項目十二-數(shù)字定時器的設計doc資料

1、項目十二-數(shù)字定時器的設計12.2 門電路構成的脈沖產(chǎn)生與整形電路12.2.1 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器21DDTHRR,V21V0 0 0 1 G1，G2正反饋正反饋=VTH 放大區(qū)放大區(qū)vo =VOHVDD 輸入電壓上升過程中輸入電壓上升過程中電路狀態(tài)發(fā)生轉換電路狀態(tài)發(fā)生轉換時對應的輸入電壓稱為施密特觸發(fā)器電時對應的輸入電壓稱為施密特觸發(fā)器電路的正向閾值電壓，其值為路的正向閾值電壓，其值為 TH21TV)RR1(V12.2 門電路構成的脈沖產(chǎn)生與整形電路12.2.1 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器1 1 1 0 G1，G2正反饋正反饋=VTH 放大區(qū)放大區(qū)vo =VOL0輸入電壓上升過程中輸入電

2、壓上升過程中電路狀態(tài)發(fā)生轉換電路狀態(tài)發(fā)生轉換時對應的輸入電壓稱為施密特觸發(fā)器電時對應的輸入電壓稱為施密特觸發(fā)器電路的負向閾值電壓，其值為路的負向閾值電壓，其值為 TH21-TV)RR-1(V回差電壓：回差電壓： TH21TTTVRR2VVV12.2.1 施密特觸發(fā)器電壓傳輸特性電壓傳輸特性 施密特觸發(fā)器變換波形示意圖施密特觸發(fā)器變換波形示意圖 施密特觸發(fā)器特點（1）對于輸入信號從低電平上升時的轉換電）對于輸入信號從低電平上升時的轉換電壓和從高電平下降時的轉換電壓，電路有壓和從高電平下降時的轉換電壓，電路有不同的閾值，即具有滯后電壓傳輸特性；不同的閾值，即具有滯后電壓傳輸特性；（2）施密特觸發(fā)器

3、屬于電平觸發(fā)，對于緩慢）施密特觸發(fā)器屬于電平觸發(fā)，對于緩慢變化的信號仍然有用，當輸入信號達到某變化的信號仍然有用，當輸入信號達到某一額定值時，輸出電平會發(fā)生突變，通過一額定值時，輸出電平會發(fā)生突變，通過電路內部的正反饋過程，使輸出信號波形電路內部的正反饋過程，使輸出信號波形變得陡峭。變得陡峭。12.2.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器簡稱單穩(wěn)，其單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器簡稱單穩(wěn)，其特點：特點：1、有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個不同的工作狀態(tài)。、有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個不同的工作狀態(tài)。 2、加入觸發(fā)信號后加入觸發(fā)信號后,能從穩(wěn)態(tài)翻轉到暫穩(wěn)態(tài)能從穩(wěn)態(tài)翻轉到暫穩(wěn)態(tài),暫穩(wěn)暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間以后態(tài)維持一段時間以后, 自動返回

4、自動返回穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)。 3、暫穩(wěn)態(tài)維持時間長短取決于電路本身的參數(shù)，暫穩(wěn)態(tài)維持時間長短取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關。與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關。穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)由外界觸發(fā)由外界觸發(fā)自動返回自動返回1微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作原理工作原理觸發(fā)脈沖觸發(fā)脈沖00DDVDDV（1）穩(wěn)態(tài)至暫穩(wěn)態(tài)）穩(wěn)態(tài)至暫穩(wěn)態(tài)THdVv 001暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)0電壓不可能突變，電壓不可能突變，vo的高電平仍將維持的高電平仍將維持此時電容開始充電此時電容開始充電 1微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作原理工作原理（2）暫穩(wěn)態(tài)至穩(wěn)態(tài)）暫穩(wěn)態(tài)至穩(wěn)態(tài)THdVv 1暫穩(wěn)態(tài)

5、暫穩(wěn)態(tài)電容電容C開始充電開始充電 觸發(fā)脈沖觸發(fā)脈沖0110電容電容C開始放電開始放電 穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)1微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形工作波形2積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（1）穩(wěn)態(tài)至暫穩(wěn)態(tài)）穩(wěn)態(tài)至暫穩(wěn)態(tài)0 1 穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)1 電容電壓不突變，維持高電壓電容電壓不突變，維持高電壓0 1 0 暫穩(wěn)暫穩(wěn)態(tài)態(tài)開始放電開始放電2積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（2）暫穩(wěn)態(tài)至穩(wěn)態(tài)）暫穩(wěn)態(tài)至穩(wěn)態(tài)0 1 暫穩(wěn)態(tài)結束暫穩(wěn)態(tài)結束1 1 0 0 暫穩(wěn)暫穩(wěn)態(tài)態(tài)開始放電開始放電VTH 1 穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)2積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形工作波形12.2.3 多諧振蕩器 多諧振蕩器又稱無穩(wěn)電路，主要用于產(chǎn)生各種方波或時多諧振蕩器又稱無穩(wěn)電路，主要用于產(chǎn)

6、生各種方波或時間脈沖信號，是一種自激振蕩器，接通電源后，不需外加間脈沖信號，是一種自激振蕩器，接通電源后，不需外加觸發(fā)信號，便能自動產(chǎn)生矩形波脈沖。由于矩形波中含有觸發(fā)信號，便能自動產(chǎn)生矩形波脈沖。由于矩形波中含有豐富的高次諧波分量，所以習慣上又把矩形波振蕩器稱為豐富的高次諧波分量，所以習慣上又把矩形波振蕩器稱為多諧振蕩器。多諧振蕩器。 多諧振蕩器一般沒有集成器件，通常由集成邏輯門或多諧振蕩器一般沒有集成器件，通常由集成邏輯門或其他中規(guī)模集成電路搭接而成。還可有施密特觸發(fā)器或集其他中規(guī)模集成電路搭接而成。還可有施密特觸發(fā)器或集成成555定時器實現(xiàn)。定時器實現(xiàn)。1、對稱式多諧振蕩器（1）第一暫穩(wěn)

7、態(tài)第一暫穩(wěn)態(tài)10THI1Vv01導通導通截止截止進入電路進入電路第一暫穩(wěn)態(tài)第一暫穩(wěn)態(tài)充電充電放電放電1、對稱式多諧振蕩器（2）第二暫穩(wěn)態(tài)第二暫穩(wěn)態(tài)01電路電路第一暫穩(wěn)態(tài)第一暫穩(wěn)態(tài)充電充電放電放電THI2Vv0 1 第二第二暫穩(wěn)暫穩(wěn)態(tài)態(tài)放電放電充電充電1、對稱式多諧振蕩器工作波形圖工作波形圖12.3 55512.3 555定時器及其應用定時器及其應用一、一、555定時器的電路結構定時器的電路結構由以下幾部分組成：由以下幾部分組成：（1）三個阻值為）三個阻值為5k的電阻組成的分壓器。的電阻組成的分壓器。（2）兩個電壓比較器）兩個電壓比較器C1和和C2。12.3.1 555定時器的電路結構與功能定時

8、器的電路結構與功能電壓比較器的功能：電壓比較器的功能： v+ v-，vO=1 v+ v-，vO=0（3）基本）基本RS觸發(fā)器、觸發(fā)器、（4）放電三極管）放電三極管T及緩沖器及緩沖器G。二二工作原理工作原理（1）4腳為復位輸入端（腳為復位輸入端（ RD ），當），當RD為低電平時，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸為低電平時，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出出vo為低電平。正常工作時，應將其接高電平。為低電平。正常工作時，應將其接高電平。（2 2）5腳為電壓控制端，當其懸空時，比較器腳為電壓控制端，當其懸空時，比較器C1和和C2的比較電壓分別為的比較電壓分別為2/3VCC 和和1/3VCC 。（3）2腳

9、為觸發(fā)輸入端，腳為觸發(fā)輸入端，6腳為閾值輸入端，兩端的電位高低控制比較器腳為閾值輸入端，兩端的電位高低控制比較器C1和和C2的輸?shù)妮敵?，從而控制出，從而控制RS觸發(fā)器，決定輸出狀態(tài)。觸發(fā)器，決定輸出狀態(tài)。12.3.2 555定時器組成的施密特觸發(fā)器定時器組成的施密特觸發(fā)器1555定時器構成施密特觸發(fā)器定時器構成施密特觸發(fā)器555定時器的定時器的vi1和和vi2兩兩個輸入端連在一起作為個輸入端連在一起作為信號輸入端即構成施密信號輸入端即構成施密特觸發(fā)器特觸發(fā)器 為提高比較器參考電壓為提高比較器參考電壓VR1和和VR2的穩(wěn)定性，通的穩(wěn)定性，通常在常在VIC端接有端接有0.01 左右的濾波電容。左右

10、的濾波電容。 F1555定時器構成施密特觸發(fā)器定時器構成施密特觸發(fā)器工作原理工作原理 （1 1）vi從從0逐漸升高的逐漸升高的過程過程當當viVCC/3/3時，時，VC1=1、VC2=0，Q=1，故，故vo=VOH ；當；當VCC/3/3vi2 2VCC/3/3時，時，VC1=VC2=1，故故vo=VOH保持不變；當保持不變；當vi 2 2VCC/3/3后，后，VC1=0、VC2=1，Q=0，故，故vo=VOL。因此，正向閾值電壓。因此，正向閾值電壓VT+=2 2VCC/3/3。1555定時器構成施密特觸發(fā)器定時器構成施密特觸發(fā)器工作原理工作原理 （2 2）vi從從2 2VCC/3/3逐逐漸降

11、低的過程，漸降低的過程， 當當VCC/3vi2VCC/3時，時，VC 1= VC 2= 1 ， 故， 故vo=VOL保持不變；保持不變；當當viVCC/3時，時，VC1=1、VC 2 =0，Q=1，故，故vo=VOH 。因此，負向。因此，負向閾值電壓閾值電壓VT- =VCC/3。 回差電壓回差電壓 CCTTTV31VVV2施密特觸發(fā)器應用 （1）用于波形變換）用于波形變換 （2）用于脈沖鑒幅）用于脈沖鑒幅單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)；在觸發(fā)脈沖作有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)；在觸發(fā)脈沖作用下，由穩(wěn)態(tài)翻轉到暫穩(wěn)態(tài)；暫穩(wěn)狀態(tài)維持一段時間后，用下，由穩(wěn)態(tài)翻轉到暫穩(wěn)態(tài)；暫穩(wěn)狀態(tài)維持一段時間

12、后，自動返回到穩(wěn)態(tài)。自動返回到穩(wěn)態(tài)。1. 1. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理（1 1）無觸發(fā)信號輸入時電）無觸發(fā)信號輸入時電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)路工作在穩(wěn)定狀態(tài) 當當v vI I=1=1時，時，電路工作在穩(wěn)定電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)，即狀態(tài)，即v vO O=0=0，v vC C=0=0。（2 2）v vI I下降沿觸發(fā)下降沿觸發(fā) 當當v vI I下降沿到達時，下降沿到達時，v vO O由由0 0跳變?yōu)樘優(yōu)? 1，電路由穩(wěn)態(tài)轉，電路由穩(wěn)態(tài)轉入暫穩(wěn)態(tài)入暫穩(wěn)態(tài)。12.3.3 用用555定時器接成定時器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（3）暫穩(wěn)態(tài)的維持時間）暫穩(wěn)態(tài)的維持時間在暫穩(wěn)態(tài)期間，三極管在暫穩(wěn)態(tài)期間

13、，三極管T截止，截止，VCC經(jīng)經(jīng)R向向C充電。充電。時間常數(shù)時間常數(shù)1= =RC，vC由由0V開始增大，在開始增大，在vC上升到上升到2/3VCC之前，電路保持暫穩(wěn)態(tài)不變。之前，電路保持暫穩(wěn)態(tài)不變。（4）自動返回（暫穩(wěn)態(tài)結束）時間）自動返回（暫穩(wěn)態(tài)結束）時間當當vC上升至上升至2/3VCC時，時，vO由由1跳變跳變0，三極管，三極管T由截止轉為飽和導通，由截止轉為飽和導通，電容電容C經(jīng)經(jīng)T迅速放電，電壓迅速放電，電壓vC迅速降至迅速降至0V，電路由暫穩(wěn)態(tài)重新轉入穩(wěn)態(tài)。，電路由暫穩(wěn)態(tài)重新轉入穩(wěn)態(tài)。2C3VCCvttOOttOvvOtIVCC01tW（5 5）恢復過程）恢復過程當暫穩(wěn)態(tài)結束后，電容

14、當暫穩(wěn)態(tài)結束后，電容C C通過飽和導通的放電三極管通過飽和導通的放電三極管 T T放電，時間常放電，時間常數(shù)數(shù) 2 2= =R RCESCESC C，經(jīng)過（，經(jīng)過（3 35 5）2 2后，電容后，電容C C放電完畢，恢復過程結束。放電完畢，恢復過程結束。2C3VCCvttOOttOvvOtIVCC01tW單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖寬度單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖寬度 1.1RCRCln3tw2、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用（1） 延時與定時延時與定時1）延時）延時圖中，圖中，v/O的下降沿比的下降沿比vI的下的下降沿滯后了時間降沿滯后了時間tW。2）定時）定時當當v/O=1時，與門打開，時，與門打

15、開，vO= vF。當。當v/O=0時，時，與門關閉，與門關閉，vO為低電平。為低電平。顯然與門打開的時間是顯然與門打開的時間是恒定不變的，就是單穩(wěn)恒定不變的，就是單穩(wěn)輸出脈沖輸出脈沖v/O的寬度的寬度tW。1&vIOvvO單穩(wěn)與門vFtWvIvOvFOv （2） 整形整形單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠把不規(guī)則的輸入信號單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠把不規(guī)則的輸入信號vI，整形成為幅度和寬，整形成為幅度和寬度都相同的標準矩形脈沖度都相同的標準矩形脈沖vO。vO的幅度取決于單穩(wěn)態(tài)電路輸?shù)姆热Q于單穩(wěn)態(tài)電路輸出的高、低電平，寬度出的高、低電平，寬度tW決定于暫穩(wěn)態(tài)時間。決定于暫穩(wěn)態(tài)時間。IvtWOv（3） 觸摸定時控制開關觸

16、摸定時控制開關 555定時器構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。只要用手觸摸一下金屬片定時器構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。只要用手觸摸一下金屬片P，由于人體感應電壓相當于在觸發(fā)由于人體感應電壓相當于在觸發(fā)輸入端（管腳輸入端（管腳2）加入一個負）加入一個負脈沖，脈沖，555輸出端輸出高電平，輸出端輸出高電平，燈泡（燈泡（RL）發(fā)光，當暫穩(wěn)態(tài)）發(fā)光，當暫穩(wěn)態(tài)時間（時間（tW）結束時，）結束時，555輸出輸出端恢復低電平，燈泡熄滅。端恢復低電平，燈泡熄滅。該觸摸開關可用于夜間定時該觸摸開關可用于夜間定時照明，定時時間可由照明，定時時間可由RC參數(shù)參數(shù)調節(jié)。調節(jié)。12.3.4 用用555定時器構成的定時器構成的多諧振蕩器多諧振蕩器

17、多諧振蕩器多諧振蕩器能產(chǎn)生矩形脈沖波的自激振蕩器。能產(chǎn)生矩形脈沖波的自激振蕩器。1. 電路組成電路組成2.2.工作原理、工作波形工作原理、工作波形 uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V 充電充電UOHTH = 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(jīng)經(jīng) 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 2.2.工作原理、工作波形工作原理、工作波形uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32V

18、CC31V 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)榈碗娖剑S變?yōu)榈碗娖?，同時放電管同時放電管 V 導通，導通，C 經(jīng)經(jīng) 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(jīng)經(jīng) 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)。 放電放電當當 uC 下降到下降到 TH = TR = uC 1/3 VCC

19、時，時， 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)。2.2.工作原理、工作波形工作原理、工作波形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)榈碗娖剑S變?yōu)榈碗娖?，同時放電管同時放電管 V 導通，導通，C 經(jīng)經(jīng) 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

20、 = uC 0 0，uO 為高電平，為高電平，放電管截止，放電管截止，VCC 經(jīng)經(jīng) 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)。 2.2.工作原理、工作波形工作原理、工作波形電容電容 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(chǎn)生振蕩，輸出矩形脈沖。使電路產(chǎn)生振蕩，輸出矩形脈沖。uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V 3. 振蕩頻率的估算振蕩頻率的估算（1）電容充電時間）電容充電時間T1：（2） 電容放電時間電容放電時間T2（3）電路振蕩周期）電路振蕩周期T T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C（4）電路振蕩頻率）

21、電路振蕩頻率f（5）輸出波形占空比）輸出波形占空比q)()()0()(ln111TvvvvTCCCCCRR)(7 . 021CCCCCCCCVVVV3231ln1CRT227 . 0CRRTf)2(43. 1121212112RRRRTTqGNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01 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？欲提高音調，又該如何欲提高音調，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)音調高低?？烧{節(jié)音調高低。欲提高音調，則應減小欲提高音調，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