数字电路第五章脉冲信号的产生与整形

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第五章 脉冲信号的产生与整形,5.1,概述,5.2,单脉冲的产生,5.3,多谐振荡器,5.4,单稳态触发器,5.5,555定时器及其应用,5.1 概述,数字电路区别于模拟电路的主要特点之 一是,：,它的工作信号是离散时间的脉冲信号。,最常用的脉冲信号是方波(矩形波)。如何产生方波以及对不理想的方波如何整形，是本章讨论的重点。,5.2 单脉冲的产生,+V,CC,F,S,按钮按放一次，便产生一个单脉冲。,但是，由于按钮 S 机械动作经常伴有抖动现象，使得输出的方波很不理想，毛刺很大。这样的方波用到数字系统中很容易引起误动作。因此，这个电路没有实用价值。,不按按钮时，Q0；,按下按钮时，锁定器翻转，Q1；,松开按钮后，回到Q0。,可见：,按钮动作一次，Q,端就输出一个正脉冲。,Q,Q,工作原理：,&,&,S,5V,Q,Q,改进的单脉冲发生电路,5.3 多谐振荡器,多谐振荡器,它可以由分立元件构成，也可以由集成电路构成，本节只讨论由集成电路构成多谐振荡器。,环形振荡器,利用逻辑门电路的传输延迟时间，将奇数个与非门首尾相接，就可以构成一个简单的环形振荡器:,&,&,&,3,2,1,u,o,3,u,o,2,u,o,1,设,u,o,3,的初始状态为,0,:,0,1,0,1,0,1,用波形图来表示,u,o,3,，则为：,0,t,u,o,3,优点:,电路结构简单，所用元件少。,缺点:,频率太高，并且不可调整。,&,&,&,3,2,1,u,o,3,u,o,2,u,o,1,工作原理：,0,1,1,0,0,改进方法：,在原电路的基础上添加,RC,延时电路,，便可以克服上图的不足。,&,&,&,3,2,1,u,o,3,u,o,2,u,o,1,A,1,2,3,R,R,S,100,C,u,o,1,u,o,u,o,2,工作原理,A,1,2,3,R,R,S,100,C,u,o,1,u,o,u,o,2,t,0,t,u,o,0,t,u,o,2,0,t,u,o1,0,U,T,U,1,1,0,1,1,0,0,0,1,u,A,A,1,2,3,R,R,S,100,C,u,o,1,u,o,u,o,2,T,输出信号的周期近似为:,T,=2.2,RC,t,0,t,u,o,0,t,u,o,2,0,t,u,o,1,0,u,A,U,T,RC 耦合式振荡器,0,t,0,t,0,t,0,t,u,o,1,u,R,1,u,R,2,u,o,2,U,T,U,T,R,2,1,2,R,1,C,2,C,1,u,R,2,u,R,1,u,o,2,u,o,1,1,2,R,1,R,2,C,1,C,2,u,R,2,u,R,1,u,o,2,u,o,1,微分电路,该电路有两个缺点:,1.不容易起振;,2.电路振荡频率的稳定 性较差,容易受温度、元件性能、电源波动等因素的影响。,为便于起振，将两个电 阻改接成如图(,b,)示。,(,a,),R,2,1,2,R,1,C,2,C,1,u,R,2,u,R,1,u,o,2,u,o,1,1,2,R,1,R,2,C,2,C,1,u,o,2,u,o,1,(,b,),只要适当选择它们的大小，使两个与非门的静态工作点均处于转移特性的中点，起振便比较容易。,(,a,),R,2,1,2,R,1,C,2,C,1,u,R,2,u,R,1,u,o,2,u,o,1,1,2,R,1,R,2,C,2,C,1,u,o,2,u,o,1,(,b,),为获得稳定的振荡频率,可在振荡电路中串接石英晶体，组成石英晶体振荡器，如图(,c,)所示。,1,2,R,1,R,2,C,2,C,1,u,o,石英晶体,(,c,),石英晶体的化学成分是SiO,2,晶格结构为各向异性，是一种具有,压电效应,的晶体。由石英晶体的阻抗与频率特性曲线可见石英晶体的,选频特性很好。,f,X,X0,感性,X,U,T,在图中所示的情况下，,u,o,2,的上升边将由,u,i,的下降边,控制，故必须改进电路!,(,a,),A,u,o,1,u,o,2,R,C,1,2,u,i,(,b,),u,o,1,u,o,2,R,C,1,2,u,i,A,&,u,i,3,4,u,o,4,u,o,1,u,o,2,R,C,1,2,u,i,A,&,u,i,3,4,u,o,4,0,1,0,0,1,1,1,0,1,0,1,1,0,1,0,1,单稳态触发器的应用,单稳的应用多种多样，如：整形、延时控制、定时顺序控制等等。例如“,延时控制,”:,Q,A,Q,C,Q,B,Q,D,CP,CLR,R,S,0,S,1,A,B,C,D,E,F,G,H,74LS194 (1),R,2,C,2,A,Q,2,R,1,C,1,A,Q,1,B,+5V,移位输入,DW,1,DW,2,时钟,Q,A,Q,C,Q,B,Q,D,CP,CLR,R,S,0,S,1,74LS194 (1),R,1,、,C,1,、,R,2,、,C,2,用于调节延长的时间。,CP,A,B,C,D,E,F,G,H,Q,1,Q,2,t,1,t,0,t,2,t,3,用波形图表示如下:,移位寄存器清零,H,灯上升沿触发Q,1,Q,1,的下降沿触发Q,2,移位寄存器串行输入为1,循环重新开始,5.5 555定时器及其应用,555定时器的特点：,是将模拟电路和数字电路集成于 一体的电子器件。它使用方便，带负载能力较强，目前得到了非常广泛的应用。,555定时器的工作原理,首先介绍555定时器的内部电路结构。,555定时器的内部电路包括以下几部分：,（1）一个由三个相等电阻组成的分压器;,（2）两个电压比较器:A,1,、A,2,;,（3）一个 RS 触发器;,（4）一个反相器和一个晶体管T。,R,S,Q,Q,+,+,-,-,A,1,A,2,V,CC,TH,CO,TR,D,T,u,o,R,D,8,7,6,4,5,3,2,1,R,R,R,555定时器的内部电路图,R,S,Q,Q,+,+,-,-,A,1,A,2,V,CC,TH,CO,TR,D,T,u,o,R,D,8,7,6,4,5,3,2,1,R,R,R,555定时器的内部电路图,1,2,3,4,5,6,7,8,555,V,CC,D,TH,CO,GND,TR,U,o,R,D,电源,放电,阈值,电控压制,地,触发,输出,复位,电源电压范围:,4.5V 18V,三个电阻构成的分压器给 两个比较器提供,基准电压,:A,1,的为 2V,CC,/3,A,2,的为 V,CC,/3。,R,S,Q,Q,+,+,-,-,A,1,A,2,V,CC,TH,CO,TR,D,T,u,o,R,D,8,7,6,4,5,3,2,1,R,R,R,阈值端,触发端,R,S,Q,1,0,0,1,0,0,0,1,0,1,保持,保持,Q,1,1,禁止,禁止,RS 触发器功能表,1,0,1,0,0,0,阈值端,触发端,TH,TR,R,S,比较的结果,2V,CC,/,3,V,CC,/,3,V,CC,/,3,2V,CC,/,3,T,Q,u,o,保持,0,1,1,0,保持,保持,导通,截止,R,D,阈值端,触发端,TH,TR,V,CC,/,3,2V,CC,/,3,2V,CC,/,3,V,CC,/,3,保持,保持,R,D,晶体管,T,u,o,0,1,1,1,0,0,1,导通,导通,截止,R,S,Q,Q,+,+,-,-,A,1,A,2,V,CC,TH,CO,TR,D,T,u,o,R,D,8,7,6,4,5,3,2,1,R,R,R,555,的,功,能,表,V,CC,/,3,2V,CC,/,3,例1：,多谐振荡器,4,8,1,6,2,3,5,C,V,CC,u,o,555,7,TH,TR,V,CC,/,3,2V,CC,/,3,555定时器的应用,例2：,双稳态触发器:,微电机起动停车控制电路。,S,1,:,起动按钮,S,2,:,停车按钮,4,8,1,6,2,3,5,S,2,S,1,R,R,C,V,CC,TH,TR,u,o,M,微电机,555,按下启动按钮 S,1,（,未按 S,2,）,即使放开 S,1,U,TR,、,U,TH,仍满足上述条件，电机继续转动。,这时如果松开 S,2,电机仍不转动。,4,8,1,6,2,3,5,S,2,S,1,R,R,C,V,CC,TH,TR,u,o,M,微电机,555,启动过程：,停车过程：,故,u,o,=1,电机转动。,按下停车按钮 S,2,（,未按 S,1,）,故,u,o,=0,电机停转。,例2：,双稳态触发器:,微电机起动停车控制电路改进。,S,1,:,起动按钮,S,2,:,停车按钮,4,8,1,6,2,3,5,S,2,S,1,R,R,C,V,CC,TH,TR,u,o,M,微电机,555,例3：,单稳态触发器,:洗相曝光定时器。,若S打开。,输出总为0,4,8,1,6,2,3,5,7,u,o,u,i,V,CC,R,R,T,C,T,D,TH,TR,S,0,t,0,t,u,CT,u,o,若合闸时输出为 0，将保持0,若合闸时输出为 1，,输出会自动回到零,0,t,0,t,u,CT,u,o,u,i,0,t,4,8,1,6,2,3,5,7,u,o,u,i,V,CC,R,R,T,C,T,D,TH,TR,S,由以上分析可以看出：,按钮每按动一次，,u,o,便输出一个正脉冲,其宽度,T,W,由,R,T,C,T,决定。,按下S,自动返回,J,J,红,白,D,1,D,2,4,8,1,6,2,3,5,7,u,o,u,i,V,CC,R,R,T,C,T,D,TH,TR,S,洗相曝光定时器,按一下,按钮,S,未按,u,o,0,J的线圈,不通电,J 的接点,不动作,红灯,白灯,亮,灭,1,通电,闭合,亮,灭,白灯亮的时间即为曝光时间,T,W,。,T,W,=1.1,R,T,C,T,按着S忘了松手,会怎麽样?,例4：,多谐振荡器:,简易电子琴电路,0,t,u,o,u,C,0,t,前面例1已说明了如何用555 定时器构成,多谐振荡器:,4,8,1,6,2,3,5,7,R,1,R,2,C,u,C,555,D,TH,TR,u,o,V,CC,设电容,C,原先未充电,故,U,TH,=,U,TR,2,V,CC,/3,立即,u,o,=0,同时555内的管 T 导通，电容,C,经,R,2,7,#,管脚,T,1,#,管脚,放电一直至,V,CC,/3，,使得,u,o,回到 1，进入循环.,t,0,u,o,u,C,0,t,4,8,1,6,2,3,5,7,R,1,R,2,C,u,C,555,D,TH,TR,u,o,V,CC,0,t,u,o,u,C,0,t,输出方波的,周期,T,的计算:,T,=,T,1,+,T,2,=0.7(,R,1,+2,R,2,),C,T,1,T,2,4,8,1,6,2,3,5,7,R,1,C,555,u,o,V,CC,R,21,R,28,S,8,S,1,简易电子琴电路图,简易电子琴就是通过改变,R,2,的阻值来改变输出方波的周期,使外接的喇叭发出不同的音调。,第五章,结束,数字电子技术,