第七章-脉冲波形的产生和整形-课件

7.1 概述概述7.5 555定时器及其应用定时器及其应用第七章第七章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形7.1 概述概述 数字电路区别于模拟电路的主要数字电路区别于模拟电路的主要特点之特点之 一是：它的工作信号是离散一是：它的工作信号是离散的脉冲信号。最常用的脉冲信号是的脉冲信号。最常用的脉冲信号是方波方波(矩形波矩形波)。如何产生方波以及。如何产生方波以及对不理想的方波如何整形，是本章对不理想的方波如何整形，是本章讨论的重点。讨论的重点。7.5 555定时器的原理和应用 555定时器是将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件，由于使用灵活、方便，因而 555定时器在波形的产生与变换、信号的测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到广泛的应用。它是一种多用途的单片集成电路，利用它能极方便地接成单稳态触发器和多谐振荡器及其它实用电路。7.5.1 555定时器的工作原理定时器的工作原理 (1)555定时器的电路组成两个模拟电压比较器 A1、A2一个 RS 触发器一个集电极开路输出的三极管。RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRRRSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDuoRD87645321RRR12345678555VCCD TH COGND TRUoRD电电源源放放电电阈阈值值电控电控压制压制地地触触发发输输出出复复位位电源电压范围电源电压范围:4.5 V 18 VRSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR (2)555定时器的工作原理CO=2 VCC/3 VCC /3A1：同相比较器A2：反相比较器RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRRD86452RRRCO=2 VCC/3 VCC /3A1 TH 2VCC/3，R=1；TH VCC/3，S=0；TR VCC/3，S=1。A2 0VCCVCC/32VCC/3THTR同相比较器同相比较器反相比较器反相比较器R=1R=0S=0S=1101000阈值端阈值端触发端触发端THTRRS比较的结果比较的结果2VCC/3小于小于2VCC/3小于小于VCC/3大于大于VCC/3小于小于VCC/3大于大于大于大于2VCC/3101000阈值端阈值端触发端触发端THTRRS比较的结果比较的结果2VCC/3小于小于2VCC/3小于小于VCC/3大于大于VCC/3小于小于VCC/3大于大于大于大于2VCC/3QQ0110保 持RSQQRSQQRSQ1001000101保持保持保持保持Q11禁止禁止RS 触发器功能表R,S,101000阈值端阈值端触发端触发端THTRRS比较的结果比较的结果2VCC/3小于小于2VCC/3小于小于VCC/3大于大于VCC/3小于小于VCC/3大于大于大于大于2VCC/3QQ0110保保 持持RSQQDTuO731TuO通通止止01保保 持持10RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDuoRD87645321RRRT阈值端阈值端触发端触发端THTR2VCC/3VCC/3大于大于大于大于2VCC/32VCC/3VCC/3VCC/3小于小于小于小于小于小于大于大于保持保持保持保持RD晶体管晶体管Tuo0111001导通导通导通导通截止截止XX555的功能表的功能表 7.5.2 555定时器的应用(1)双稳态触发器:微电机起动停车控制电路。4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微电机微电机555S1:起动按钮S2:停车按钮4816235S2S1RRCVCCTHTRM微电机555uo导通阈值端触发端THTR大于大于小于小于小于大于保持保持RD晶体管Tuo011001导通截止VCC/32VCC/3VCC/32VCC/32VCC/3VCC/31XX 则 TR VCC/3；未按 S2，TH 2VCC/3，故 uo=1，电机转动。仅按下起动按钮 S1 4816235S2S1RRCVCCTHTRM微电机555uo导通阈值端触发端THTR大于大于小于小于小于大于保持保持RD晶体管Tuo011001导通截止VCC/32VCC/3VCC/32VCC/32VCC/3VCC/31XX仅按下起动按钮 S1，则 TR VCC/3；未按 S2，TH VCC/3，TH 2VCC/3，且 TR VCC /3，这时 uo=0，电机停转。电机电机 停转停转 再 松开 S2，4816235S2S1RRCVCCTHTRM微电机555uo阈值端触发端THTR大于大于小于小于小于大于保持保持RD晶体管Tuo011001导通截止VCC/32VCC/3VCC/32VCC/32VCC/3VCC/31XX电机在转按下停止按钮 S2，TH 2VCC/3，且 TR VCC /3，这时 uo=0，电机停转。电机 停转 再 松开 S2，4816235S2S1RRCVCCTHTRM微电机微电机555uoTH VCC/3，这时 uo保持为 0，电机依然停转。电机停转48162357uouiVCCRRTCTDTHTRSJJ红红白白D1D2555(2)单稳态触发器单稳态触发器:洗相曝光定时器洗相曝光定时器0tuo曝光曝光D2 续流二极管。D1 单向导电；单稳态触发器单稳态触发器的工作过程的工作过程若若 S 打开打开，则则 ui =1；若若 S 合上合上，48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS55548162357uouiVCCRRTCTDTHTRS555则则 ui =0。48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS555RSQQ+-A1A2THTRDTuo87645321RRRVCC(a)RTRCTSuiCO(b)RSQQ+-A1A2THTRDTuo87645321RRRVCCRTRCTSuiCO(b)假设电容CT已经充电至稳态，TH 2VCC/3，且按钮 S 处于打开状态，TR VCC/3，则uO=0，ui=1，0RSQQ+-A1A2THTRDTuo87645321RRRVCCRTRCTSuiCO(b)假设电容CT已经充电至稳态，TH 2VCC/3，且按钮 S 处于打开状态，TR VCC/3，则uO=0，ui=1，三极管 T 导通，电容 CT 被短路。TH=0.3V VCC/3故 uO 保持 0!T1CT0 保持 0 0T导通注意阶段结果注意阶段结果前提前提：电容电容 CT 已充电至稳态已充电至稳态，开关开关 S 处于打开状态处于打开状态。结果结果：ui =1，uo =0。t0uot0uiRSQQ+-A1A2THTRDTuo87645321RRRVCCCO(b)RTRCTSuiT1CT合上按钮合上按钮 S 期间期间，ui=0V，TR=0V VCC/3已经存在已经存在 TH 0.3V VCC/3，TH=0.3V三极管三极管 T保持截止保持截止T导通导通T截止截止RSQQ+-A1A2THTRDTuo87645321RRRVCCCO(b)RTRCTSuiT1CT01TCT若再松开按钮若再松开按钮 S，三极管三极管 T 保持截止状态保持截止状态。图中的图中的D点电位随时间的延长而升高，点电位随时间的延长而升高，只要有只要有：TH 2VCC/3，管管 T 的状态就不变，的状态就不变，CT 继续被充电，继续被充电，uo 保持为保持为 1。T截止截止注意阶段结果注意阶段结果前提前提：结果结果：于于 t 1 时刻合上按钮时刻合上按钮 S电容电容 CT 被不断充电被不断充电条件条件：TH 2VCC/3输出输出状态状态uo 保持为保持为 1 三极管保持截止三极管保持截止48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS2VCC/30tuo5550tui0tTHt1RSQQ+-A1A2THTRDTuo87645321RRRVCCCO(b)RTRCTSuiT1CT01TCT若再松开按钮若再松开按钮 S，三极管三极管 T 保持截止状态保持截止状态。图中的图中的D点电位随时间的延长而升高，点电位随时间的延长而升高，只要有只要有：TH 2VCC/3，已经已经 存在存在：TR VCC/3，RSQQ+-A1A2THTRDTuo87645321RRRVCCCO(b)RTRCTSuiT1CT01TCT一旦出现一旦出现：TH 2VCC/3，已经存在已经存在：TR VCC/3，输出必然发生变化，输出必然发生变化，0重新回到稳定状态重新回到稳定状态 0。输出输出 uO在在“1”上所停留的上所停留的取决于充电取决于充电过程的时间过程的时间常数的大小。常数的大小。归纳与总结归纳与总结48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS2VCC/30tuo5550tui0tTHt1t248162357uouiVCCRRTCTDTHTRSJJ红红白白D1D2555按钮按钮 SuoJ的线圈的线圈 J 的结点的结点 红灯红灯 白灯白灯未按未按0不通电不通电不动作不动作亮亮灭灭按一下按一下1通电通电闭合闭合灭灭亮亮白灯亮的时间即白灯亮的时间即为曝光时间为曝光时间 TWTW =1.1 RT CT(3)多谐振荡器多谐振荡器:简易电子琴电路简易电子琴电路48162357R1C555uoVCCR21R28S8S148162357R1R2CuC555DTHTRuoVCCRSQQ+-A1A2THTRDTuo87645321RRRVCCR1R2C 设电容设电容C C 原先未充电原先未充电,故故 TH=TR VCC/3,此此时时 uo=1,=1,555内的晶体管内的晶体管 T T 截止截止,电源通过电源通过 R1 和和 R2 对电容对电容 C 充电。充电。uC0tVCC/32VCC/30tuo 在在 uC 没有充电到没有充电到 2VCC/3 之前之前,uo 保持保持 1 不变。不变。48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC故故RSQQ+-A1A2THTRDTuoRRRVCCR1R2C TH =TR VCC /3 ，此时此时 uo =1，晶体管晶体管 T 截止截止，电源通过电源通过 R1 和和 R2 对电容对电容 C 充电，充电，设电容设电容 C 原先未充电，原先未充电，uC uC 2VCC/3 时，时，1 uO 保持保持 1不变；不变；uC0tVCC/32VCC/30tuouC一旦充至一旦充至2VCC/3，则，则 TH=TR=2VCC/3、uo由由1翻转为翻转为 0。同时。同时555内的晶内的晶体管体管 T 导通导通,电容电容 C 经经 R2、T放电放电,一直至一直至VCC/3，使得使得uo 回到回到 1,进入循环进入循环.t1t2t3 在在 uC 没有充电到没有充电到 2VCC/3 之前之前,uo 保持保持 1 不变。不变。48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC故故RSQQ+-A1A2THTRDTuoRRRVCCR1R2C TH =TR VCC /3 ，此时此时 uo =1，晶体管晶体管 T 截止截止，电源通过电源通过 R1 和和 R2 对电容对电容 C 充电，充电，设电容设电容 C 原先未充电，原先未充电，uC uC 2VCC/3 时，时，TH=TR 2VCC/3 uO 状态翻转，状态翻转，0RSQQ+-A1A2THTRDTuoRRRVCCR1R2CuC1 uC 2VCC/3 时，时，TH=TR 2VCC/3 uO 状态翻转，由状态翻转，由 1 变成为变成为 0。0三极管三极管T由截止变由截止变导通导通，T电容电容 C 会会放电放电，只要只要 uC VCC/3，TH=TR VCC/3 uO 状态状态仍为仍为 0；若若 uC VCC/3，uO 就会回就会回到到 1 状态状态。工作原理汇总工作原理汇总0uCt0uOt2VCC/3VCC/3(3)多谐振荡器多谐振荡器:简易电子琴电路简易电子琴电路48162357R1C555uoVCCR21R28S8S1 简易电子琴就是通过改变简易电子琴就是通过改变R2 的的阻值来改变输出方波的周期阻值来改变输出方波的周期，使使外接的喇叭发出不同的音调外接的喇叭发出不同的音调。(4)施密特触发器施密特触发器:温度控制电路温度控制电路4816235C555THTRuiVCCURuOJRVSMJ微电机微电机接触器接触器线圈线圈uo=1，电机转动，电机转动，温度上升温度上升；uo=0，电机停转，电机停转，温度下降温度下降。4816235C555THTRuiVCCuO0.01 F0tui2VCC/3VCC/30tuo由由 555 定时器构成施密特触发器工作原理定时器构成施密特触发器工作原理0tui2VCC/3VCC/34816235C555THTRuiVCCuO0.01 FTH 2VCC/3，TR VCC/3，uO =1；TH VCC/3，uO 保持为保持为 1；uO ui0VCC/32VCC/30tui2VCC/3VCC/34816235C555THTRuiVCCuO0.01 FuO ui0VCC/32VCC/3TH 2VCC/3，TR VCC/3，uO 由由 1 变变 0；TH VCC/3，uO 保持为保持为 0，0tui2VCC/3VCC/34816235C555THTRuiVCCuO0.01 FuO ui0VCC/32VCC/3TH 2VCC/3，TR VCC/3，uO 由由 0 变为变为 1。uO ui0VCC/32VCC/30tui2VCC/3VCC/3电压传输特性电压传输特性u i(t)uO(t)0tuo0tui2VCC/3VCC/30tuo温度上限温度上限温度下限温度下限这就是温度控制这就是温度控制电路的工作原理电路的工作原理1.555定时器是一种用途很广的多功能电路，只需外接少量的阻容元件就可组成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器。小结：小结：