種穩(wěn)定狀態(tài)，因此稱為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器門電路組成的單

7、穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不可重復(fù)觸發(fā)不可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可重復(fù)觸發(fā)可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用用555555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器按電路形式不同按電路形式不同單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的分類分類按工作特點(diǎn)劃分按工作特點(diǎn)劃分汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 8.1.1 用用CMOS門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 積分電路積分電路(integrating circuit)(integrating circuit)：輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的時(shí)間積分成正比的

8、電路。輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的時(shí)間積分成正比的電路。汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 8.1.1 用用CMOS門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 微分電路微分電路(differential circuit)(differential circuit)：輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的微分成正比的電路。微分是積分的逆運(yùn)算，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的微分成正比的電路。微分是積分的逆運(yùn)算，從電路形式上看，將積分電路中的從電路形式上看，將積分電路中的R1與電容與電容C的位置對(duì)調(diào)，便可得的位置對(duì)調(diào)，便可得到微分電路。到微分電路。汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大

9、學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 8.1.1 用用CMOS門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 RC RC電路電路( (電阻電容電路電阻電容電路) )：是一個(gè)包含利用電壓源、電流源驅(qū)使電阻器、電容器運(yùn)作的電路。是一個(gè)包含利用電壓源、電流源驅(qū)使電阻器、電容器運(yùn)作的電路。RC電路是微分電路、積分電路的一種。電路是微分電路、積分電路的一種。汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 8.1.1 用用CMOS門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 1. 1. 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)CMOS

10、與非門構(gòu)成的微分型與非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 CMOS或非門構(gòu)成的微分型或非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 穩(wěn)態(tài)為穩(wěn)態(tài)為1負(fù)脈沖觸發(fā)負(fù)脈沖觸發(fā)穩(wěn)態(tài)為穩(wěn)態(tài)為0正脈沖觸發(fā)正脈沖觸發(fā) R vO G2 & C D vI2 vC 1 Rd vI Cd G1 vd vO1 1 vO1 vO G2 G1 C D R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd 汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 電路處于穩(wěn)態(tài)電路處于穩(wěn)態(tài)0 1 vO1 vO G2 G1 C D R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd 0 00

11、 01 11 10 0 d =0a)、沒有觸發(fā)信號(hào)，即、沒有觸發(fā)信號(hào)，即 I=0時(shí)時(shí)設(shè)設(shè)CMOS反相器的閾值電壓為反相器的閾值電壓為2THDDVV 2. 工作原理：工作原理：CMOSCMOS或非門構(gòu)成的微分型或非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 正脈沖觸發(fā)正脈沖觸發(fā)穩(wěn)態(tài)為穩(wěn)態(tài)為0 I2 =1 o =0 o1 =1汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 b)b)、外加觸發(fā)信號(hào)、外加觸發(fā)信號(hào) d d =VTH產(chǎn)生如下正反饋過程：產(chǎn)生如下正反饋過程： vO vI vO1 vI2 迅速使迅速使 o1 = 0 o =1 vI 0 t vd 0 t vO

12、1 vO vI2 0 t t t 0 VTH VDD t1 t2 0 電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài) 1 10 0 1 vO1 vO G2 G1 C D R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd 當(dāng)當(dāng)vI2上升到一上升到一定程度時(shí)？定程度時(shí)？此后此后VDD對(duì)電容充電對(duì)電容充電 I2汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 c)c)、電容充電、電容充電 電路由暫穩(wěn)態(tài)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)電路由暫穩(wěn)態(tài)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài) 1 vO1 vO G2 G1 C D R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd 0 01 1 I2 I2 =VTH產(chǎn)生如下正反

13、饋過程：產(chǎn)生如下正反饋過程： vI2 vO vO1 迅速使迅速使 o1 = 1 o =0此后電容開始放電此后電容開始放電vo2 vO1 vR vI 0 t vd 0 t vO11 vO vI2 0 t t t 0 VTH VDD t1 t2 0 tw汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 tw0.7RC 只取決于只取決于RC (1) 輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度tw (暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間)(2) 恢復(fù)時(shí)間恢復(fù)時(shí)間tre tre 3 (3) 最高工作頻率最高工作頻率 fmax 3. 3. 主要參數(shù)的計(jì)算主要參數(shù)的計(jì)算(根據(jù)根據(jù)RC電路過渡過程的

14、分析電路過渡過程的分析) vO1 vI vO vI2 0 0 t t t t tW 0 VTH VDD t1 t2 vd 0 t 0 TH0V)()()(tCCC l ln nW W R RC C其中其中 vC(0+) = 0； vC( ) =VDD =RC, VTH = VDD /2THDDDDw0VVVlnRCt = RCln2rew11ttTfminmax 汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 8.1.2 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(a)v vO Ov vI It tw wt tw w(b)vOvItwtw不可重復(fù)觸發(fā)不可重復(fù)觸發(fā)可重

15、復(fù)觸發(fā)可重復(fù)觸發(fā)被重復(fù)觸發(fā)被重復(fù)觸發(fā)沒有被重復(fù)觸發(fā)沒有被重復(fù)觸發(fā)集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器分為不可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和可重復(fù)觸發(fā)集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器分為不可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 1、不可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、不可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74121觸發(fā)信號(hào)控制電路觸發(fā)信號(hào)控制電路微分型單穩(wěn)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)觸發(fā)器電路的連接電路的連接：(R與與C)R：外接電阻或采用內(nèi)部電阻：外接電阻或采用內(nèi)部電阻C：外接電容：外接電容 B A1 A2 G1 & G2 & G3 &

16、amp; G4 & a G5 & 1 G6 & Cext Rext Rext/Cext Rint Rint G7 1 G8 1 G9 1 Q Q 觸發(fā)信號(hào)控制電路觸發(fā)信號(hào)控制電路 微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 輸出緩沖電路輸出緩沖電路 (a) 邏輯圖 汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 輸出脈沖寬度：輸出脈沖寬度： tw0.7RC 工作原理：工作原理：分析電路的不可重復(fù)觸發(fā)特性分析電路的不可重復(fù)觸發(fā)特性在暫穩(wěn)態(tài)期間即使有觸發(fā)信號(hào)輸入在暫穩(wěn)態(tài)期間即使有觸發(fā)信號(hào)輸入,但由于但由于G4門在此期間關(guān)閉門在此期間關(guān)閉，不不

17、會(huì)被再次觸發(fā)，電路屬于不可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器會(huì)被再次觸發(fā)，電路屬于不可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài): Q=1 Q=0 B A1 A2 G1 & G2 & G3 & G4 & a G5 & 1 G6 & Cext Rext Rext/Cext Rint Rint G7 1 G8 1 G9 1 Q Q 觸觸發(fā)發(fā)信信號(hào)號(hào)控控制制電電路路 微微分分型型單單穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)觸觸發(fā)發(fā)器器 輸輸出出緩緩沖沖電電路路 (a) 邏輯圖 1000汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 74121功能表功能表 HHQA1A2

18、BQL HL LHL LLHHH LHHHHHHL L邏輯功能表邏輯功能表不可觸發(fā)，保持穩(wěn)態(tài)不變不可觸發(fā)，保持穩(wěn)態(tài)不變A1、A2中有一個(gè)或兩個(gè)為低電平，中有一個(gè)或兩個(gè)為低電平，在在B端輸入上升沿時(shí)，電路被觸發(fā)端輸入上升沿時(shí)，電路被觸發(fā)B 為高電平，為高電平，A1和和A2中有一個(gè)或中有一個(gè)或兩個(gè)是下降沿時(shí)，電路被觸發(fā)，兩個(gè)是下降沿時(shí)，電路被觸發(fā)，即產(chǎn)生正脈沖輸出即產(chǎn)生正脈沖輸出汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 2、可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 MC14528可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)MC14528邏輯

19、圖邏輯圖汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 MC14528功能表功能表RD TR+ TR- 輸輸 出出輸輸 入入L HL HL H L H L H H H LQ Q 功功 能能清除清除禁止禁止禁止禁止單穩(wěn)單穩(wěn)單穩(wěn)單穩(wěn)汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)MC14528時(shí)序波形時(shí)序波形汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 8.1.3 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1. 定時(shí)定時(shí) 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的

20、RC取值不同，取值不同，tw的時(shí)間寬度就不同，從而通過與的時(shí)間寬度就不同，從而通過與門的脈沖個(gè)數(shù)隨之改變。電路可用于頻率計(jì)。門的脈沖個(gè)數(shù)隨之改變。電路可用于頻率計(jì)。 vO 與與門門 vA vB tW 單穩(wěn)態(tài)單穩(wěn)態(tài) 觸發(fā)器觸發(fā)器 vI vI O vB O vA O vO O tW t t t t 汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 A1 Rext/ Cext VCC Cext A2 B Cext Rext/ Cext A1 A2 B Q Q VCC VCC vI vO R1 C1 R2 C2 74121 （1） 74121 （2） vO1 vI

21、t t1 0 t tw1 tw1 vO1 0 t tw2 tw2 vO 0 2. 延時(shí)延時(shí)vo脈沖的上升沿相對(duì)于脈沖的上升沿相對(duì)于vI的上升沿延遲了的上升沿延遲了tw1，tw1由由R1C1決定，決定，tw2由由R2C2決定。決定。汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 3. 組成噪聲消除電路組成噪聲消除電路 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出脈沖寬度應(yīng)大于噪聲寬度而小于信號(hào)脈寬，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出脈沖寬度應(yīng)大于噪聲寬度而小于信號(hào)脈寬，才可消除噪聲。才可消除噪聲。 如用如用 I作為下降沿觸發(fā)的計(jì)數(shù)器觸發(fā)脈沖，若加入了干擾作為下降沿觸發(fā)的計(jì)數(shù)器觸發(fā)脈沖，若加入了干擾(

22、如圖如圖)，將會(huì)造成計(jì)數(shù)錯(cuò)誤。應(yīng)該消除干擾將會(huì)造成計(jì)數(shù)錯(cuò)誤。應(yīng)該消除干擾(噪聲噪聲)。 vI Q vO 噪聲噪聲 C R VCC Cext Rext/Cext 74121 A1 A2 B vI Q 1D C1 R Q vO 如何獲得如何獲得vo汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 8.2.1 用門電路組成的施密特觸發(fā)器用門電路組成的施密特觸發(fā)器8.2.2 集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器8.2.3 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用施密特觸發(fā)器的應(yīng)用 8.2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季

23、學(xué)期 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器電壓傳輸特性電壓傳輸特性及工作特點(diǎn)：及工作特點(diǎn)： 施密特觸發(fā)器屬于電平觸發(fā)器件，當(dāng)輸入信號(hào)達(dá)到一定電壓值時(shí)，施密特觸發(fā)器屬于電平觸發(fā)器件，當(dāng)輸入信號(hào)達(dá)到一定電壓值時(shí)， 輸出電壓會(huì)發(fā)生突變。輸出電壓會(huì)發(fā)生突變。 電路有兩個(gè)閾值電壓。電路有兩個(gè)閾值電壓。 輸入信號(hào)增加和減少時(shí)，電路的閾值電壓分輸入信號(hào)增加和減少時(shí)，電路的閾值電壓分 別是正向閾值電壓別是正向閾值電壓（VT+）和負(fù)向閾值電壓（）和負(fù)向閾值電壓（VT-） 。同相輸出施密特觸發(fā)器同相輸出施密特觸發(fā)器反相輸出施密特觸發(fā)器反相輸出施密特觸發(fā)器 1 vI vO 1 vI vO O vI vo VT VT+ VOH

24、VOL oVT+ vO VOH VOL VT- - vI 施密特觸發(fā)器有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換需要觸施密特觸發(fā)器有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換需要觸 發(fā)信號(hào)觸發(fā)；發(fā)信號(hào)觸發(fā)；汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 1、電路組成、電路組成2、工作原理、工作原理 1 1 G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 I18.2.1 用門電路組成的施密特觸發(fā)器用門電路組成的施密特觸發(fā)器O11I212I1vRRRvRRRv2 R1 R2 I為三角波為三角波 假定：假定： 2THDDVV 疊加原理疊加原理汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字

25、電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 1 1 G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 vI1O211I2121I RRRRRR00 1(1) I上升，上升， I1上升。上升。vI1=0， = 0VvO正向閾值電壓正向閾值電壓 (VT+)： I 值在增值在增加過程中，使輸出電壓產(chǎn)生跳變加過程中，使輸出電壓產(chǎn)生跳變時(shí)所對(duì)應(yīng)時(shí)所對(duì)應(yīng) I 的值。的值。只要只要 I1 VTH，I1 (4) 當(dāng)當(dāng)I下降下降, 也下降也下降則保持則保持 =VOHo當(dāng)當(dāng) =VTH，電路產(chǎn)生如下正反饋，電路產(chǎn)生如下正反饋 ： I1oOHvV負(fù)向閾值電壓負(fù)向閾值電壓 (VT-)： I 值在減小值在減小過程中，使

26、輸出電壓產(chǎn)生跳變時(shí)過程中，使輸出電壓產(chǎn)生跳變時(shí)所對(duì)應(yīng)的所對(duì)應(yīng)的 I 的值。的值。狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變0O211I2121I RRRRRRI1THT-DD1RRVVVRRRR211221T-TH2(1)RVVR汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 1T-TH2(1)RVVR11TT-THDD222TRRVVVVVRR回差電壓回差電壓(觸發(fā)窗觸發(fā)窗) VT：正向閾值電壓與負(fù)向閾值電壓之差。：正向閾值電壓與負(fù)向閾值電壓之差。同相輸出施密特觸發(fā)器同相輸出施密特觸發(fā)器 1 vI vO oVT+ vO VOH VOL VT- - vI TH21+T1V)

27、RR(V 正向閾值電壓：正向閾值電壓：負(fù)向閾值電壓：負(fù)向閾值電壓：定義：定義：通過調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)R1和和R2的比值可以調(diào)節(jié)回差電壓的大小的比值可以調(diào)節(jié)回差電壓的大小汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 7.5V)100k50k5V(1=+=VRR+1=VTH21+T)(V52=VRR=VTH21T.)-(1-回差電壓回差電壓(觸發(fā)窗觸發(fā)窗)決定了施密特觸決定了施密特觸發(fā)器輸出波形的脈沖寬度。發(fā)器輸出波形的脈沖寬度。因此可通過調(diào)節(jié)因此可通過調(diào)節(jié)R1和和R2的比值控的比值控制脈沖波形的輸出。制脈沖波形的輸出。汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電

28、路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 1 1 G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 vI1 1 v vo ov vI I 傳傳輸輸特性曲線特性曲線 工作波形工作波形 vI VT VT O vO VDD O t t vO VDD O VT VT vI 邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 8.2.2 集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器 CC40106 vI vO vO， VDD TP1 TP2 TP3 TN5 TN4 TN6 vS2 vS5 TP7 TN8 TP9 TN10 TN12 TP11 VDD 施施密密特特電電路路

29、整整形形電電路路 輸輸出出電電路路 1 vI vO CC40106電路圖電路圖汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 8.2.3 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用施密特觸發(fā)器的應(yīng)用 o vI vO1 VOH VOL VT+VT_ vO VOH VOL 0 t tWo vI t v vT T+ +v vT T- - 1 vI vO 1. 1. 波形變換波形變換 利用施密特觸發(fā)器可將邊沿變化緩慢的周期性信號(hào)變?yōu)檫呇囟盖偷木乩檬┟芴赜|發(fā)器可將邊沿變化緩慢的周期性信號(hào)變?yōu)檫呇囟盖偷木匦蚊}沖信號(hào)。形脈沖信號(hào)。汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-20

30、15 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 vI VT+ VT 0 t vO VOH VOL 0 t (b) vO vI 1 2. 對(duì)波形的整形對(duì)波形的整形 vO vI 1 vI VT+ VT 0 t vO VOH VOL 0 t (a) 利用施密特電路進(jìn)行脈沖的整形。利用施密特電路進(jìn)行脈沖的整形。汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 1 v vo ov vI I合理選擇回差電壓，可消除干擾信號(hào)。合理選擇回差電壓，可消除干擾信號(hào)。 3. 3. 消除干擾信號(hào)消除干擾信號(hào)otOViVto+TV-TVotOViVto+TV-TV o VT+ vO VOH VOL VT-

31、汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 VT- vI 0 VT+ 0 t vO VO H VO L 0 1 o oI I4. 幅度鑒別幅度鑒別 o VT+ vO VOH VOL VT- - vI 找到兩個(gè)波峰。找到兩個(gè)波峰。通過調(diào)整閾值電壓，可鑒別不同的通過調(diào)整閾值電壓，可鑒別不同的幅度。幅度。汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 5. 用施密特觸發(fā)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用施密特觸發(fā)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器iVOVRCiVtAVtOVt穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)暫暫穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)wT VAVDDVT+VT-6. 用施密特觸發(fā)器構(gòu)成多諧

32、震蕩器用施密特觸發(fā)器構(gòu)成多諧震蕩器 汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 8.3.1 由門電路組成的多諧振蕩器8.3.2 用施密特觸發(fā)器構(gòu)成波形產(chǎn)生電路8.3.3 石英晶體振蕩器8.3 多諧振蕩器多諧振蕩器汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 開關(guān)電路 RC延時(shí)環(huán)節(jié)多諧振蕩器的基本組成：多諧振蕩器的基本組成：開關(guān)器件開關(guān)器件(如如MOS管管)：產(chǎn)生高、低電平：產(chǎn)生高、低電平反饋延遲環(huán)節(jié)反饋延遲環(huán)節(jié)(RC電路電路)：利用利用RC電路的充放電特性實(shí)現(xiàn)延時(shí)，電路的充放電特性實(shí)現(xiàn)延時(shí)，輸出電壓經(jīng)延時(shí)后，反饋

33、到開關(guān)器件輸入端，從而改變電路輸出電壓經(jīng)延時(shí)后，反饋到開關(guān)器件輸入端，從而改變電路的輸出狀態(tài)，以獲得脈沖波形輸出。的輸出狀態(tài)，以獲得脈沖波形輸出。概述概述 多諧振蕩器是一種自激振蕩電路，不需要外加觸發(fā)信號(hào)便可多諧振蕩器是一種自激振蕩電路，不需要外加觸發(fā)信號(hào)便可自動(dòng)產(chǎn)生一定頻率、一定幅度的矩形脈沖輸出，常作為脈沖信號(hào)自動(dòng)產(chǎn)生一定頻率、一定幅度的矩形脈沖輸出，常作為脈沖信號(hào)源。電路沒有穩(wěn)態(tài)源。電路沒有穩(wěn)態(tài)( (無穩(wěn)態(tài)電路無穩(wěn)態(tài)電路) )，輸出在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間自動(dòng)交，輸出在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間自動(dòng)交替變化。替變化。汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 1.

34、電路組成電路組成 vID1 D2 TP TN vO1 R C D4 D3 TP TN vOG1 G2 +VDD VC 1 1 vI vO1 vO C R G1 G2 原理圖原理圖( (含保護(hù)二極管含保護(hù)二極管) )若若o1 =1, o =vI=0 時(shí)，電容充電時(shí)，電容充電, I增加增加;若若o1 =0, o =vI=1 時(shí)，電容放電時(shí)，電容放電, I下降下降;o1與與o反相，電容接在反相，電容接在o與與I之間之間:8.3.1 由由CMOS門電路組成的多諧振蕩器門電路組成的多諧振蕩器CMOSCMOS門電路組成的多諧振蕩器門電路組成的多諧振蕩器汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 201

35、4-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 2. 工作原理工作原理 (無穩(wěn)態(tài)電路無穩(wěn)態(tài)電路)DDTH0O 2NFFVVVV假定假定 電路初態(tài)：電路初態(tài)：=1vO1=0vO2vC= 0V電容充電電容充電vCvIvI當(dāng)當(dāng)=VTH 時(shí)，時(shí)，迅速使迅速使G1導(dǎo)通、導(dǎo)通、 G2截止截止電路進(jìn)入第二暫態(tài)電路進(jìn)入第二暫態(tài)vO2=1vO1=0=0vO 1=1vO（1 1）第一暫穩(wěn)態(tài)（初態(tài)）電路將自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到第二暫穩(wěn)態(tài)）第一暫穩(wěn)態(tài)（初態(tài)）電路將自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到第二暫穩(wěn)態(tài)vIvO1vO2 G1 G2 VDD TP D3 TP D1 充充 電電 vI D2 TN TN vO1 vO2 D4 R C vIVDDVTH0ttvOVDD0汕

36、頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 (2) (2) 第二暫穩(wěn)態(tài)，電容放電，電路自動(dòng)翻轉(zhuǎn)到第一暫穩(wěn)態(tài)第二暫穩(wěn)態(tài)，電容放電，電路自動(dòng)翻轉(zhuǎn)到第一暫穩(wěn)態(tài)電容放電電容放電vCvIvI當(dāng)當(dāng)=VTH 時(shí)時(shí)，迅速使得迅速使得G1截止、截止、G2導(dǎo)通導(dǎo)通電路返回第一暫穩(wěn)態(tài)電路返回第一暫穩(wěn)態(tài)O2=0 O1=1vIvO1vO2 G1 G2 VDD TP D3 TP D1 放放電電 vI D2 TN TN vO1 vO2 D4 R C vI VTH O VDD V V t vO2 VDD O T1 T2 t1 t2 第第一一 暫暫穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài) 第第二二 暫暫穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài) t 汕

37、頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 TRC1n41.4RC 由門電路組成的多諧振蕩器的振蕩由門電路組成的多諧振蕩器的振蕩周期周期T取決于取決于R、C電路和電路和 VTH，容，容易受溫度、電源電壓及干擾的影響，易受溫度、電源電壓及干擾的影響，頻率穩(wěn)定性較差。頻率穩(wěn)定性較差。 3. 振蕩周期的計(jì)算振蕩周期的計(jì)算 (根據(jù)根據(jù)RC電路過渡過程的分析電路過渡過程的分析)THDDDD1lnVVVRCT THDD2n1VVRCT vI(0+) 0；vC( ) VDD =RC, t = t2-t1T1 :vI(0+) VDD ；vC( ) 0 =RC, t =

38、t3-t2T2 : THTHDD2DD21n1V)VV(VRCTTT vI VTH O VDD V V t vO2 VDD O T1 T2 t1 t2 第第一一 暫暫穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài) 第第二二 暫暫穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài) t 汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 v vo ov vI IV VT+T+V VT_T_V VOLOLV VOHOHT T1 1T T2 20 0t t0 0t t12DDTT+DDTTDDTT+DDTT-lnln()lnTTTVVVRCRCRVVVVVCVVVV C Cv vo ov vI IR R1 18.3.2 用施密特觸發(fā)器構(gòu)成波形產(chǎn)生

39、電路用施密特觸發(fā)器構(gòu)成波形產(chǎn)生電路將施密特觸發(fā)器的輸出端經(jīng)將施密特觸發(fā)器的輸出端經(jīng)RC電路接回到輸入端電路接回到輸入端汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 8.4 555定時(shí)器及其應(yīng)用定時(shí)器及其應(yīng)用 汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 555定時(shí)器是一種應(yīng)用方便的中規(guī)模集成電路，集模擬、數(shù)字于定時(shí)器是一種應(yīng)用方便的中規(guī)模集成電路，集模擬、數(shù)字于一體。利用它可以方便地構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多一體。利用它可以方便地構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，廣泛應(yīng)用于信號(hào)的產(chǎn)生、變換、控制與

40、檢測(cè)。諧振蕩器，廣泛應(yīng)用于信號(hào)的產(chǎn)生、變換、控制與檢測(cè)。 電阻分壓器電阻分壓器電壓比較器電壓比較器基本基本SR鎖存器鎖存器輸出緩沖反相器輸出緩沖反相器集電極開路輸出三極管集電極開路輸出三極管 TvovICvI1vI2voC1C2+-+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5 k 5 k 5 k &1RDVCC (8)G1、電路結(jié)構(gòu)、電路結(jié)構(gòu)8.4.1 555定時(shí)器定時(shí)器55512348765邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 2、工作原理、工作原理 VCC 5k vIC vI1 C1 5k vI2 C2

41、 5k v O T S R RD & & & 1 G vO 不變不變不變不變1導(dǎo)通導(dǎo)通01截止截止11導(dǎo)通導(dǎo)通00放電放電管管T輸出輸出(VO)復(fù)位復(fù)位(RD)觸發(fā)輸入觸發(fā)輸入(VI2)閾值輸入閾值輸入(VI1)輸輸 出出輸輸 入入CC31V CC31V CC31V CC32V CC32V CC32V 汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 3、555定時(shí)器功能表定時(shí)器功能表不變不變不變不變1導(dǎo)通導(dǎo)通01截止截止11導(dǎo)通導(dǎo)通00放電管放電管T輸出輸出(VO)復(fù)位復(fù)位(RD)觸發(fā)輸入觸發(fā)輸入(VI2)閾值輸入閾值輸入(VI1)

42、輸輸 出出輸輸 入入CC31V CC31V CC31V CC32V CC32V CC32V 汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 VCC 5k vIC vI1 C1 5k vI2 C2 5k v O T S R RD & & & 1 G (3vvI8.4.2 用用555定時(shí)器組成施密特觸發(fā)器定時(shí)器組成施密特觸發(fā)器將將555定時(shí)器的閾值輸入端和觸發(fā)輸入端相接，便構(gòu)成施密特觸發(fā)定時(shí)器的閾值輸入端和觸發(fā)輸入端相接，便構(gòu)成施密特觸發(fā)器。器。R7ViV0C=0.01uF8 462351VCC555汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電

43、路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 VCC 5k vIC vI1 C1 5k vI2 C2 5k v O T S R RD & & & 1 G (3vvItiVtOVCCV31CCV32 o vI vO VOH VOL VT+VT_汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 t 1 3 VCC 2 3 VCC vI 0 t vO 1 VO H 0 o vI vO VOH VOL VT+VT_汕頭大學(xué)工學(xué)院汕頭大學(xué)工學(xué)院 數(shù)字電路數(shù)字電路 2014-2015 秋季學(xué)期秋季學(xué)期 1、電路結(jié)構(gòu)、電路結(jié)構(gòu)VCC VCC vI R vO 0.01 F C vC 8 4 555 7 6 2