第8章 脈沖波形的變換與產(chǎn)生

1、上海第二工業(yè)大學(xué)上海第二工業(yè)大學(xué)8脈沖波形脈沖波形的變換與產(chǎn)生的變換與產(chǎn)生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 多器多器諧振蕩諧振蕩8.4 555定時器及其應(yīng)用定時器及其應(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4 4、掌握由、掌握由555555定時器組成的多諧、單穩(wěn)、施密特觸定時器組成的多諧、單穩(wěn)、施密特觸發(fā)器的電路、工作原理及外接參數(shù)及電路指標(biāo)的計發(fā)器的電路、工作原理及外接參數(shù)及電路指標(biāo)的計算。算。1 1、正確理解多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸、正確理解多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器的電路組成及工作原理。發(fā)器的電路組成及工作原理。2 2、

2、掌握多諧、單穩(wěn)、施密特觸發(fā)器、掌握多諧、單穩(wěn)、施密特觸發(fā)器MSIMSI器件的邏輯器件的邏輯功能及主要指標(biāo)計算。功能及主要指標(biāo)計算。3 3、掌握、掌握555555定時器的工作原理。定時器的工作原理。教學(xué)基本要求教學(xué)基本要求上海第二工業(yè)大學(xué)上海第二工業(yè)大學(xué)8.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器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 電路在沒有觸發(fā)信號作用時處于一種穩(wěn)定狀態(tài)。電路在沒有觸發(fā)信號作用時處于一種穩(wěn)定狀態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特點：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)

3、器的工作特點： 在外來觸發(fā)信號作用下，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)在外來觸發(fā)信號作用下，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài); ; 由于電路中由于電路中RC延時環(huán)節(jié)的作用，暫穩(wěn)態(tài)不能長保持延時環(huán)節(jié)的作用，暫穩(wěn)態(tài)不能長保持,經(jīng)過一段時間后，電路會自動返回到穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)的經(jīng)過一段時間后，電路會自動返回到穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間僅取與持續(xù)時間僅取與RC參數(shù)值有關(guān)。參數(shù)值有關(guān)。8.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MSI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555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時器

4、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)器的分類分類工作特點劃分工作特點劃分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. 電路電路CMOS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正脈沖觸發(fā)正脈沖觸發(fā)穩(wěn)態(tài)為穩(wěn)態(tài)為0負(fù)脈沖觸發(fā)負(fù)脈沖觸發(fā)vI - - + + R vO G2 & C D vI2 vC 1 Rd Cd G1 vd vO1 vI - - + + 1 vO1 vO G2 G1 C D R VDD v

5、I2 vC 1 Rd Cd vd 電路處于一種穩(wěn)態(tài)：電路處于一種穩(wěn)態(tài)： o =0 c =0a)a)沒有觸發(fā)信號時沒有觸發(fā)信號時， I=0設(shè)定設(shè)定CMOS反相器的閾值電壓反相器的閾值電壓2THDDVV 工作原理：工作原理： - - + + 1 vO1 vO G2 G1 C D R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd 0 00 01 11 10 0 vI 0 t vd 0 t vO1 vO vI2 0 t t t 0 VTH VDD t1 t2 0 01100b)b)外加觸發(fā)信號外加觸發(fā)信號 d d VTH迅速使迅速使 o1 = 0， o =1電路進入暫穩(wěn)態(tài)電路進入暫穩(wěn)態(tài)vI=0vI

6、=1 vI 0 t vd 0 t vO1 vO vI2 0 t t t 0 VTH VDD t1 t2 0 01100 - - + + 1 vO1 vO G2 G1 C D R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd 1 11 10 00 01 11 1001 I2c)c)電容充電電容充電0 00 01 11 10 0 tw0.7RC （1） 輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度tw(2) 恢復(fù)時間恢復(fù)時間tre tre 3 (3) 最高工作頻率最高工作頻率 fmax 3 3、 主要參數(shù)的計算主要參數(shù)的計算 =RCTHDDDDw0VVVlnRCt- - - = RCln2rew11ttTfmin

7、max+ + vI 0 t vd 0 t vO1 vO vI2 0 t t t 0 VTH VDD t1 t2 0 01100twtre4. 4. 討論討論b)用用TTL門電阻門電阻R的取值可以是任意的嗎？的取值可以是任意的嗎？a)在暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束在暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束(t= t2)瞬間，門瞬間，門G2的輸入電壓的輸入電壓 I2達到達到VDD+VTH，可能損壞，可能損壞G2門，怎么辦？門，怎么辦？ 采用采用TTL與非門構(gòu)成與非門構(gòu)成單穩(wěn)電路時，電阻單穩(wěn)電路時，電阻R要小于要小于0.7k , 以保證穩(wěn)態(tài)時以保證穩(wěn)態(tài)時G2門門輸入是低電平輸入是低電平。 vO1 G1 1 1 G2 C vI R VDD vO C

8、d Rd vO 1 G3 VD8.1.2 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) 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)信號控制電路觸發(fā)信號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：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 & G4 & a G5 & 1 G

9、6 & Cext Rext Rint Rint G7 1 G8 1 G9 1 Q Q 觸發(fā)信號控制電路觸發(fā)信號控制電路 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 Rext/Cext 74121功能表功能表 HHQA1A2BQL HL LHL LLHHH LHHHHHHL L邏輯功能表邏輯功能表8種輸入狀態(tài)不變種輸入狀態(tài)不變不可觸發(fā)，保持穩(wěn)態(tài)不變不可觸發(fā)，保持穩(wěn)態(tài)不變 A1、A2中有一個或兩個為中有一個或兩個為低電平，在低電平，在B端輸入上升沿時電端輸入上升沿時電路被觸發(fā)路被觸發(fā) B =1時，時，A1、A2 中有一個中有一個或兩個從高電平變化到低電平

10、，或兩個從高電平變化到低電平，電路被觸發(fā)電路被觸發(fā) BA1A2G1& G2& G3& G4 & aQ穩(wěn)態(tài)時穩(wěn)態(tài)時Q=0=118.1.3 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. 定時定時 該電路可用于頻率計該電路可用于頻率計 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 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

11、vI t t1 0 t tw1 tw1 vO1 0 t tw2 tw2 vO 0 2. 延時延時4. 組成噪聲消除電路組成噪聲消除電路 單穩(wěn)觸發(fā)器的輸出脈寬應(yīng)大于噪聲寬度而小于信號脈寬，才可單穩(wěn)觸發(fā)器的輸出脈寬應(yīng)大于噪聲寬度而小于信號脈寬，才可消除噪聲。消除噪聲。 如用帶毛刺的如用帶毛刺的CP作為下降沿觸發(fā)的計數(shù)器觸發(fā)脈沖作為下降沿觸發(fā)的計數(shù)器觸發(fā)脈沖,干擾加干擾加入入,就會造成計數(shù)錯誤。就會造成計數(shù)錯誤。 CP Q CP 噪聲噪聲 C R VCC Cext Rext/Cext 7412A1 A2 B CP Q 1D C1 R Q CP 上海第二工業(yè)大學(xué)上海第二工業(yè)大學(xué)8.2施密特觸發(fā)器施密特

12、觸發(fā)器8.2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器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1、施密特觸發(fā)器電壓傳輸特性及工作特點：、施密特觸發(fā)器電壓傳輸特性及工作特點： 施密特觸發(fā)器屬于電平觸發(fā)器件，當(dāng)輸入信號達到某一定電施密特觸發(fā)器屬于電平觸發(fā)器件，當(dāng)輸入信號達到某一定電壓值時，輸出電壓會發(fā)生突變。壓值時，輸出電壓會發(fā)生突變。 電路有兩個閾值電壓。電路有兩個閾值電壓。 輸入信號增加和減少時，電路的閾值輸入信號增加和減少時，電路的閾值電壓分別是正向閾值電壓電

13、壓分別是正向閾值電壓（VT+）和負(fù)閾值電壓（）和負(fù)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 VOL oVT+ vO VOH VOL VT- - vI 回差電壓：回差電壓：VT= VT+-VT-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： 2T

14、HDDVV O211I2121I + + + + + RRRRRR(1) I上升上升當(dāng)當(dāng)vI1=0， = 0VvO 正向閾值電壓正向閾值電壓 (VT+): I 值在值在增加過程中，使輸出電壓產(chǎn)生跳增加過程中，使輸出電壓產(chǎn)生跳變時所對應(yīng)變時所對應(yīng) I 的值。的值。只要只要 I1 2/3*Ucc1/3*Ucc10導(dǎo)通導(dǎo)通1/3*Ucc1保持不變保持不變保持不變保持不變2/3*Ucc1/3*Ucc11截止截止8.4.2 用用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 VCC 5k UCO UTH C1 5k UTR C2 5k D T S R RD & & & 1 G

15、3 vO G1 G2 vI如何改變電路的閾值電壓和回差電壓如何改變電路的閾值電壓和回差電壓? vI VCC 2 3 VCC 1 3 O vO O t t vO O VCC/3 vI 2VCC/3 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用施密特觸發(fā)器的應(yīng)用波形變換波形變換 t 1 3 VCC 2 3 VCC vI 0 t vO VO H 0 o vI vO1 VOH VOL VT+VT_ VCC VCC RD 555 UTH UTR vI vO 0.01 F D OUT UCO GND VC C1vO2R 波形產(chǎn)生電路波形產(chǎn)生電路( (多諧振蕩器多諧振蕩器 ) C Cv vo ov vI IR R1 1 VCC VC

16、C RD 555 UTH UTR vI vO 0.01 F D OUT UCO GND RC 波形產(chǎn)生電路波形產(chǎn)生電路( (多諧振蕩器多諧振蕩器 ) VCC 8 4 555 6 2 R 0.01 F 7 3 5 1 C 1、電路組成電路組成 TC1C2+-+(4)RS&5 k 5 k 5 k &1RDVCC(8)G(1)(2)(5)(6)(7)vovoVVCR v vo ov vI IV VT+T+V VT_T_V VOLOLV VOHOHT T1 1T T2 20 0t t0 0t t波形參見波形參見EDA文件文件555簡單多諧振蕩器簡單多諧振蕩器.ewbv vo ov vI

17、 IV VT+T+V VT_T_V VOLOLV VOHOHT T1 1T T2 20 0t t0 0t t12DDTT+DDTTDDTT+DDTT-lnln()lnTTTVVVRCRCRVVVVVCVVVV-+-+-+-電路的頻率可變電路的頻率可變?占空比可變占空比可變?如何改變占空比如何改變占空比?8.4.3 用用555定時器定時器組成組成多諧振蕩器多諧振蕩器1、電路組成電路組成 TC1C2+-+(4)RS&5 k 5 k 5 k &1RDVCC(8)G(1)(2)(5)(6)(7)vovoC)(-CCV1R2RUccRDTHTRGND UcoR1R2C1CUccuoOUT

18、波形參見波形參見EDA文件文件555多諧振蕩器多諧振蕩器.ewb1 1、）、）電路第一暫態(tài)，輸出為電路第一暫態(tài)，輸出為1 1。電容充電，電路轉(zhuǎn)換到。電容充電，電路轉(zhuǎn)換到第二暫態(tài)第二暫態(tài), ,輸出為輸出為0 02 2、）、）電路第二暫穩(wěn)態(tài)，電容放電，電路轉(zhuǎn)換到第一暫態(tài)電路第二暫穩(wěn)態(tài)，電容放電，電路轉(zhuǎn)換到第一暫態(tài) TC1C2+-+(4)RS&5 k 5 k 5 k &1RDVCC(8)G(1)(2)(5)(6)(7)vovoC)(-CCV1R2R1 12、工作原理、工作原理0 0 1 1V0 0V3、工作波形與振蕩頻率計算工作波形與振蕩頻率計算tPL=R2C1n20.7R2C tp

19、H = (R1+R2)C1n20.7(R1+R2)C PLPH1211.43(2)fttRR C+ VCC vC vO 0.01 F C 8 4 555 7 6 2 3 5 1 R1 R2 vC VCC 2 3 VCC 1 3 O vO O tPL tPH t t 4、用用555定時器組成定時器組成占空比可的調(diào)多諧振蕩器占空比可的調(diào)多諧振蕩器 TC1C2+-+(4)RS&5 k 5 k 5 k &1RDVCC(8)G(1)(2)(5)(6)(7)vovo RA RB R1 R2 R3 D2 C vC D1 8 4 7 6 2 1 5 3 555 VCC vO 0.01 F C)

20、(-CCVR1R2R34、用用555定時器組成定時器組成占空比可的調(diào)多諧振蕩器占空比可的調(diào)多諧振蕩器tPL=RBC1n20.7RBC tpH = RAC1n20.7RAC RA RB R1 R2 R3 D2 C vC D1 8 4 7 6 2 1 5 3 555 VCC vO 0.01 F C)RR(.ttfB+ + + + ApLpH4311%(%)q100A + + B BA AR RR RR R8.4.4 用用555定時器定時器組成組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 1、電路、電路VCC VCC vI R vO 0.01 F C vC 8 4 555 7 6 2 3 5 1 5k vIC vI1 C1 5k vI2 C2 5k v O T S R RD & & & 1 G vO vI穩(wěn)態(tài)為穩(wěn)態(tài)為0正正常常狀狀態(tài)態(tài)1負(fù)脈沖觸發(fā)負(fù)脈沖觸發(fā)外加觸