數(shù)字電子技術(shù)

數(shù)字電子技術(shù)1第1頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六第十章脈沖波形的產(chǎn)生和整形§10.1概述§10.2施密特觸發(fā)器§10.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器§10.4多諧振蕩器§10.5555定時器及其應(yīng)用2第2頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六學(xué)習(xí)脈沖電路的分析方法.本章要點掌握555定時器的電路結(jié)構(gòu)、工作原理，以及由它組成的單穩(wěn)態(tài)、史密特觸發(fā)器、方波發(fā)生器的典型電路.3第3頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六§10.1概述數(shù)字電路區(qū)別于模擬電路的主要特點之一是：它的工作信號是離散的脈沖信號。最常用的脈沖信號是方波(矩形波)。如何產(chǎn)生方波以及對不理想的方波如何整形，是本章討論的重點。4第4頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六脈沖周期

T脈沖幅度

脈沖寬度:上升沿到下降沿上升時間：下降時間:占空比q:脈沖寬度與脈沖周期的比值：矩形脈沖主要參數(shù)5第5頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六§10.2施密特觸發(fā)器特點：1、輸入信號從低電平上升的過程中，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時對應(yīng)的輸入電平，與輸入信號從高電平下降過程中對應(yīng)的輸入轉(zhuǎn)換電平不同。2、電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，通過電路內(nèi)部的正反饋使輸出電壓波形邊沿陡峭。6第6頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六10.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器VT+：輸入電壓上升時所對應(yīng)的轉(zhuǎn)換電壓。（正向閾值電壓）VT-：輸入電壓下降時所對應(yīng)的轉(zhuǎn)換電壓。（負(fù)向閾值電壓）7第7頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六8第8頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六9第9頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六回差電壓10第10頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六一、用于波形變換10.2.3施密特觸發(fā)器應(yīng)用舉例10.2.2集成施密特觸發(fā)器11第11頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六二、用于脈沖整形12第12頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六三、用于脈沖鑒幅只有那些幅度大于VT+的脈沖會產(chǎn)生輸出信號。13第13頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六§10.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器簡稱單穩(wěn)。穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)暫穩(wěn)態(tài)由外界觸發(fā)自動返回①穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個狀態(tài)。②暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間后，自動返回穩(wěn)態(tài)。③暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數(shù)。特點：整形、延時、定時14第14頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六0tuiuo1uAuo20t0t0tt1當(dāng)ui

發(fā)生正跳變后,uo1跟著負(fù)跳變;但uA不能突變，uo2立即下跳。在ui正脈沖到來以前，uo1是高電平，uo2是高電平。10.3.1用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一、積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器uo1uo2RC12uiA&15第15頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六0tuiuo1uAuo20t0t0tt1uo1下跳后，C放電，uA下降。UTuA=UT時，uo2上跳。之后uA繼續(xù)下降。uo1uo2RC12uiA16第16頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六0tuiuo1uAuo20t0t0tt1UTuo1uo2RC12uiAtw在ui合理的配合下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖（uo2）的寬度tw，取決于電容的放電速度。即R、C參數(shù)的大小。Ui正脈沖過后，uo1隨后恢復(fù)高電平。C充電。17第17頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六uA0tUTuo20t0tuiuo10tt1t2

回答:有!…...討論:對C

的放電快慢有無約束?t3若的C放電速度太慢，在t1

~t3

期間,uA>UT

,則uo2

低電平寬度不再受RC的控制。必須改進(jìn)電路!0111uo1uo2RC12uiA18第18頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六二、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器19第19頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六20第20頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六21第21頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六微分型單穩(wěn)控制附加電路10.3.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出緩沖電路22第22頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六穩(wěn)態(tài)下降沿觸發(fā)上升沿觸發(fā)23第23頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六外接定時元件引腳內(nèi)部電阻引腳24第24頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六不可重復(fù)觸發(fā)型與可重復(fù)觸發(fā)型圖（a）為不可重復(fù)型觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器該電路在觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)期間如再次受到觸發(fā)，對原暫穩(wěn)態(tài)時間沒有影響，輸出脈沖寬度tw仍從第一次觸發(fā)開始計算。圖（b）為可重復(fù)觸發(fā)型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器該電路在觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)期間如再次被觸發(fā)，則輸出脈沖寬度可在此前暫穩(wěn)態(tài)時間的基礎(chǔ)上再展寬tw。因此，采用可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器時能比較方便地得到持續(xù)時間更長的輸出脈沖寬度。25第25頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六1.脈沖延時單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的主要應(yīng)用是整形、定時和延時。單穩(wěn)電路的延時作用如果需要延遲脈沖的觸發(fā)時間，可利用單穩(wěn)電路來實現(xiàn)。uO的下降沿比uI的下降沿延遲了tw的時間。10.3.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用26第26頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六2.脈沖定時單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠產(chǎn)生一定寬度tw的矩形脈沖，利用這個脈沖去控制某一電路，則可使它在tw時間內(nèi)動作(或者不動作)。27第27頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六3.整形單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠把不規(guī)則的輸入信號vI，整形成為幅度和寬度都相同的標(biāo)準(zhǔn)矩形脈沖vO。vO的幅度取決于單穩(wěn)態(tài)電路輸出的高、低電平，寬度tW決定于暫穩(wěn)態(tài)時間。28第28頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六QAQCQBQDCPCLRRS0S1QAQCQBQDCPCLRRABCDEFGH74LS194(1)74LS194(2)R2C2AQ2R1C1AQ1B+5V移位輸入DW1DW2時鐘S1S0例如“延時控制”29第29頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六CPABCDEFGHQ1Q2t0t1t2t3用波形圖表示如下:30第30頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六CPABCDEFGHQ1Q2t0t1t2t3用波形圖表示如下:移位寄存器清零H燈上升沿觸發(fā)Q1Q1的下降沿觸發(fā)Q2移位寄存器串行輸入為1循環(huán)重新開始

31第31頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六一.電路合理選擇Rf1、Rf2，使靜態(tài)時門電路工作在電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)或線性區(qū)。10.4.1對稱式多諧振蕩器§10.4多諧振蕩器1．多諧振蕩器沒有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。2．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(chǎn)生自激振蕩，無需外觸發(fā)。3．輸出周期性的矩形脈沖信號，由于含有豐富的諧波分量，故稱作多諧振蕩器。32第32頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六只要恰當(dāng)?shù)剡x取值，就能夠使靜態(tài)工作點P剛好位于電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)。33第33頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六二、工作原理34第34頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六矩形脈沖的振蕩周期為

T≈1.3RFC35第35頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六1.最簡單的環(huán)形振蕩器

利用集成門電路的傳輸延遲時間，將奇數(shù)個反相器首尾相連便可構(gòu)成最簡單的環(huán)形振蕩器。該電路沒有穩(wěn)定狀態(tài)。

如此周而復(fù)始，便產(chǎn)生了自激振蕩。振蕩周期T=2ntpd。10.4.2環(huán)形振蕩器優(yōu)點:電路結(jié)構(gòu)簡單,所用元件少。缺點:頻率太高,并且不可調(diào)整。36第36頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六2.RC環(huán)形振蕩器37第37頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六T=2.2RC38第38頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六10.4.3石英晶體多諧振蕩器一、石英晶體的電抗頻率特性和符號電容性電容性電感性振蕩頻率為f0二、石英晶體多諧振蕩器12R1R2C1C2uo石英晶體石英晶體振蕩器常用作數(shù)字系統(tǒng)的基準(zhǔn)信號。通常選用振蕩頻率為32768HZ的石英晶體諧振器，因為32768＝215，將32768HZ經(jīng)過15次二分頻，即可得到1HZ的時鐘脈沖作為計時標(biāo)準(zhǔn)。39第39頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六10.4.4用施密特觸發(fā)器組成的多諧振蕩器想法：使輸入電壓在和之間不停地往復(fù)變化?！餠T-VT+ViVOVIVOttVT+VT-40第40頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六§10.5555定時器及其應(yīng)用

555定時器是將模擬電路和數(shù)字電路集成于一體的電子器件。在波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制、家用電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中都得到了應(yīng)用。10.5.1555定時器的工作原理

555定時器的內(nèi)部電路包括以下幾部分:一個由三個相等電阻組成的分壓器;兩個電壓比較器:A1、A2

;一個RS觸發(fā)器;一個反相器和一個晶體管T等。具體的結(jié)構(gòu)見后圖。41第41頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六電阻分壓器電壓比較器基本RS觸發(fā)器放電管T緩沖器閾值端觸發(fā)端控制電壓輸入端當(dāng)CO懸空：UR1＝2/3VCC，UR2＝1/3VCC當(dāng)CO＝VCO：UR1＝VCO，UR2＝1/2VCO

42第42頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六功能表43第43頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六10.5.2用555定時器接成的施密特觸發(fā)器8435126F44第44頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六時：時：不變以后：①分析vI從0開始升高的過程：45第45頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六當(dāng)以后：回差電壓：②從高于開始下降的過程：時：當(dāng)時：不變46第46頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六10.5.3用555定時器接成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器47第47頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六1、穩(wěn)態(tài)時：①電容充電：T截止。2、暫態(tài)：②電容放電：充到后，T放電。48第48頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六10.5.4用555定時器接成的多諧振蕩器49第49頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCCuC0tVCC

/32VCC

/30tuo輸出波形○50第50頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六設(shè)電容C原先未充電,故TH=TR<VCC/3,此時uo

=1,555內(nèi)的晶體管T截止,電源通過R1

和R2

對電容C充電。uC0tVCC

/32VCC

/30tuo在uC沒有充電到2VCC/3之前,uo

保持

1不變。48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC51第51頁，共56頁，2023年，2月20日，星期六uC0tVCC

/32VCC

/30tuouC一旦充至2VCC/3，則TH=TR=2VCC

/3、uo由1翻轉(zhuǎn)為0。同時555內(nèi)的晶體管T導(dǎo)通,電容C經(jīng)R2、T放電,一直至VCC

/3，使得uo

回到1,進(jìn)入循環(huán)...t1t2t3在uC沒有充電到2VCC/3之前,uo

保持

1不變。481623