模塊六脈沖信號(hào)的產(chǎn)生與整形.ppt

1、a,1,模塊六 脈沖信號(hào)的產(chǎn)生與整形,項(xiàng)目8 變音門鈴電路 項(xiàng)目9 警鈴電路,a,2,工作任務(wù) 任務(wù)1：多諧振蕩器的制作 任務(wù)2：施密特觸發(fā)器的制作 任務(wù)3：變音門鈴電路的設(shè)計(jì)與仿真 任務(wù)4：警鈴電路的設(shè)計(jì)與仿真 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1、掌握施密特觸發(fā)器電路工作原理 2、掌握單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路工作原理 3、掌握多諧振蕩器電路工作原理 4、掌握應(yīng)用555集成定時(shí)器的應(yīng)用,a,3,主要要求,了解脈沖信號(hào)產(chǎn)生與整形的方法,了解多諧振蕩器的常用電路及其工作原理,6.1 概 述,了解施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的邏輯 功能、工作特點(diǎn)和典型應(yīng)用,a,4,常用的有施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,一、脈沖信號(hào)產(chǎn)生與整形的方法,

2、獲取脈沖信號(hào)的方法,脈沖信號(hào)產(chǎn)生與整形電路的實(shí)現(xiàn),是一種多用途集成電路，只要外接少量阻容元件就可構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等，使用方便、靈活，應(yīng)用廣泛,施密特觸發(fā)器,主要用以將緩慢變化或快速變化的非矩形脈沖變換成陡峭的矩形脈沖,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,主要用以將寬度不符合要求的脈沖變換成符合要求的矩形脈沖,a,5,二、施密特觸發(fā)器,一)施密特觸發(fā)器的特性和符號(hào),UT,UT+ - UT,回差電壓,施密特觸發(fā)器工作特點(diǎn),正向閾值電壓,負(fù)向閾值電壓,當(dāng) uI 從小增大時(shí)，經(jīng)過 UT+ 處才能使輸出發(fā)生躍變,當(dāng)uI從大減小時(shí)，經(jīng)過UT-處才能使輸出發(fā)生躍變,Schmitt Trigger,具有施

3、密特特性的與非門符號(hào),a,6,二)施密特觸發(fā)器應(yīng)用舉例,波形變換,將三角波、正弦波和其它 不規(guī)則信號(hào)變換成矩形脈沖,a,7,脈沖整形,將受到干擾的或不符合邊沿要求的信號(hào)整形成較好的矩形脈沖,a,8,脈沖幅度鑒別,鑒別并取出幅度大于 UT+ 的脈沖,a,9,即距形脈沖產(chǎn)生電路，由于距形脈沖中含有豐富的諧波分量，故常稱多諧振蕩器,1)不需輸入信號(hào)。 (2)無穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài),三、多諧振蕩器,一)多諧振蕩器的工作特點(diǎn)和符號(hào),通過電容的充電和放電，使兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)相互交替，從而產(chǎn)生自激振蕩，輸出周期性的矩形脈沖信號(hào),工作特點(diǎn),Astable Multivibrator,a,10,二)對(duì)稱多諧振蕩器

4、,形成正反饋回路,輸出波形,a,11,二)對(duì)稱多諧振蕩器,振蕩周期的估算,取 RF1 = RF2 = RF，C1 = C2 = C， UTH = 1.4 V，UOH = 3.6 V， UOL = 0.3 V 則可輸出占空比 50% 的矩形波,T = 2tW 1.4 RFC,脈沖寬度,a,12,三)施密特觸發(fā)器組成的多諧振蕩器,設(shè)電容初始電壓 uC(0) = 0。則接通電源后 uO 輸出高電平 UOH，輸出端通過 R 向電容 C 充電，使 uC 升高,工作原理,0,UOH,充電,當(dāng) uC 上升到 UT+ 時(shí)，施密特觸發(fā)器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，uO 躍變?yōu)榈碗娖?UOL。這時(shí) C 經(jīng) R 和施密特觸發(fā)器的輸出

5、電阻 RO 放電，使 uC 下降,uCUT,UOL,電容如此周而復(fù)始地充電和放電，電 路便產(chǎn)生了振蕩，輸出周期性矩形波,振蕩頻率與充放電元件值 R、C 及 VDD、UT+、UT- 有關(guān),a,13,四)石英晶體多諧振蕩器,振蕩頻率穩(wěn)定,RF,通常取 5 10 M，使 G1門工作在電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)，使 G1 門放大工作,選頻和形成正反饋,振蕩頻率 晶體頻率,采用 CMOS 門,調(diào)節(jié) C1 可微調(diào)振蕩頻率； 調(diào)節(jié) C1、C2 比值可調(diào)節(jié)反饋系數(shù),a,14,四、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,一)工作特點(diǎn)與電路符號(hào),有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。無外觸發(fā)脈沖 輸入時(shí)，電路處于穩(wěn)態(tài)；在外觸發(fā)脈沖作用下，電路將從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫

6、穩(wěn)態(tài)，經(jīng)一段時(shí)間后，電路又自動(dòng)返回到原來的穩(wěn)態(tài),工 作 特 點(diǎn),暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間長(zhǎng)短取決于電路本 身的參數(shù)，與外加觸發(fā)脈沖無關(guān),monostable flip-flop,a,15,單 穩(wěn) 態(tài) 觸 發(fā) 器,暫穩(wěn)態(tài)期間如再次被觸發(fā)，對(duì)原暫穩(wěn)時(shí)間無影響，輸出脈沖寬度 tW 仍從第一次觸發(fā)開始計(jì)算,暫穩(wěn)態(tài)期間如再次被觸發(fā)，輸出脈沖寬度可在此前暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間的基礎(chǔ)上再展寬 tW,a,16,下面通過工作波形的分析來說明可重復(fù)觸發(fā)型和不可重復(fù)觸發(fā)型觸發(fā)器的區(qū)別,單 穩(wěn) 工 作 波 形 舉 例,暫穩(wěn)態(tài)期間不能再次觸發(fā),暫穩(wěn)態(tài)期間能再次觸發(fā)。其輸出脈寬將在原暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間基礎(chǔ)上再展寬 tW,a,17,外接元件和連線少，觸發(fā)方

7、式靈活，既可用輸入脈沖的正躍變觸發(fā)，又可用負(fù)躍變觸發(fā)，使用十分方便，而且工作穩(wěn)定性好。因此應(yīng)用很廣泛,二)集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,TTL 不可重復(fù)觸發(fā)型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 CT74121 的邏輯符號(hào),有 3 個(gè)觸發(fā)信號(hào)輸入端，TR-A和 TR-B 用負(fù)脈沖觸發(fā)， TR+ 用正脈沖觸發(fā),有 2 個(gè)互補(bǔ)輸出端,RI CX RX/CX,不可重復(fù)觸發(fā)型單穩(wěn)的限定符號(hào),外接定時(shí)元件端,號(hào)表示非邏輯連接，即沒有任何邏輯信息的連接，例如外接 R、C 和 VCC 等,a,18,如何使用 Rint、Cext 和 Rext / Cext 端,a,19,那么 CT74121 的觸發(fā)信號(hào)應(yīng)如何加呢,通過對(duì) CT74121 功能表

8、的分析就可知道觸發(fā)端的用法,欲負(fù)脈沖觸發(fā)，則將觸發(fā)脈沖從 TR-A 或 TR-B 加入，而 TR+ 接 1,欲正脈沖觸發(fā)，則將觸發(fā)脈沖從 TR+ 加入，而 TR-A 和 TR-B 至少有一接 0,a,20,經(jīng)過長(zhǎng)距離傳輸后，脈沖信號(hào)的邊沿會(huì)變差或波形上疊加某些干擾， 利用整形可使其變成符合要求的波形,三)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應(yīng)用舉例,2. 脈沖定時(shí),1. 脈沖整形,因此，利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以控制門 開通與否以及開通多長(zhǎng)時(shí)間,門的定時(shí)時(shí)間即為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間,uC 為與門 G 開通與否的控制信號(hào)。 uC = 1，門 G 開通，信號(hào) uB 通過門 G 輸出； uC = 0，門 G 關(guān)閉，uB

9、不能輸出,a,21,若已知 Rext = 10 k，Cext = 1 F 則可得 tW 0.7 RextCext = 7 ms,3. 脈沖展寬,a,22,掌握用 555 定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài) 觸發(fā)器和多諧振蕩器的方法,主要要求,了解 555 定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)，掌握其符號(hào)和功能,7.2 555 定時(shí)器及其應(yīng)用,a,23,555 定時(shí)器簡(jiǎn)介,555 定時(shí)器是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便靈活、用途廣泛的多功能電路。它電源電壓范圍寬(雙極型 555 定時(shí)器為 5 16 V，CMOS 555 定時(shí)器為 3 18 V)，可提供與 TTL 及 CMOS 數(shù)字電路兼容的接口電平，還可輸出一定功率，驅(qū)動(dòng)微電

10、機(jī)、指示燈、揚(yáng)聲器等。 TTL 單定時(shí)器型號(hào)的最后 3 位數(shù)字為 555，雙定時(shí)器的為 556；CMOS 單定時(shí)器的最后 4 位數(shù)為 7555，雙定時(shí)器的為 7556,一、555 定時(shí)器的工作原理和邏輯功能,a,24,555 定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與符號(hào),集電極開路輸出端,構(gòu)成電阻分壓器，為比較器 C1、C2 提供兩個(gè)參考電壓，UR1 = 2/3VCC，UR2 = 1/3VCC,輸出緩沖器OUT = Q,構(gòu)成基本 RS 觸發(fā)器，決定電路輸出,a,25,電阻分壓器,電壓比較器,基本RS觸發(fā)器,復(fù)位輸入端(0,輸出緩沖反相器,集電極開路輸出三極管,1）電路組成,a,26,0,1,0,如果懸空,0,1,0

11、,1,0,1,0,1,1,0,1,1,1,保持,保持,2）工作原理,a,27,555定時(shí)器功能表,a,28,555 定時(shí)器的工作原理與邏輯功能,定時(shí)器 5G555 的功能表,a,29,定時(shí)器 5G555 的功能表,555 定時(shí)器的工作原理與邏輯功能,a,30,555 定時(shí)器的工作原理與邏輯功能,定時(shí)器 5G555 的功能表,a,31,555 定時(shí)器的工作原理與邏輯功能,定時(shí)器 5G555 的功能表,a,32,簡(jiǎn)化功能表,使用要點(diǎn),通常不用 CO 端，為了提高電路工作穩(wěn)定性，將其通過 0.01 F 電容接地,a,33,二、用 555 定時(shí)器組成施密特觸發(fā)器,電壓傳輸特性為反相輸出的滯回特性,UT

12、+ = 2/3 VCC UT- = 1/3 VCC UT = UT+ - UT- = 1/3 VCC,a,34,例 試對(duì)應(yīng)輸入波形畫出下圖中輸出波形,12V,解,UT+ = 2/3 VCC = 8 V,UT- = 1/3 VCC = 4 V,因此可畫出輸出波形為,電路構(gòu)成反相輸出的施密特觸發(fā)器,a,35,三、用555 定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,一)電路結(jié)構(gòu),R、C 為定時(shí)元件,a,36,二)工作原理、工作波形與參數(shù)估算,1. 穩(wěn)定狀態(tài),接通電源后 VCC 經(jīng) R 向 C 充電，使 uC 上升,該電路觸發(fā)信號(hào)為負(fù)脈沖，不加觸發(fā)信號(hào)時(shí)，uI = UIH (應(yīng) 1/3 VCC,工作原理,導(dǎo)通,a,37

13、,2. 觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài),二)工作原理、工作波形與參數(shù)估算,a,38,3. 自動(dòng)返回穩(wěn)定狀態(tài),二)工作原理、工作波形與參數(shù)估算,2. 觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài),這時(shí) uI 必須已恢復(fù)為高電平,a,39,例 用上述單穩(wěn)態(tài)電路輸出定時(shí)時(shí)間為1 s 的正脈沖，R = 27 k，試確定定時(shí)元件 C 的取值,二)工作原理、工作波形與參數(shù)估算,輸出脈沖寬度 tW 即為暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間，主要取決于充放電元件 R、C,該單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為不可重復(fù)觸發(fā)器，且要求輸入脈寬 tWI 小于輸出脈寬 tWO,解,因?yàn)?tWO 1.1 RC,故 可取標(biāo)稱值 33 F,估算公式 tWO 1.1 RC,a,40,四、用 555 定時(shí)器組成多諧

14、振蕩器,一)電路結(jié)構(gòu),a,41,二)工作原理、工作波形與周期估算,UOH,工作原理,a,42,二)工作原理、工作波形與周期估算,UOL,工作原理,a,43,二)工作原理、工作波形與周期估算,工作原理,a,44,二)工作原理、工作波形與周期估算,電容 C 如此循環(huán)充電和放電，使電路產(chǎn)生振蕩，輸出矩形脈沖,周期與占空比估算,tWH 0.7 (R1 + R2)C tWL 0.7 R2C T = tWH + tWL 0.7 (R1 + 2R2)C,a,45,7.3 555定時(shí)器的應(yīng)用,a,46,例 指出右圖中控制揚(yáng)聲器鳴響與否和調(diào)節(jié)音調(diào)高低的分別是哪個(gè)電位器？若原來無聲，如何調(diào)節(jié)才能鳴響？欲提高音調(diào)，

15、又該如何調(diào)節(jié),解,R1、R2、RP1 和 C 共同構(gòu)成定時(shí)元件，因此調(diào)節(jié) RP1 可調(diào)節(jié)音調(diào)高低,欲提高音調(diào)，則應(yīng)減小 RP1 ，因此觸頭應(yīng)下移,RP2,RP1,a,47,例1： 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器: 微電機(jī)起動(dòng)停車控制電路,S1 : 起動(dòng)按鈕,S2 : 停車按鈕,a,48,按下啟動(dòng)按鈕 S1（未按 S2,即使放開 S1 , UTR電位變高 、UTH仍為低電平，輸出狀態(tài)保持不變，電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),這時(shí)如果松開 S2 , 輸出狀態(tài)不變，電機(jī)仍不轉(zhuǎn)動(dòng),啟動(dòng)過程,停車過程,故 uo=1 , 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),按下停車按鈕 S2（未按 S1,故 uo=0 , 電機(jī)停轉(zhuǎn),a,49,例2： 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器: 微電機(jī)起動(dòng)停車控

16、制電路改進(jìn),S1 : 起動(dòng)按鈕,S2 : 停車按鈕,a,50,例3： 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器: 洗相曝光定時(shí)器,若S打開 。 輸出總為0,a,51,ui,由以上分析可以看出： 按鈕每按動(dòng)一次，uo 便輸出一個(gè)正脈沖,其寬度 TW 由 RT CT 決定,T截止,C充電,a,52,白燈亮的時(shí)間即為曝光時(shí)間 TW,TW = 1.1 RT CT,按著S忘了松手,會(huì)怎麼樣,a,53,例4： 多諧振蕩器: 簡(jiǎn)易電子琴電路,555 定時(shí)器可構(gòu)成多諧振蕩器,a,54,設(shè)電容C 原先未充電, 故 UTH =UTR VCC /3 , 此時(shí) uo = 1，555內(nèi)的晶體管 T 截止 , 電源通過 R1 和 R2 對(duì)電容 C

17、充電。在 uC 沒有充電到 2VCC /3 之前， uo 保持 1 不變,一旦 uC 充至2VCC /3，則 UTH =UTR 2VCC /3 , 立即 uo = 0 , 同時(shí)555內(nèi)的管 T 導(dǎo)通，電容 C 經(jīng) R2 7#管腳 T 1#管腳放電一直至VCC /3，使得uo 回到 1 ，進(jìn)入循環(huán) .,t,a,55,輸出方波的周期 T 的計(jì)算,T = T1 + T2 = 0.7 ( R1 + 2R2 ) C,a,56,簡(jiǎn)易電子琴就是通過改變R2 的阻值來改變輸出方波的周期 , 使外接的喇叭發(fā)出不同的音調(diào),a,57,本章小結(jié),施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是兩種常用的整形電路，可將輸入的周期信號(hào)整形成

18、符合要求的同周期矩形脈沖,施密特觸發(fā)器具有回差特性，它有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，有兩個(gè)不同的觸發(fā)電平,施密特觸發(fā)器可將任意波形變換成矩形脈沖，輸出脈沖寬度取決于輸入信號(hào)的波形和回差電壓的大小。施密特觸發(fā)器還可用來進(jìn) 行幅度鑒別、構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩 器等。實(shí)用中，常選用集成施密特觸發(fā)器 或 采用555 定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器,a,58,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。 其輸出脈沖的寬度只取決于電路本身 R、C 定 時(shí)元件的數(shù)值，與輸入信號(hào)沒有關(guān)系。輸入信 號(hào)只起到觸發(fā)電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)的作用。改變 R、 C 定時(shí)元件的數(shù)值可調(diào)節(jié)輸出脈沖的寬度,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可將輸入的觸發(fā)脈沖變換為 寬度和幅度都符合要求的矩形脈沖，因此，常 用于脈沖的定時(shí)、整形和展寬等,實(shí)用中，常選用集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 或 采用 555 定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,a,59,在振蕩頻率穩(wěn)定度要求很高的情況下， 可采用石英晶體振蕩器,多諧振蕩器沒有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。 暫穩(wěn)態(tài)間的相互轉(zhuǎn)換完全靠電路本身電容的充 電和放電自動(dòng)完成。因此，多諧振蕩器接通電 源后就能輸出周期性的矩形脈沖。改變 R、C 定時(shí)元件數(shù)值的大小，可調(diào)節(jié)振蕩頻率,a,60,555 定時(shí)器是一種多用途的集成電路。只需外接 少量阻容元件便可構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài) 觸發(fā)器和多諧振蕩器等。此外，它還可組成其