第7章-由555定时器构成多谐振荡器

单稳态触发器在数字电路中一般用于单稳态触发器在数字电路中一般用于（产生一定宽度的矩形波）、（产生一定宽度的矩形波）、（把不（把不规则的波形转换成宽度、幅度都相等的波形）规则的波形转换成宽度、幅度都相等的波形）以及以及（把输入信号延迟一定时间后输出）（把输入信号延迟一定时间后输出）等。等。单稳态触发器具有下列特点：单稳态触发器具有下列特点：（1）电路有一个稳态和一个暂稳态。）电路有一个稳态和一个暂稳态。（2）在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻）在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。转到暂稳态。（3）暂稳态是一个不能长久保持的状态，经）暂稳态是一个不能长久保持的状态，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间与触发脉冲无关，仅决定于电路态的持续时间与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。本身的参数。7.1 单稳态触发器单稳态触发器一、一、集成单稳态触发器集成单稳态触发器 集成单稳态触发器除了少数集成单稳态触发器除了少数用于定时用于定时的电阻、电容的电阻、电容需要外接需要外接以外，其它电路都集成在一个芯片上，而且以外，其它电路都集成在一个芯片上，而且电路还附加了上升沿与下降沿触发控制功能，有的还电路还附加了上升沿与下降沿触发控制功能，有的还带有清零功能，带有清零功能，具有温度稳定性好、使用方便等优点，具有温度稳定性好、使用方便等优点，在数字系统中得到了广泛的应用。在数字系统中得到了广泛的应用。下面我们对集成单稳态触发器中的典型产品下面我们对集成单稳态触发器中的典型产品74121的的功能和使用方法作简要的介绍。功能和使用方法作简要的介绍。图图 7-174121的引脚图的引脚图12NC3A14A25B6Q7GND141312111098UCCNCNCRext/CextCextRintNCQ74121是一种典型的是一种典型的TTL集成单稳态触发器集成单稳态触发器表表7-1 74121的功能表的功能表在稳定状态下，单在稳定状态下，单稳态触发器的输出稳态触发器的输出Q=0；当当有触发脉冲有触发脉冲作用作用时，电路进入暂稳时，电路进入暂稳态，态，Q=1 。1 触发方式触发方式 由由74121的功能表表的功能表表7-1可知，可知，触发信号可以加在触发信号可以加在A1、A2或或B中的任意一端。其中中的任意一端。其中A1、A2端是下降沿触发，端是下降沿触发，B端是上升沿触发。端是上升沿触发。触发方式可以概括为以下三种：触发方式可以概括为以下三种：在在A1或或A2端用下降沿触发，这时要求另外两个输入端必端用下降沿触发，这时要求另外两个输入端必须为高电平；须为高电平；A1和和A2端同时用下降沿触发，并且端同时用下降沿触发，并且B端为高电平；端为高电平；在在B端用上升沿触发，同时端用上升沿触发，同时A1和和A2中至少有一个是低电平。中至少有一个是低电平。图图7-2为集成单稳态触发器为集成单稳态触发器74121 的工作波形。的工作波形。图图 7-2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器74121的工作波形的工作波形TWTWTWTWt0Qt0Bt0A2t0A1 2 定时定时 集成单稳态触发器集成单稳态触发器74121的输出脉冲宽度：的输出脉冲宽度：取决于定时电阻和定时电容的大小。取决于定时电阻和定时电容的大小。定时定时电容电容接在接在74121的的10、11脚之间脚之间，如果使用的是，如果使用的是电解电容，电解电容，10脚脚Cext接电容的正极。接电容的正极。定时定时电阻电阻，使用者可以有两种选择：，使用者可以有两种选择：一种是使用芯片一种是使用芯片内部内部2 k的定时电阻，此时要将的定时电阻，此时要将9脚脚Rint接到电源接到电源UCC（14脚）上，脚）上，如图如图7-3（a）所示；如果要）所示；如果要获得较宽的输获得较宽的输出脉冲，出脉冲，可采用可采用外部定时电阻，将电阻接在外部定时电阻，将电阻接在11脚脚Rext/Cext和和14脚脚UCC之间之间，如图，如图7-3（b）所示。）所示。图图 7-3 74121的外部连接方法的外部连接方法(a)使用内部电阻使用内部电阻(上升沿触发上升沿触发)；(b)使用外接电阻使用外接电阻(下降沿触发下降沿触发)74121GNDA1A2BCext5437Rext/CextRintUCCCext1011914UCCQ61Q(a)74121GNDA1A2BCext5437Rext/CextRintUCCCext1011914UCCQ61Q(b)UCCRext74121的输出脉冲宽度可以用下式进行计算：的输出脉冲宽度可以用下式进行计算：RCTw7.0(7-19)其中其中,定时电阻定时电阻R的取值范围可以从的取值范围可以从1.4 k到到40 k，定时，定时电容电容C的取值范围可以从的取值范围可以从0到到1000 F。通过选择适当的电阻、。通过选择适当的电阻、电容值，电容值，输出脉冲的宽度可以在输出脉冲的宽度可以在30 ns28 s范围内改变。范围内改变。3 74121具有不可重触发性具有不可重触发性 根据触发特性，集成单稳态触发器可以分为可重触发单稳态根据触发特性，集成单稳态触发器可以分为可重触发单稳态触发器和不可重触发单稳态触发器两种。这两种触发器的主要触发器和不可重触发单稳态触发器两种。这两种触发器的主要区别是：区别是：可重触发单稳态触发器在暂稳态期间，可重触发单稳态触发器在暂稳态期间，只要有新的触发脉冲只要有新的触发脉冲作用，电路就会被重新触发，作用，电路就会被重新触发，使电路的使电路的暂稳态暂稳态过程过程延长延长；不可重触发单稳态触发器在暂稳态期间，将不可重触发单稳态触发器在暂稳态期间，将不接受新的触发不接受新的触发脉冲脉冲的作用，只有当其返回到稳态后，才会被触发脉冲重新触的作用，只有当其返回到稳态后，才会被触发脉冲重新触发。发。74121属于不可重触发单稳态触发器。属于不可重触发单稳态触发器。图图 7-19 两种单稳态触发器的工作波形两种单稳态触发器的工作波形(a)可重触发器稳态触发器的工作波形；可重触发器稳态触发器的工作波形；(b)不可重触发单稳态触发器的工作波形不可重触发单稳态触发器的工作波形t0uIt0uOt1t2TWTW(a)t0uIt0uOTWTW(b)上升沿触发上升沿触发下升沿触发下升沿触发 集成单稳态触发器除集成单稳态触发器除74121以外，还有其它一些产品。以外，还有其它一些产品。TTL集成单稳态触发器中还有集成单稳态触发器中还有74LS221、74LS122、74LS123等，其等，其中中74LS221属于属于不可重触发不可重触发单稳态触发器，单稳态触发器，74LS122、74LS123属于属于可重触发可重触发单稳态触发器，单稳态触发器，在在74LS221、74LS123中都有两个中都有两个单稳态触发器。单稳态触发器。MC14528是是CMOS集成单稳态触发器中的典型集成单稳态触发器中的典型产品，产品，属于可重触发单稳态触发器。另外，有些集成单稳态触属于可重触发单稳态触发器。另外，有些集成单稳态触发器（如发器（如74LS221、74LS122、74LS123、MC14528）上还设有）上还设有清零端，通过清零端，通过在清零端输入低电平可以立即终止暂稳态过程在清零端输入低电平可以立即终止暂稳态过程，恢复稳定状态。恢复稳定状态。二、单稳态触发器的应用二、单稳态触发器的应用 1 脉冲定时脉冲定时 由于单稳态触发器能够产生一定宽度由于单稳态触发器能够产生一定宽度Tw的矩形脉冲，因此的矩形脉冲，因此在数字系统中在数字系统中常用它来控制其它一些电路在常用它来控制其它一些电路在Tw这段时间内动作这段时间内动作或不动作，或不动作，从而起到定时的作用。从而起到定时的作用。例如，在图例如，在图7-4中，将单稳态触发器的输出脉冲作为与门的一中，将单稳态触发器的输出脉冲作为与门的一个输入，去控制与门另一个输入端的信号个输入，去控制与门另一个输入端的信号clk能否从与门输出。能否从与门输出。如果在与门的输出端再加一个计数器并将如果在与门的输出端再加一个计数器并将Tw调整到调整到1 s，就可以，就可以测出信号测出信号clk的频率。的频率。图图 7-4 单稳态触发器做定时控制的应用单稳态触发器做定时控制的应用(a)电路图；电路图；(b)波形图波形图t0clkt0uOt0uO1TWt0uI(b)(a)74121A1A2BCextRext/CextQQuI345UCC1011UCCRextCext16uO1&uOclk 2 脉冲延时脉冲延时 在数字系统中，有时要求将某个脉冲宽度为在数字系统中，有时要求将某个脉冲宽度为T0的的信号延迟一段时间信号延迟一段时间T1后再输出。后再输出。利用单稳态触发器可利用单稳态触发器可以很方便地实现这种脉冲延时，以很方便地实现这种脉冲延时，其实现电路和波形图其实现电路和波形图如图如图7-5所示。所示。图中，图中，T1=TW1 0.7R1C1，T0=TW2 0.7R2C2。图图 7-5 单稳态触发器脉冲延迟的应用单稳态触发器脉冲延迟的应用(a)电路图；电路图；(b)波形图波形图(a)74121()A1A2BCextRext/CextQQuI345UCC1011UCCR1C116uO174121()A1A2BCextRext/CextQQ345UCC1011UCCR2C216uO0uItT00uO1tTW10uOt(b)TW2图图 7-6单稳态触发器脉冲延迟的应用单稳态触发器脉冲延迟的应用(a)电路图；电路图；(b)波形图波形图7.2 由由555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器1 1、555定时器定时器1&COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C2G1G2G3T+2658437RQQ电平触发端电平触发端电压控制端复位端电平有效放电端4.516V1&COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C2G1G2G3T+2658437RQQ001R=0时，Q=1，uo=0，T导通。1&COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C2G1G2G3T+2658437RQQR=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。2VCC/3VCC/3000111&COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C2G1G2G3T+2658437RQQR=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。2VCC/3VCC/310011R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=1、C2=1，Q、Q不变，uo不变，T状态不变。1101&COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C2G1G2G3T+2658437RQQR=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。2VCC/3VCC/311100R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=1、C2=1，Q、Q不变，uo不变，T状态不变。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=1、C2=0，Q=0、Q=1，uo=1，T截止。4.3 施密特触发器施密特触发器1 施密特触发器施密特触发器施密特触发器是一种能够把施密特触发器是一种能够把输入波形整形成输入波形整形成为为适合于数字电路需要的适合于数字电路需要的矩形脉冲矩形脉冲的电路。的电路。Rui8 46 7 555 32 5 1uo1+VCCuiuott00(a)电路(b)工作波形+VCC1uouCOUT+UT2VCC/3VCC/3控制电压调节回差1&COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C2G1G2G3T+2658437RQQ由由555定时器构成的施密特触发器定时器构成的施密特触发器（1）当 ui0 时，由于比较器 C1=1、C2=0，触发器置 1，即 Q1、0Q，uo1uo1。ui升高时，在未到达 2VCC/3 以前，uo1uo1 的状态不会改变。Rui8 46 7 555 32 5 1uo1+VCCuiuott00(a)电路(b)工作波形+VCC1uouCOUT+UT2VCC/3VCC/3控制电压调节回差（1）当 ui0 时，由于比较器 C1=1、C2=0，触发器置 1，即 Q1、0Q，uo1uo1。ui升高时，在未到达 2VCC/3 以前，uo1uo1 的状态不会改变。（2）ui升高到 2VCC/3 时，比较器 C1输出为 0、C2输出为 1，触发器置 0，即Q0、1Q，uo1=uo=0。此后，ui上升到 VCC，然后再降低，但在未到达VCC/3 以前，uo1uo0 的状态不会改变。Rui8 46 7 555 32 5 1uo1+VCCuiuott00(a)电路(b)工作波形+VCC1uouCOUT+UT2VCC/3VCC/3控制电压调节回差（1）当 ui0 时，由于比较器 C1=1、C2=0，触发器置 1，即 Q1、0Q，uo1uo1。ui升高时，在未到达 2VCC/3 以前，uo1uo1 的状态不会改变。（2）ui升高到 2VCC/3 时，比较器 C1输出为 0、C2输出为 1，触发器置 0，即Q0、1Q，uo1=uo=0。此后，ui上升到 VCC，然后再降低，但在未到达VCC/3 以前，uo1uo0 的状态不会改变。施密特触发器的应用施密特触发器的应用CMOSMOC 等正弦波振荡器11(a)慢输入波形的 TTL 系统接口(b)整形电路的输入、输出波形输入输出UT+UT1输入输出UT+UT(c)幅度鉴别的输入、输出波形(d)多谐振荡器CRucuouo本节小结：施密特触发器是一种能够把输入波施密特触发器是一种能够把输入波形整形成为适合于数字电路需要的矩形形整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲的电路。而且由于具有滞回特性，脉冲的电路。而且由于具有滞回特性，所以抗干扰能力也很强。所以抗干扰能力也很强。施密特触发器可以由分立元件构成，施密特触发器可以由分立元件构成，也可以由门电路及也可以由门电路及555定时器构成。定时器构成。施密特触发器在脉冲的产生和整形施密特触发器在脉冲的产生和整形电路中应用很广。电路中应用很广。4.2 单稳态触发器单稳态触发器1&COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C2G1G2G3T+2658437RQQ由由555定时器构成的单稳态触发器定时器构成的单稳态触发器CRui8 47 3 6 5552 5 10.01FuoVCCuiuotttP00(a)电路(b)工作波形uct02VCC/3输 出 脉 冲 宽 度 tp。tp 1.1 R CCRui8 47 3 6 5552 5 10.01FuoVCCuiuotttP00uct02VCC/3接通接通VCC后瞬间，后瞬间，VCC通过通过R对对C充电，充电，当当uc上升到上升到2VCC/3时时，比较器比较器C1输出为输出为0，将触发器置，将触发器置0，uo0。这时。这时Q=1，放电管，放电管T导导通，通，C通过通过T放电，放电，电路进入稳态电路进入稳态。ui到来时，到来时，因为因为uiVCC/3，使使C20，触发器置，触发器置1，uo又由又由0变变为为1，电路进入暂稳态。电路进入暂稳态。由于此时由于此时Q=0，放电管，放电管T截止，截止，VCC经经R对对C充电。虽然此时触发脉冲已消失，比较器充电。虽然此时触发脉冲已消失，比较器C2的输出变为的输出变为1，但充，但充电继续进行，电继续进行，直到直到uc上升到上升到2VCC/3时，比较器时，比较器C1输出为输出为0，将触发，将触发器置器置0，电路输出，电路输出uo0，T导通，导通，C放电，电路恢复到稳定状态放电，电路恢复到稳定状态。1&COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C2G1G2G3T+2658437RQQCRui8 47 3 6 5552 5 10.01FuoVCCuiuotttP00(a)电路(b)工作波形uct02VCC/3uo&uiuAuo(a)电路示意图(b)波形图单稳态触发器uououiuAtp单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用uiuotp1&COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C2G1G2G3T+2658437RQQ3、由、由555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器CR1uc8 47 3 6 5552 5 10.01FuoVCCR2ucuotttP1tP20VCC/32VCC/30(a)电路(b)工作波形接通VCC后，VCC经R1和R2对C充电。当uc上升到2VCC/3时，uo=0，T导通，C通过R2和T放电，uc下降。当uc下降到VCC/3时，uo又由0变为1，T截止，VCC又经R1和R2对C充电。如此重复上述过程，在输出端uo产生了连续的矩形脉冲。CR1uc8 47 3 6 5552 5 10.01FuoVCCR2ucuotttP1tP20VCC/32VCC/30(a)电路(b)工作波形第一个暂稳态的脉冲宽度tp1，即uc从VCC/3充电上升到2VCC/3所需的时间：tp 10.7(R1+R2)C第二个暂稳态的脉冲宽度tp2，即uc从2VCC/3放电下降到VCC/3所需的时间：tp20.7R2C振荡周期：Ttp1tp20.7(R12R2)CC1R1uo18 47 3 6 5552 5 10.01Fuo1VCCR2(a)电路(b)工作波形C2R3uo28 47 3 6 5552 5 10.01Fuo2R4C将振荡器的输出电压uo1，接到振荡器中555定时器的复位端（4脚），当uo1为高电平时振荡器振荡，为低电平时555定时器复位，振荡器停止震荡。本节小结：多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。多谐振荡器可以由门电路构成，也可以由多谐振荡器可以由门电路构成，也可以由555定时定时器构成。由门电路构成的多谐振荡器和基本器构成。由门电路构成的多谐振荡器和基本RS触发器触发器在结构上极为相似，只是用于反馈的耦合网络不同。在结构上极为相似，只是用于反馈的耦合网络不同。RS触发器具有两个稳态，多谐振荡器没有稳态，所以触发器具有两个稳态，多谐振荡器没有稳态，所以又称为无稳电路。又称为无稳电路。在多谐振荡器中，由一个暂稳态过渡到另一个暂在多谐振荡器中，由一个暂稳态过渡到另一个暂稳态，其稳态，其“触发触发”信号是由电路内部电容充（放）电信号是由电路内部电容充（放）电提供的，因此无需外加触发脉冲。多谐振荡器的振荡提供的，因此无需外加触发脉冲。多谐振荡器的振荡周期与电路的阻容元件有关。周期与电路的阻容元件有关。555定时器是一种应用广泛、使用灵活的集成器件，定时器是一种应用广泛、使用灵活的集成器件，多用于脉冲产生、整形及定时等。多用于脉冲产生、整形及定时等。