电子技术基础之脉冲电路认知及应用课件

脉冲电路认知及应用脉冲电路认知及应用 项目八项目八 在在电电子子电电路路中中，电电源源、放放大大、振振荡荡和和调调制制电电路路被被称称为为模模拟拟电电子子电电路路，因因为为它它们们加加工工和和处处理理的的是是连连续续变变化化的的模模拟拟信信号号。电电子子电电路路中中另另一一大大类类电电路路的的数数字字电电子子电电路路。它它加加工工和和处处理理的的对对象象是是不不连连续续变变化化的的数数字字信信号号。数数字字电电子子电电路路又又可可分分成成脉脉冲冲电电路路和和数数字字逻逻辑辑电电路路，它它们们处处理理的的都都是是不不连连续续的的脉脉冲冲信信号号。脉脉冲冲电电路路是是专专门门用用来来产产生生电电脉脉冲冲和和对对电电脉脉冲冲进进行行放放大大、变变换换和和整整形形的的电电路路。家家用用电电器器中中的的定定时时器器、报报警警器器、电电子子开开关关、电电子子钟钟表表、电电子子玩玩具具以以及及电电子子医医疗疗器器具具等等，都都要用到脉冲电路。要用到脉冲电路。本本项项目目通通过过多多谐谐振振荡荡器器、555555触触摸摸延延时时开开关关及及双双色色LEDLED的的安安装装调调试试技技能能实实训训，引引出出波波形形产产生生电电路路单单稳稳态态触触发发器器、多多谐谐振振荡荡器器、施密特触发器及施密特触发器及555555时基电路的知识。时基电路的知识。v会装配、测试、调整多谐振荡器；会装配、测试、调整多谐振荡器；v能根据电路图安装用能根据电路图安装用555时基电路构成单稳态触发时基电路构成单稳态触发器、多谐振荡器，施密特触发器器、多谐振荡器，施密特触发器.技能目标技能目标1.理解脉冲信号的概念；理解脉冲信号的概念；2.了了解解多多谐谐振振荡荡器器、单单稳稳触触发发器器、施施密密特特触触发发器器的功能及基本应用；的功能及基本应用；3.了解了解555时基电路的引脚功能和逻辑功能；时基电路的引脚功能和逻辑功能；4.了解了解555时基电路在生活中的应用实例；时基电路在生活中的应用实例；5.掌掌握握模模/数数与与数数/模模转转换换的的性性能能指指标标，了了解解典典型型转换器芯片。转换器芯片。知识目标知识目标技能实训技能实训1：多谐振荡器搭建：多谐振荡器搭建技能实训技能实训2：555触摸延时开关制作触摸延时开关制作 技能实训技能实训3：基于：基于NE555的双色的双色LED制作制作 技能实训技能实训知识点知识点1：常见的脉冲产生电路：常见的脉冲产生电路知识点知识点2：555时基电路及应用时基电路及应用 知识点知识点3：AD/DA转换转换 知识链接知识链接1.认识电路认识电路2.元器件选择与测试元器件选择与测试3.电路制作与调试电路制作与调试4.电路测试与分析电路测试与分析技能实训技能实训1 1：多谐振荡器搭建多谐振荡器搭建 多谐振荡器是一种矩形脉冲波形产生电路，这种电路不需外加触发信号，便能产生一定频率和一定宽度的矩形脉冲，常用作脉冲信号源。由于矩形波含有丰富的多次谐波，故称为多谐振荡器。图8-1是由CD4011集成电路和少许外围阻容元件构成的一种多谐振荡电路。一、认识电路一、认识电路1电路工作原理（1）CD4011的外形与引脚排列如图8-2所示。图图8-2 CD4011外形与引脚排列（外形图外形与引脚排列（外形图/引脚图引脚图/真值表）真值表）（2）CD4011的引脚介绍：引脚序号标注功能释义引脚序号标注功能释义1A1数据输入端8A3数据输入端2B1数据输入端9B3数据输入端3Y1数据输出端10Y3数据输出端4Y2数据输出端11Y4数据输出端5B2数据输入端12B4数据输入端6A2数据输入端13A4数据输入端7VSS接地端14VDD电源正极 （3）工作原理 原理图如8-1所示，它由CD4011集成块内部两个与非门和外围两对R、C定时元件组成了一个多谐振荡器。电路的工作过程如下：接通电源后，与非门Q1和与非门Q2都工作在放大区，此时只要有一点的干扰，就会引起振荡。如干扰信号使1、2脚电位略有上升，就会发生以下正反馈过程：（从而使与非门Q1迅速饱和导通，与非门Q2迅速截止，电路进入一个暂稳态。同时，电容C1开始充电，C2开始放电，从而使5、6脚电压上升，1、2脚电压下降（V12、V56均按指数规律升、降）。由于电容C1有两个电流充电，使5、6脚先到阈值电压，从而引起下面正反馈过程：因而与非门Q2迅速导通，与非门Q1迅速截止，电路进入另一个暂稳状态。这时C2充电，C1放电，脚1、2电位会较快地升高到阈值电压，并引起下次正反馈过程，使电路重新回到与非门Q1导通，与非门Q2截止的暂稳状态。于是，电路将不停地振荡，就会输出矩形脉冲波。调节电位器，可以得到不同周期（频率）的矩形波。2实物图单孔印制电路板和多谐振荡器装接实物如图8-3所示。二、元器件的选择与测试二、元器件的选择与测试1根据电路原理图，从所给元器件袋中选择装配电路所需的元器件。按要求进行测试，并将测试结果填入表8-1中，筛选后，未用到的元器件测试结果填入表8-2中。（1）用万用表对电阻器进行测量，将测得实际阻值填入“测试结果”栏。（2）用万用表对电位器进行测量，将测得实际阻值填入“测试结果”栏。（3）用万用表测试、检查电容器好坏，识读相关参数，将识读结果填在表中。表表8-1 8-1 元器件清元器件清单序号名 称配件图号测试结果及型号规格1直插电阻R1用万用表测得的实际阻值为 。2直插电阻R2用万用表测得的实际阻值为 。3瓷片电容C1识读电容的参数是 。4瓷片电容C2识读电容的参数是 。5集成电路U1集成块型号是 。6集成电路插座DIP-87电位器R3用万用表测得的实际最大阻值为 。8电位器R4用万用表测得的实际最大阻值为 。9电源端子P110测试端子P2表表8-2 8-2 筛选后未用到的元器件后未用到的元器件序号名 称测试结果1电阻从色环上可读出其阻值为 。2电解电容容量是 ，耐压值是 V。3二极管型号为 ，有白色圈标记的为 极，正向导通时，红表笔接的是 极。三、电路制作与调试三、电路制作与调试1按电路原理图的结构在单孔印制电路板上绘制电路元器件的布局草图。2按工艺要求对元器件的引脚进行成形加工。3按布局图在连孔板上依次进行元器件的排列、插装。4按焊接工艺要求对元器件进行焊接，直到所有元器件连接并焊完为止。5焊接电源输入端子和输出端子。6.要求：（1）不漏装、错装，不损坏元器件。（2）无虚焊，漏焊和桥接，焊点表面要光滑、干净。（3）元器件排列整齐，布局合理，并符合工艺要求。注意：必须将集成电路插座DIP-14焊接在电路板上，再将集成块U1插在插座上；色环电阻器采用水平安装，贴紧印制电路板；电容采用立式安装，底部尽量贴紧印制电路板；电位器采用立式安装，底部尽量贴紧印制电路板。四、电路测试与分析四、电路测试与分析装接完毕并检查无误后，将稳压电源的输出电压调整为5V，对电路单元进行通电试验，如有故障应进行排除。先将示波器调好，然后调节R3、R4的阻值，用示波器观察输出测试点波形，并画出波形图。1画出最大周期波形。2画出最小周期波形。3画出最理想矩形波波形。1.认识电路认识电路2.元器件选择与测试元器件选择与测试3.电路制作与调试电路制作与调试4.电路测试与分析电路测试与分析技能实训技能实训2 2：555555触摸延时开关制作触摸延时开关制作 555集成电路，也称555时基电路，是一种中规模集成电路。它具有功能强、使用灵活、使用范围宽的特点。通常只需外接少许阻容元件，就可以组成各种不同用途的脉冲电路。可以用作脉冲波的产生和整形，也可以用于定时或延时控制，广泛地用于各种自动控制电路中。一、认识电路一、认识电路1电路工作原理 单稳态触发器电路由555定时器和外围阻容元件构成，可以实现触摸延时开关控制，常用于走廊灯控制电路中。电路原理图见8-4所示。基本工作原理是：在电源接通瞬间，通过RP1和R2向电容C1充电，当电压上升到电源电压的2/3时，触发器复位，第3 脚输出为低电平，内部放电管导通，电容C1放电，电路进入稳定状态，此时电源指示灯LED1发光，Q1截止，继电器不工作；当用手触摸金属触摸点，感应信号电压由C2加至触发输入端，使555进入暂稳态，3脚输出为高电平，此时指示灯LED1截止熄灭，工作指示灯LED2导通发光，三极管Q1导通，从而继电器线圈KM得电，开关起控，同时电源通过RP1和R2向电容C1充电，定时开始；当电容C1的电压上升到电源电压的2/3时，555时基电路第7脚导通，使C1放电，内部触发器复位，使第3脚由高电平变回到低电平，此时工作指示灯LED2截止熄灭、三极管Q1截止，从而继电器释放，定时结束，同时电源指示灯LED1导通发光，指示电路正常待命。图图8-4 555触摸延时开关电路原理图触摸延时开关电路原理图 分析：如图7-4所示为由9位拨码开关、74LS147、非门电路和显示电路组成的优先编码器。74LS147的引脚图如图7-3所示，其中第15脚NC为空。74LS147优先编码器有9个输入端和4个输出端。74LS147优先编码器的输入端和输出端都是低电平有效，即当某一个输入端为低电平0时，4个输出端就以低电平0的输出其对应的8421BCD编码。当9个输入全为1时，4个输出也全为1，代表输入十进制数“0”时的8421BCD编码输出。优先级别从高到低,如从拨码开关同时输入数据1、3、5、7、9时，74LS147只输出9的二进制BCD编码0110，通过反相器74LS04后，输出1001，发光二极管D1、D4发光。2实物图555触摸延时开关电路印制电路板和电路装接实物如图8-5所示。（a a）印制电路板）印制电路板 （b b）装接实例）装接实例图图8-5 8-5 555触摸延时开关电路触摸延时开关电路 二、元器件的选择与测试二、元器件的选择与测试1根据电路原理图，从所给元器件袋中选择装配电路所需的元器件。按要求进行测试，并将测试结果填入表8-4中，筛选后，未用到的元器件测试结果填入表8-5中。（1）用万用表对电阻器进行测量，将测得实际阻值填入“测试结果”栏。（2）用万用表测试、检查电容器（根据长短引脚填写正负极），读出耐压值、容量，将识读结果填在表中。（3）测试二极管：根据有标志的一端填写正负极，用万用表测量其导通截止，并注明所用档位，结果填在表中。（4）三极管的测试：管脚朝下，面对有文字的一面，从左到右依次为1、2、3号引脚，在表中填写b、e、c，并写出三极管的类型。表表8-4元器件清单元器件清单序号名 称配件图号测试结果1电解电容C1此电容的容量是 ，耐压值是 。2电容C2、C3此电容的容量是 。3玻璃二极管D1正向电阻是 ，反向电阻是 。4继电器KM型号是 ，工作电压是 ，交流负载参数是 。5发光二极管LED1、LED2长脚为 极，挡位打到 档，红表笔接 极，发光二极管发光。6直插三极管Q1型号为 ，1-，2-，3-，此三极管是 型。7直插电阻R2用万用表测得的实际阻值为 。8直插电阻R3、R4用万用表测得的实际阻值为 。9电位器RP1用万用表测得的实际最大阻值为 。10NE555U1集成块第一脚的标志是 。11触摸端子P3-12接线端子P1、P2-表表8-5 筛选后未用到的元器件筛选后未用到的元器件序号名 称测 试 结 果1直插电阻用万用表测得的实际阻值为 。2电解电容此电容的容量是 ，耐压值是 。4直插三极管型号为 ，此三极管是 型。5二极管型号为 ，有白色圈标记的为 极。三、电路制作与调试三、电路制作与调试 装配工艺装配工艺555触摸延时开关电路的装配工艺见表触摸延时开关电路的装配工艺见表8-6。表表9-6 555触摸延时开关电路装配工艺卡片触摸延时开关电路装配工艺卡片装配工艺卡片装配工艺卡片工序名称产品名称插件及焊接555触摸延时开关产品型号工序号装入件及辅材代号、名称、规格数量插装工艺要求1R2碳膜电阻RT114-100K1%1卧式安装，水平贴板2R3、R4碳膜电阻RT114-2K1%2卧式安装，水平贴板3C1电解电容CC1-16V-100F20%1立式安装，水平贴板4C2、C3瓷片电容CC1-100V-104P20%2水平安装，引脚高度35mm5LED1、LED2发光二极管LED_#32卧式安装，水平贴板6D1直插二极管1N41481卧式安装，水平贴板7Q1直插三极管TO-92A1立式安装，引脚高度35mm8IC插座DIP81双列直插9RP1电位器RP_3296 1水平贴板10KM继电器RELAY-51水平贴板11P3触摸端子2Pin1水平贴板12P1、P2接线端子含螺母2水平贴板13U1集成IC NE555 1贴座插装焊接工艺要求：符合通用手工焊接规范，焊点整洁、圆润、光滑、无虚焊、漏焊、冷焊等现象。剪脚整齐，引脚末端留存0.5-1mm。装配注意事项装配注意事项1按电路原理图熟悉印制电路板上电路元器件的布局。2按工艺要求对元器件的引脚进行成形加工。3在印制电路板上依次进行元器件的排列、插装。4按焊接工艺要求对元器件进行焊接，直到所有元器件连接并焊完为止。5焊接电源端子和触摸端子。6.要求：（1）不漏装、错装，不损坏元器件。（2）无虚焊，漏焊和桥接，焊点表面要光滑、干净。（3）元器件排列整齐，布局合理，并符合工艺要求。四、电路测试与分析四、电路测试与分析装接完毕，检查无误后，用万用表测量电路的电源两端，若无短路，方可接入+5V电源。加入电源后，如无异常现象，可开始调试。加电后观察，先是 灯亮，当用手触摸感应点时，灯熄灭。灯点亮，时间大约是 S，调节电位器后的现象是 。1.认识电路认识电路2.元器件选择与测试元器件选择与测试3.电路制作与调试电路制作与调试4.电路测试与分析电路测试与分析技能实训技能实训3 3：基于基于NE555NE555的双色的双色LEDLED制作制作 555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路，并由两个比较器来检测电容器上的电压，以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。可方便地构成单稳态触发器，多谐振荡器，施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路一、认识电路一、认识电路1电路工作原理 基于NE555的双色LED控制电路原理图见图8-6所示，是由555定时器和外接元件R1、R3、R7、D1、D2、C1构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外加触发信号，利用电源通过R1、D1、R7向C1充电，以及C1通过R7、D2、R3向放电端放电，使电路产生振荡。电容C1在和之间充电和放电，调节R7不仅能改变振荡频率，而且对占空比也有影响，从而3脚输出振荡频率和占空比可以调节的波形，通过示波器和LED灯的亮暗可以观察到这一现象。图图8-6 基于基于NE555的双色的双色LED控制电路原理图控制电路原理图2实物图基于NE555的双色LED控制电路印制电路板和装接实物如图8-7所示。（a a）印制电路板）印制电路板 （b b）装接实例）装接实例图图8-7 基于基于NE555的双色的双色LED控制电路控制电路图图二、元器件的选择与测试二、元器件的选择与测试1根据电路原理图，从所给元器件袋中选择装配电路所需的元器件。按要求进行测试，并将测试结果填入表8-7中，筛选后，未用到的元器件测试结果填入表8-8中。（1）用万用表对电阻器进行测量，将测得实际阻值填入“测试结果”栏。（2）测试二极管：根据有标志的一端填写正负极，用万用表测量其导通截止，并注明所用档位，结果填在表中。（3）三极管的测试：管脚朝下，面对有文字的一面，从左到右依次为1、2、3号引脚，在表中填写b、e、c，并写出三极管的类型。表表8-7 8-7 元器件清单元器件清单序号名 称配件图号测试结果及型号规格1电阻R1、R3用万用表测得的实际阻值为 。2电阻R2、R5用万用表测得的实际阻值为 。3电阻R4用万用表测得的实际阻值为 。4电阻R6用万用表测得的实际阻值为 。5可调电阻R7用万用表测得的实际最大阻值为 。6瓷片电容C1此电容的容量是 。7瓷片电容C2此电容的容量是 。8二极管D1、D2型号为 ，有黑色圈标记的为 极，正向导通时，红表笔接的是 极。9双色二极管LED1公共脚号为 极，档位 ，红表笔接 脚，二极管发 光，接另外一个脚发 光。表表8-7 8-7 元器件清单元器件清单序号名 称配件图号测试结果及型号规格10发光二极管LED2长脚为 极，档位 ，红表笔接 极，发光二极管发光。11直插三极管Q1型号为 ，1-，2-，3-，此三极管是 型。12集成电路U1正面在上，半圆标识口在右，则脚号顺序是从右 （上、下）按 时钟方向数。13接线端子P1,P28-8 8-8 未用到的元器件清单未用到的元器件清单序号名 称测试结果1电阻从色环上可读出其阻值为 。2电解电容容量是 ，耐压值是 V。3三极管型号为 ，1-，2-，3-，此三极管是 型。三、电路制作与调试三、电路制作与调试 装配工艺装配工艺基于NE555的双色LED控制电路的装配工艺见表8-9：表8-9基于NE555的双色LED控制电路装配工艺卡片装配工艺卡片装配工艺卡片工序名称产品名称插件及焊接基于NE555的双色LED控制电路产品型号工序号装入件及辅材代号、名称、规格数量插装工艺要求1R1碳膜电阻RT114-1K1%1卧式安装，水平贴板2R2碳膜电阻RT114-1001%1卧式安装，水平贴板3R3碳膜电阻RT114-1K1%1卧式安装，水平贴板4R4碳膜电阻RT114-2001%1卧式安装，水平贴板5R5碳膜电阻RT114-1001%1卧式安装，水平贴板6R6碳膜电阻RT114-22K1%1卧式安装，水平贴板表8-9基于NE555的双色LED控制电路装配工艺卡片7D1玻璃二极管IN41481卧式安装，水平贴板D2玻璃二极管IN41481卧式安装，水平贴板8C1瓷片电容CC1-100V-473P20%3立式安装，引脚高度35mm9C2瓷片电容CC1-100V-103P20%3立式安装，引脚高度35mm10LED1双色二极管LED0.1D1立式安装，到限高位11LED2发光二极管LED-031立式安装，到限高位12Q1直插三极管TO-921立式安装，到限高位13IC插座DIP81水平贴板14R7可调电阻RES-VR 50K1立式安装，水平贴板15P1、P2接线端子3.96mm2水平贴板16U1集成ICNE5551双列直插到座子上焊接工艺要求：符合通用手工焊接规范，焊点整洁、圆润、光滑、无虚焊、漏焊、冷焊等现象。剪脚整齐，引脚末端留存0.5-1mm。装配注意事项装配注意事项1按电路原理图熟悉印制电路板上电路元器件的布局。2按工艺要求对元器件的引脚进行成形加工。3在印制电路板上依次进行元器件的排列、插装。4按焊接工艺要求对元器件进行焊接，直到所有元器件焊完为止。5焊接接线端子。6要求：（1）不漏装、错装，不损坏元器件。（2）无虚焊，漏焊和桥接，焊点表面要光滑、干净。（3）元器件排列整齐，布局合理，并符合工艺要求。注意：必须将集成电路插座DIP8焊接在电路板上，再将集成块U1插在插座上。四、电路测试与分析四、电路测试与分析装接完毕，检查无误后，将稳压电源的输出电压调整为5V。对电路单元进行通电试验，如有故障应进行排除。用示波器观察集成电路3脚的波形，调节电位器使占孔比最大时，灯最亮，同时 灯也最暗，将此时的波形画至表格8-10的（a）中；占孔比最小时 灯最亮，同时 灯也最亮,将此时的波形画至表格8-10的（b）中；占孔比为50时，现象是 ,将此时的波形画至表格8-10的（c）中。表格8-10（a）表格8-10（b）表格8-10（c）一一.脉冲信号基础脉冲信号基础 二二.多谐振荡器多谐振荡器 三三.单稳态触发器单稳态触发器四四.施密特触发器施密特触发器 知识点知识点1 1：常见的脉冲产生电路常见的脉冲产生电路 脉脉冲冲信信号号是是一一种种离离散散信信号号，形形状状多多种种多多样样，与与普普通通模模拟拟信信号号（如如正正弦弦波波）相相比比，波波形形之之间间在在时时间间轴轴不不连连续续（波波形形与与波波形形之之间间有有明明显显的的间间隔隔），但但具具有有一一定定的的周周期期性性。脉脉冲冲信信号号可可以以用用来来表表示示信信息息，也也可可以以用用来来作作为为载载波波，比比如如脉脉冲冲调调制制中中的的脉脉冲冲编编码码调调制制（PCMPCM），脉脉冲冲宽宽度度调调制制（PWMPWM）等等等等，还还可可以以作作为为各各种种数数字字电电路路、高高性性能能芯芯片片的的时时钟钟信信号号。脉脉冲冲技技术术是是现现代代技技术术中中一一个个重重要要方方向向，已已广广泛泛应应用用于于计计算算机机、自自动动控控制制、视听系统、广播雷达、通讯等领域中。视听系统、广播雷达、通讯等领域中。一一 、脉冲信号基础、脉冲信号基础 脉冲指含有瞬间突然变化、作用时间极短的电压或电流称为脉冲信号，简称为脉冲。脉冲信号是既非直流又非正弦的信号，脉冲技术是电子技术的重要组成部分，应用广泛，常见的脉冲波形如下图8-8所示。图图8-8 8-8 几种常见的脉冲波形几种常见的脉冲波形 脉冲技术最常用的是矩形脉冲波，简称矩形波。如图8-8中（b）所示。在数字系统中，经常需要各种宽度和幅值的矩形脉冲，如时钟脉冲、各种时序逻辑电路的输入或控制信号等。理想的矩形波都有一个上升沿和下降沿，中间为平顶部分。而实际的矩形波没有那么标准，因为它的上升和下降都会经过一个过程，平顶也不会那么平直，实际的波形如下图8-9所示。图图8-9 8-9 矩形脉冲实际波形图矩形脉冲实际波形图 关于脉冲的几个主要参数如下：(1)幅度Vm 脉冲电压变化的最大值。(2)上升时间tr 脉冲从幅度的10%处上升到幅度的90%处所需时间。(3)下降时间tf 脉冲从幅度的90%处下降到幅度的10%处所需的时间。(4)脉冲宽度tp定义为前沿和后沿幅度为50%处的宽度。(5)脉冲周期T对周期性脉冲，相邻两脉冲波对应点间相隔的时间。周期的倒数为脉冲的频率f，即二、多谐振荡器二、多谐振荡器 在脉冲数字系统中，经常要处理脉冲的产生、延时、整形等问题，多谐振荡器就是实现这些功能的电路之一，多谐振荡器工作时，电路的输出在高、低电平间不停地翻转，没有稳定的状态，所以又称为无稳态触发器。多谐振荡器的电路形式颇多，下面简介一些集成组件所组成的多谐振荡器。1用非门组成的多谐振荡器 图8-10所示是用非门组成的一种实用的环形多谐振荡器。它是将三个非门G1、G2、G3串连起来，并将G3的输出端反馈到G1输入端形成环路，从而构成往复振荡多谐振荡器。G4是输出脉冲整形门。外围电阻和电容是定时元件，用来调整振荡的频率。图图8-10 8-10 环形多谐振荡器环形多谐振荡器 实用的多谐振荡器电路中，可以用电位器来代替图8-10电路中的R，便构成频率可调的多谐振荡器；为了提高频率的稳定性，可采用带石英晶体的振荡器。三、单稳态触发器三、单稳态触发器 单稳态触发器的特点是：第一，有一个稳定状态和一个暂稳状态；第二，在外来触发脉冲作用下，能够由稳定状态翻转到暂稳状态；第三，暂稳状态维持一段时间后，将自动返回到稳定状态。暂稳态时间的长短，与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。1门电路构成的单稳态触发器 由门电路和RC元件组成的单稳态触发器电路形式较多。图8-11所示电路就是微分型单稳态触发器的电路形式之一。电路中电阻R的值小于门电路的关门电阻值，即RVT-，VT+与VT-的差值被称作回差电压。图图8-12 8-12 施密特触发器的输出特性及逻辑符号施密特触发器的输出特性及逻辑符号1施密特触发器的应用（1）波形变换 利用施密特触发输入反相器可以把正弦波、三角波等变化缓慢的波形变换成矩形波，如图8-13所示。图图8-13 8-13 波形变换波形变换（2）脉冲整形 有些信号在传输过程中或放大时往往会发生畸变。通过施密特触发器电路，可对这些信号进行整形，作为整形电路时，如果要求输出与输入相同，则可在上述施密特触发输入反相器之后再接一个反相器。整形波形如图8-14所示。图图8-14 8-14 脉冲整形脉冲整形（3）幅度鉴别 施密特触发器的翻转取决于输入信号是否大于VT+和是否小于VT-。利用这一特点可将它作为幅度鉴别电路。如：一串幅度不等的脉冲信号输入到施密特触发器，则只有那些幅度大于VT+的信号才会在输出形成一个脉冲。而幅度小于VT+的输入信号则被消去，如图8-15所示。图图8-15 8-15 脉冲幅度鉴别脉冲幅度鉴别（4）构成多谐振荡器 图8-16给出了由7414施密特触发器构成的多谐振荡器。该电路非常简单，仅有两个施密特触发器、一个电阻和一个电容组成。该电路的工作原理如下：图图8-16 8-16 施密特触发器构成的多谐振荡器施密特触发器构成的多谐振荡器 接通电源瞬间，电容C上的电压为0，因此输出uo1为高电平。此时uo1通过电阻R对电容C充电，电压uI逐渐升高。当uI达到VT+时，施密特触发器翻转，输出uo1为低电平。此后电容C又通过R放电，uI随之下降。当uI降到VT-时，触发器又发生翻转。如此周而复始地形成振荡。其输出波形如图8-17所示。图图8-17 8-17 多谐振荡器输出波形多谐振荡器输出波形 该电路的工作频率由充放电回路的电阻和电容值确定。由于TTL反相器具有一定的输入阻抗，它对电容的放电影响较大，因此放电回路的电阻值不能太大，否则放电电压将不会低于触发器的下限触发电平VT-。通常放电回路的电阻取值小于1k，如果需要改变输出信号的频率，可以通过改变电容值来实现。图8-17电路中的第二个施密特触发器主要用于改善输出波形，提高驱动负载的能力，以避免影响振荡器的工作。2集成施密特触发器电路简介 由门电路可构成施密特触发器，但其具有阈值电压稳定性差，抗干扰能力弱等缺点，不能满足实际数字系统的需要。而集成施密特触发器以其性能一致性好，触发阈值电压稳定、可靠性高等优点，在实际中得到广泛的应 用。TTL集 成 施 密 特 触 发 器 有 74LS13、74LS14、74LS132等。74LS13为施密特触发的双四输入与非门，74LS14为施密特触发的六反相器，74LS132为施密特触发的四两输入与非 门。CMOS集 成 施 密 特 触 发 器 有 74C14、74HC14等。一一.555定时器电路组成及分类定时器电路组成及分类 二二.555时基电路的应用时基电路的应用 知识点知识点2 2：555555时基电路及应用时基电路及应用 555555时时基基电电路路又又称称555555定定时时器器，是是电电子子工工程程领领域域中中广广泛泛使使用用的的一一种种中中规规模模集集成成电电路路，它它将将模模拟拟与与逻逻辑辑功功能能巧巧妙妙地地组组合合在在一一起起，配配以以外外部部元元件件，可可以以构构成成多多种种实实际际应应用用电电路路，具具有有结结构构简简单单、使使用用电电压压范范围围宽宽、工工作作速速度度快快、定定时时精精度度高高、驱驱动动能能力力强强等等优优点点。广广泛泛应应用用于于产产生生多多种种波波形形的的脉脉冲冲振振荡荡器器、检检测测电电路路、自自动动控控制制电电路、家用电器以及通信产品等电子设备中。路、家用电器以及通信产品等电子设备中。一、一、555555定时器电路组成及分类定时器电路组成及分类 555 555定时器引脚排列及内部功能框图如图定时器引脚排列及内部功能框图如图8-188-18所示。所示。图图8-18 5558-18 555定时器引脚排列及内部功能框图定时器引脚排列及内部功能框图 器器件件的的电电源源电电压压VCCVCC可可以以是是+5V+5V+15V+15V，输输出出的的最最大大电电流流可可达达200mA200mA，当当电电源源电电压压为为+5V+5V时时，电电路路输输出出与与TTLTTL电电路路兼兼容容。555555电电路路能能够够输输出出从从微微秒秒级级到到小小时时级级时时间间范范围很广的信号。围很广的信号。555555定定时时器器按按照照内内部部元元件件分分有有双双极极型型（又又称称TTLTTL型型）和和单单极极型型两两种种。双双极极型型内内部部采采用用的的是是晶晶体体管管；单单极极型型内内部采用的则是场效应管。部采用的则是场效应管。555555定定时时器器按按单单片片电电路路中中包包括括定定时时器器的的个个数数分分有有单单时时基基定定时时器器和和双双时时基基定定时时器器两两种种。常常用用的的单单时时基基定定时时器器有有双双极极型型定定时时器器5G5555G555和和单单极极型型定定时时器器CC7555CC7555。双双时时基基定时器有双极型定时器定时器有双极型定时器5G5565G556和单极型定时器和单极型定时器CC7556CC7556。555555定时器功能表如表定时器功能表如表8-118-11所示。所示。表表8-11 5558-11 555定时器功能表定时器功能表 如如果果在在电电压压控控制制端端施施加加一一个个控控制制电电压压（其其值值在在0 0VCCVCC）之之间间），比比较较器器的的参参考考电电压压发发生生变变化化，从从而而影影响响定时器的工作状态变化的阈值。定时器的工作状态变化的阈值。二、二、555555时基电路的应用时基电路的应用 555555定定时时器器的的应应用用非非常常之之广广，但但最最基基本本的的应应用用或或基基本本工工作作模模式式只只有有三三种种:单单稳稳态态触触发发器器、多多谐谐振振荡荡器器和和施施密密特特触触发发器器。下下面面介介绍绍这这三三种种基基本本应应用用电电路路及及其其工工作作波波形和计算公式。形和计算公式。1 1单稳态触发器单稳态触发器 电电路路如如图图8-19 8-19 所所示示，接接通通电电源源电电容容C C 充充电电（至至2/3 2/3 UDD UDD）RS RS 触触发发器器置置0 0 UO UO=0=0，T T 导导通通，C C 放放电电，此此时时电电路路处处于于稳稳定定状状态态。当当加加入入Vi Vi 1/3 1/3 UDD UDD 时时，RS RS 触触发发器器置置“1”1”，输输出出UO UO=1=1，使使T T 截截止止。电电容容C C 开开始始充充电电，按按指指数数规规律律上上升升，当当电电容容C C充充电电到到2/3 2/3 UDD UDD 时时，比比较较器器A1 A1 翻翻转转，使使输输出出UO UO=0=0。此此时时T T 又又重重新新导导通通，C C很很快快放放电电，暂暂稳稳态态结结束束，恢恢复复稳稳态态，为为下下一一个个触触发发脉脉冲冲的的到到来来作作好好准准备备。其其中中输输出出UO UO 脉脉冲冲的的持持续续时时间间t1=1.1RC,t1=1.1RC,一般取一般取 R=1k-10MR=1k-10M，C C1000PF1000PF。图图8-19 8-19 单稳态电路的电路图和波形图单稳态电路的电路图和波形图2 2多谐振荡器多谐振荡器 电电路路由由555 555 定定时时器器和和外外接接元元件件R1 R1、R2 R2、C C 构构成成多多谐谐振振荡荡器器，脚脚和和脚脚直直接接相相连连。电电路路无无稳稳态态，仅仅存存在在两两个个暂暂稳稳态态，亦亦不不需需外外加加触触发发信信号号，即即可可产产生生振振荡荡。电电源源接接通通后后，UDD UDD 通通过过电电阻阻R1 R1、R2 R2 向向电电容容C C 充充电电。当当电电容容上上电电UC UC=2/3=2/3 UDD UDD 时时，阀阀值值输输入入端端受受到到触触发发，比比较较器器A1 A1 翻翻转转，输输出出电电压压UO UO=0=0，同同时时放放电电管管T T 导导通通，电电容容C C 通通过过R2 R2 放放电电；当当电电容容上上电电压压UC=1/3 UC=1/3 UDD UDD，比比较较器器A2A2工工作作，输输出出电电压压UO UO 变变为为高高电电平平。C C 放放电电终终止止、又又重重新新开开始始充充电电，周周而而复复始始，形形成成振振荡荡。电电容容C C 在在1/3 1/3 UDD UDD 2/3 UDD 2/3 UDD 之间充电和放电，其波形图见图之间充电和放电，其波形图见图8-208-20所示。所示。图图8-20 8-20 多谐振荡器的电路图和波形图多谐振荡器的电路图和波形图3 3施密特触发器施密特触发器 电电路路如如图图8-21 8-21 所所示示，US US 为为正正弦弦波波，经经D D 半半波波整整流流到到555 555 定定时时器器的的脚脚和和脚脚，当当Ui Ui 上上升升到到2/3 2/3 UDD UDD 时时，UO UO 从从1010；Ui Ui 下下降降到到1/3 1/3 UDD UDD 时时，UO UO 又又从从0101。电电路路的的电电压压传传输输特特性性如如图图8-218-21所所示。其中：示。其中：图图8-21 8-21 施密特触发器的电路图和电压传输特性施密特触发器的电路图和电压传输特性一一.模模/数（数（A/D）转换器）转换器 二二.数数/模（模（D/A）转换器）转换器 知识点知识点3 3：AD/DAAD/DA转换转换 电电信信号号分分为为两两种种-模模拟拟信信号号（模模拟拟量量）和和数数字字信信号号（数数字字量量）。模模拟拟量量是是随随时时间间连连续续变变化化的的量量，数数字字量量是是非非连连续续变变化化的的量量，所所以以传传递递和和处处理理信信号号的的电电路路也也分分为为模模拟拟电电路路和和数数字字电电路路，它它们们分分别别处处理理模模拟拟信信号号和和数数字字信信号号，在在实实际际应应用中，常需要对模拟量和数字量进行相互转换。用中，常需要对模拟量和数字量进行相互转换。一、模一、模/数（数（A/DA/D）转换器）转换器 A/D转换器是用来通过一定的电路将模拟量转变为数字量。模拟量可以是电压、电流等电信号，也可以是压力、温度、湿度、位移、声音等非电信号。但在A/D转换前，输入到A/D转换器的输入信号必须经各种传感器把各种物理量转换成电压信号。一个完整的AD转换过程必须包括采样、保持、量化、编码四部分电路，在具体实施时，常把这四个步骤合并进行。实现A/D转换的方法很多，常用的有逐次逼近型和并联比较型。1模/数转换器（ADC）的主要性能参数（1）分辨率：它表明A/D对模拟信号的分辨能力，由它确定能被A/D辨别的最小模拟量变化。一般来说，A/D转换器的位数越多，其分辨率则越高。实际的A/D转换器，通常输出的数字信号可以有8位、10位、12位和16位等。（2）量化误差：在A/D转换中由于整量化产生的固有误差。（3）转换时间：转换时间是A/D完成一次转换所需要的时间。一般转换速度越快越好，常见有高速（转换时间1s）、中速（转换时间1ms）和低速（转换时间1s）等。（4）绝对精度：对于A/D，指的是对应于一个给定量，A/D转换器的误差，其误差大小由实际模拟量输入值与理论值之差来度量。（5）相对精度：表示AD实际输出数字量与理想输出数字量之间的差别，常用相对误差的形式给出，AD的位数越多，量化单位便越小，分辨率越高，转换精度越高。2典型模/数转换器 ADC0809是一种普遍使用且成本较低的、由National半导体公司生产的CMOS材料A/D转换器。它具有8个模拟量输入通道，可在程序控制下对任意通道进行A/D转换，得到8位二进制数字量。其引脚如图8-22所示。8-22 ADC08098-22 ADC0809引脚图与内部结构引脚图与内部结构其主要技术指标如下：电源电压：5V；分辨率：8位；时钟频率：640kHZ；转换时间：100us；未经调整误差：1/2LSB和1LSB；模拟量输入电压范围：0-5V；功耗：15mW二、数二、数/模（模（D/AD/A）转换器）转换器1数/模（D/A）转换器的工作原理 D/A转换器是指将数字量转换成模拟量的电路。D/A转换器它的输入量是数字量D，输出量为模拟量0，要求输出量与输入量成正比，即0=DVR,其中VR为基准电压。数字量输入的位数有8位、12位和16位等，输出的模拟量有电流和电压两种。数/模转换器（DAC）的主要性能参数（1）分辨率：分辨率表明DAC对模拟量的分辨能力，它是最低有效位（LSB）所对应的模拟量，它确定了能由D/A产生的最小模拟量的变化。通常用二进制数的位数表示DAC的分辨率，如分辨率为8位的D/A能给出满量程电压的1/28的分辨能力，显然DAC的位数越多，则分辨率越高。（2）线性误差：D/A的实际转换值偏离理想转换特性的最大偏差与满量程之间的百分比称为线性误差。（3）建立时间：这是D/A的一个重要性能参数，定义为：在数字输入端发生满量程码的变化以后，D/A的模拟输出稳定到最终值1/2LSB时所需要的时间。（4）温度灵敏度：它是指数字输入不变的情况下，模拟输出信号随温度的变化。一般D/A转换器的温度灵敏度为50PPM/。PPM为百万分之一。（5）输出电平：不同型号的D/A转换器的输出电平相差较大，一般为5V10V，有的高压输出型的输出电平高达24V30V。2典型的数/模转换器 DAC0832是一种相当普遍且成本较低的数/模转换器，其内部结构与引脚如图8-23所示。图图8-23 DAC08328-23 DAC0832的内部结构与引脚图的内部结构与引脚图 DAC0832具有双缓冲功能，输入数据可分别经过两个锁存器保存。第一个是保持寄存器，而第二个锁存器与D/A转换器相连。DAC0832中的锁存器的门控端G输入为逻辑1时，数据进入锁存器；而当G输入为逻辑0时，数据被锁存。DAC0832具有一组8位数据线D0D7，用于输入数字量。一对模拟输出端IOUT1和IOUT2用于输出与输入数字量成正比的电流信号，一般外部连接由运算放大器组成的电流/电压转换电路。转换器的基准电压输入端VREF一般在-10V+10V范围内。DAC0832具有以下主要特性：满足TTL电平规范的逻辑输入；分辨率为8位；建立时间为1us；功耗20mw；电流输出型D/A转换器。其主要技术指标如下：电源电压：+5+15V；分辨率：8位；转换时间：1s；满量程误差：1LSB；功耗 20mw；满足TTL电平规范的逻辑输入理论测验理论测验一、判断题：一、判断题：1.1.脉脉冲冲技技术术现现在在已已经经广广泛泛应应用用于于电电子子计计算算机机、自自动动控控制制、遥遥控控遥遥测测、电电视视、雷雷达达和和广广播播通通讯讯等等许许多多领领域域。（）2.2.正正弦弦波波属属于于脉脉冲冲波波的的特特殊殊形形式式。（）3.3.矩矩形形波波是是脉脉冲冲波波的的常常用用波波形形之之一一，理理想想的的矩矩形形波波都都有有一一个上升边沿和下降边沿，中间为平顶部分。个上升边沿和下降边沿，中间为平顶部分。4 4多谐振荡器输出的信号为正弦波。多谐振荡器输出的信号为正弦波。（）5 5单单稳稳态态触触发发器器的的由由暂暂稳稳态态返返回回稳稳态态，必必须须有有外外加加触触发发信信号作用。号作用。（）6 6A/DA/D转换是将模拟量信号转换成数字量信号。转换是将模拟量信号转换成数字量信号。（）7.7.多多谐谐振振荡荡器器是是一一种种能能自自动动反反复复输输出出矩矩形形脉脉冲冲的的自自激激振振荡荡电电路路，并并且且含含有有丰丰富富的的多多次次谐谐波波。（）8 8施施密密特特触触发发器器广广泛泛用用于于将将连连续续变变化化的的波波形形，如如三三角角波波、正弦波等变换成矩形波。（正弦波等变换成矩形波。（）9 9A/DA/D转转换换器器是是用用来来通通过过一一定定的的电电路路将将模模拟拟量量转转变变为为数数字字量量。模模拟拟量量可可以以是是电电压压、电电流流等等电电信信号号，也也可可以以是是压压力力、温温度度、湿湿度度、位位移移、声声音音等等非非电电信信号号。（）10.10.数数/模模转转换换器器（DACDAC）的的主主要要性性能能参参数数是是分分辨辨率率、线线性性误误差差、建建立立时时间间、温温度度灵灵敏敏度度和和输输出出电电平平。（）二、填空题二、填空题1 1触触发发脉脉冲冲作作用用下下，单单稳稳态态触触发发器器从从转转换换到到后后，依依靠靠自自身身电电容容的的放放电电作作用用，可可自自行行回回到到。2 2施施密密特特触触发发器器有有个个稳稳态态，它它的的状状态态的的保保持持和翻转由决定，和翻转由决定，两个稳态翻转的触发电平不同，存在。两个稳态翻转的触发电平不同，存在。3 3A/DA/D转转换换是是把把信信号号转转换换为为信信号号；D/AD/A转转换换是是把把信信号号转转换换为为信号。信号。4.4.触触发发器器的的两两种种输输出出状状态态是是 电电平平或或 电电平平，如如果果其其中中一一个个是是稳稳定定状状态态而而另另一一个个是是暂暂稳稳状状态态，这这种种触触发发器称为器称为 。5.5.常常用用的的集集成成施施密密特特触触发发器器有有两两种种类类型型，一一种种是是 施施密特触发器，另一种是密特触发器，另一种是 施密特触发器。施密特触发器。6.6.单单稳稳态态触触发发器器不不仅仅能能用用于于延延时时电电路路，而而且且可可以以把把不不规规则则的波形变换成的波形变换成 和都相等的脉冲形。和都相等的脉冲形。7 7 多多谐谐振振荡荡器器工工作作时时，不不需需要要外外加加触触发发信信号号，电电路路的的输输出出状状态态会会在在 电电平平两两种种状状态态间间反反复复不不停停地地翻翻转转，没没有稳定的状态，所以又称有稳定的状态，所以又称 电路。电路。三、选择题：三、选择题：1 1脉脉冲冲数数字字系系统统中中，经经常常要要处处理理脉脉冲冲的的产产生生、延延时时、整整形形等问题，而实现这些功能的电路有（等问题，而实现这些功能的电路有（）。）。A A、多谐振荡器、多谐振荡器 B B、单稳态触发器、单稳态触发器 C C、施密特触发器、施密特触发器 D D、正弦波发生器、正弦波发生器2.2.下列集成电路中属于单稳态触发器的是（下列集成电路中属于单稳态触发器的是（）。）。A A、CT74121 BCT74121 B、CT74LS123 CT74LS123 C C、CT74122 DCT74122 D、NE555NE5553.3.下下列列集集成成电电路路属属于于CMOSCMOS型型施施密密特特触触发发器器组组件件的的是是（）。）。A A、CC40106 BCC40106 B、CT74LS132 CT74LS132 C C、CT7414 DCT7414 D、CC4093CC40934 4把把经经过过计计算算机机分分析析处处理理的的数数字字信信号号转转换换成成模模拟拟信信号号，去去控控制制执执行行机机构构的的器器件件，称称为为数数模模转转换换器器，即即（）转转换换器。器。A A、A/D BA/D B、D/A D/A C C、TTL DTTL D、CMOSCMOS5 5A/DA/D转换后，输出的数字信号可以有（转换后，输出的数字信号可以有（）等。等。A A、8 8位位 B B、1010位位 C C、1212位位 D D、1616位位6 6555555定定时时器器是是一一种种数数字字与与模模拟拟混混合合型型的的中中规规模模集集成成电电路路，应应用用广广泛泛。外外加加电电阻阻、电电容容等等元元件件可可以以构构成成（）等典型电路。）等典型电路。A A、多谐振荡器、多谐振荡器 B B、单稳电路、单稳电路 C C、施密特触发器、施密特触发器 D D、稳压器、稳压器7 7单单稳稳态态触触发发器器暂暂态态持持续续时时间间由由什什么么因因素素决决定定？（）。）。A A触发电平大小触发电平大小B B定时元件定时元件R RC CC C电源电压电源电压D D三极管的三极管的值值8 8单稳态触发器的工作过程为（单稳态触发器的工作过程为（）。）。A A稳态稳态+暂态暂态+稳态稳态B B第一暂态第一暂态+第二暂态第二暂态C C第一稳态第一稳态+第二暂态第二暂态D D第一暂稳态第一暂稳态-第二暂稳态第二暂稳态四、问答题：四、问答题：1.1.什么是脉冲信号？矩形波的主要参数是什么什么是脉冲信号？矩形波的主要参数是什么?2.2.简述简述555555定时器引脚功能？定时器引脚功能？3.3.555555定定时时器器可可以以构构成成的的常常见见电电路路是是那那三三种种，各各有有什什么么特点？特点？4.A/D4.A/D和和D/AD/A转换各是什么意思？转换各是什么意思？