電工基礎(chǔ)與測量觸發(fā)器和時(shí)序邏輯電路定時(shí)器及其應(yīng)用PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1電工基礎(chǔ)與測量觸發(fā)器和時(shí)序邏輯電路電工基礎(chǔ)與測量觸發(fā)器和時(shí)序邏輯電路定時(shí)器及其應(yīng)用定時(shí)器及其應(yīng)用2第第1414章章 觸發(fā)器和時(shí)序邏輯電觸發(fā)器和時(shí)序邏輯電路路 本章介紹時(shí)序邏輯電路（簡稱時(shí)序電路）的內(nèi)容。所謂時(shí)序邏輯電路從邏輯功能上來看，任一時(shí)刻的輸出不僅取決該時(shí)刻的輸入信號，還取決于電路原來的狀態(tài)；從電路結(jié)構(gòu)上來看，不僅包含組合邏輯電路，更重要的是還必須有存儲電路。存儲電路用來保存電路的狀態(tài)，所以說時(shí)序邏輯電路具有記憶性，實(shí)現(xiàn)記憶功能的基本邏輯單元是觸發(fā)器。下面首先介紹觸發(fā)器。第1頁/共18頁314.4 555定時(shí)器及其應(yīng)用定時(shí)器及其應(yīng)用 555定時(shí)器是一種數(shù)字模擬混合的中規(guī)模集成電路

2、，其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)簡單、外部各功能端運(yùn)用靈活，在波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制、家用電器和電子玩具等領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用。如在波形和變換的產(chǎn)生方面，只需附加少量外部元件即可構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器和施密特觸發(fā)器等電路。14.4.1 555定時(shí)器定時(shí)器 常用的555定時(shí)器有TTL類型的CB555和COMS類型的CC7555等，這兩種型號的功能和外部引腳排列完全相同。下面以CB555為例介紹555定時(shí)器的基本功能。 CB555的電路和引腳排如圖14.4.1所示。它包括三個(gè)5k的電阻組成的分壓器、兩個(gè)電壓比較器C1和C2、一個(gè)SR鎖存器、一個(gè)與非門、一個(gè)非門和一個(gè)放電晶體管T。如果5腳接固定的電壓V

3、CO，則比較器C1的參考電壓 ，加在同相輸入端，C2的參考電壓 ，加在反相輸入端；如果5腳懸空不用時(shí)，則 、 。R1COVVR2CO12VVR1CC23VVR2CC13VV第2頁/共18頁圖14.33 CB555的電路圖和引腳排圖第3頁/共18頁5 是低電平有效的置零輸入端。當(dāng) = 0時(shí)，輸出端vO立即被置零，不受其他輸入端狀態(tài)的影響。正常工作時(shí)，必須使 = 1。 由圖14.4.1可知，輸出端vO、VOD的狀態(tài)取決于SR鎖存器Q端狀態(tài)，而Q端狀態(tài)又取決于vI1和vI2分別與VR1和VR2比較結(jié)果vC1、vC2的狀態(tài)。下面分析vI1、vI2分別與VR1、VR2在不同比較情況下BC555定時(shí)器的輸

4、出狀態(tài)。 （1）當(dāng)vI1 VR1，vI2 VR2時(shí)，比較器C1的輸出vC1 = 0，C2輸出的vC2 = 1，由于SR鎖存器的輸入端是以低電平為有效信號，故SR鎖存器被置為0，所以輸出端vO為低電平，放電三極管T的基極為高電平而導(dǎo)通， （2）當(dāng)vI1 VR2時(shí)，vC1 = 1，vC2 = 1，SR鎖存器的狀態(tài)不變，因此輸出端vO的狀態(tài)和放電三極管T的狀態(tài)維持不變。 （3）當(dāng)vI1 VR1，vI2 VR1，vI2 VR1 VR20導(dǎo)通1 VR2不變不變1 VR1 VR1 VR2。在t1時(shí)刻之前觸發(fā)脈沖為高電平，即vI VR2，故比較器C2的輸出為vC2 = 1。接通電源瞬間鎖存的狀態(tài)是隨機(jī)的，若

5、鎖存器為Q = 0的狀態(tài)，則晶體管T飽和導(dǎo)通，vC 0V，故C1的輸出也為vC1 = 1，鎖存器保持在Q = 0的狀態(tài)，所以輸出穩(wěn)定在vO = 0的狀態(tài)。若通電源瞬間鎖存器為Q = 1的狀態(tài)，則晶體管T截止，VCC通過R對電容C充電，當(dāng)vC上升略高于VR1時(shí)，C1的輸出為vC1 = 0，于是鎖存器被置0（ Q= 0）；同時(shí)，T飽和導(dǎo)通，電容C經(jīng)T迅速放電，使得vC 0V；此時(shí)，vC1 = vC12= 1，鎖存器保持在 Q= 0的狀態(tài)，故輸出也穩(wěn)定在vO = 0的狀態(tài)?？傊油娫春箅娐穼⒆詣犹幱?Q= 0、vO = 0的穩(wěn)定狀態(tài)。第6頁/共18頁8（a）電路圖 （b）波形圖 圖14.34 由

6、555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第7頁/共18頁9 在t1時(shí)刻觸發(fā)脈沖出現(xiàn)下降沿，有vI VR2，使得vC2 = 0，因這時(shí)仍有vC1 = 1，故將鎖存器置為1，vO由0跳變?yōu)?，電路進(jìn)入暫穩(wěn)狀態(tài)。這時(shí)放電管T截止，電源對電容充電。當(dāng)vC上升略高于VR1時(shí)，有vC1 = 0；由于這時(shí)vI = 1，有vC2 = 1，故鎖存器被置為 0。此后，T變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，電容C經(jīng)T迅速放電，直至vC 0V，電路恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。電路工作的波形見圖14.34（b）。 由波形圖可知，輸出的矩形脈沖寬度TW等于電容電壓從0上升到VR1所需的時(shí)間，因 ，故有R1CC23VVCCWCCCClnln31.123VTRCRCR

7、CVV（14.6） 為了保證電路正常工作，輸出脈沖寬度TW必須大于觸發(fā)負(fù)脈沖的寬度。 利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可實(shí)現(xiàn)波形的變換和整形。如對圖14.34（b）所示的輸入脈沖波形，由式 （14.6）可知，通過改變RC值可調(diào)節(jié)輸出正脈沖的寬度TW，從而改變了正脈沖時(shí)間與脈沖周期的比值（占空比）。又如圖14.35中的輸入信號是邊沿不陡直、幅度不一致的波形，當(dāng)vI VR2時(shí)，輸出vO由0跳變?yōu)?，電路進(jìn)入暫穩(wěn)狀態(tài)，經(jīng)過TW時(shí)間后，vO再由1跳變?yōu)?，于是輸出的是幅度和寬度都為一定的規(guī)則矩形波。這就單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器對波形的整形功能。第8頁/共18頁1014.4.3 14.4.3 由由555555定時(shí)器組成的多諧振蕩器

8、定時(shí)器組成的多諧振蕩器 多諧振蕩器是一種基本的矩形波產(chǎn)生器。它是一種無穩(wěn)態(tài)電路，在接通電源后不需要外加觸發(fā)信號，在電路的振蕩下就能輸出一定頻率的矩形脈沖。因?yàn)榫匦尾ê胸S富的高次諧波，故稱為多諧振蕩器。圖圖14.35 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的整形功能單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的整形功能第9頁/共18頁11（a）電路圖 （b）波形圖 圖14.36 由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器第10頁/共18頁12 圖14.36（a）是由CB555定時(shí)器組成的多諧振蕩器。電路中 、 。接通電源VCC后，它經(jīng)R1和R2對電容C充電，當(dāng)電容電壓vC上升略高于VR1時(shí)，比較器C1、C2的輸出分別為vC1 = 0、vC2 = 1，故將鎖存器置

9、0，輸出vO = 0。與此同時(shí)，放電管T導(dǎo)通，電容C通過R2和T放電，vC下降。當(dāng)vC下降略低于VR2時(shí)，比較器C1、C2的輸出分別為vC1 = 1、vC2 = 0，故將鎖存器置1，輸出vO由0變?yōu)?。這時(shí)放電管T截止，VCC又經(jīng)R1和R2對電容C充電。如此重復(fù)上述過程，輸出vO為連續(xù)的矩形波。電路的工作波形見圖14.36（b）。 圖14.36（b）中T1為電容C充電的時(shí)間，有R1CC23VVR2CC13VV11212()ln20.7()TRR CRR C（14.7）T2為電容C放電的時(shí)間，有222ln20.7TR CR C（14.8）所以電路的振蕩周期為12120.7(2)TTTRR C（1

10、4.9）振蕩頻率為1211.43(2)fTRR C（14.10）第11頁/共18頁13 圖14.37是由兩個(gè)多諧振蕩器構(gòu)成的模擬聲響發(fā)生電路。根據(jù)式（14.10），元件R1、R2、C1和 、 、 取適當(dāng)?shù)闹担沟?個(gè)振蕩器的頻率為1HZ，第2個(gè)振蕩器的頻率為2kHZ。由于低頻振蕩器的輸出端3接到高頻振蕩器的置0 0輸入端，因此當(dāng)?shù)皖l振蕩器1的輸出電壓vO1為高電平時(shí)，高頻振蕩器才能振蕩，vO1為低電平時(shí)，高頻振蕩器停止振蕩。這樣揚(yáng)聲器便發(fā)出“鳴鳴”的間斷聲響。vO1和vO2的波形如圖所示。根據(jù)式（14.7）和式（14.8）可調(diào)節(jié)發(fā)聲長短和間斷時(shí)間，改變聲響效果。1R2R1C圖圖14.37 14

11、.37 模擬聲響電路模擬聲響電路第12頁/共18頁1414.4.4 14.4.4 由由555555定時(shí)器組成的施密特觸發(fā)器定時(shí)器組成的施密特觸發(fā)器 只需將CB555定時(shí)器的兩個(gè)輸入端vI1和vI2連在一起作為信號輸入端，即可得施密特觸發(fā)器，電路見圖14.38（a）。其中 、 。下面分析電路的工作原理。 （1）vI從0升高的過程 當(dāng)vI VR2時(shí)，有vC1 = 1 1、vC2 = 0 0，鎖存器置1 1，故vO = 1 1； 當(dāng)VR2 vI VR1時(shí)，有vC1 = 0 0、vC2 = 1 1，鎖存器置0 0，故vO = 0 0。vO的跳變發(fā)生在vI = VR1的處； （2）vI從高降為0的過程

12、當(dāng)vI VR1時(shí)，有vC1 = 0 0、vC2 = 1 1，鎖存器置0 0，故vO = 0 0； 當(dāng)VR2 vI VR1時(shí)，有vC1 = vC2 = 1 1，鎖存器維持0 0狀態(tài)，故vO保持0 0狀態(tài)不變； 當(dāng)vI VR2時(shí)，有vC1 = 1 1、vC2 = 0 0，鎖存器置1 1，故vO = 1 1。vO的跳變發(fā)生在vI = VR2的處；R1CC23VVR2CC13VV第13頁/共18頁圖14.38 由555定時(shí)器組成的施密特觸發(fā)器第14頁/共18頁16 由上述分析，可作出施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性，見圖14.38（b）。可見，電壓傳輸特性曲線是不可逆的。vI從0升高過程，vO從1 1跳變到0 0時(shí)所對應(yīng)的輸入電壓稱為上限閾值電壓，記為VT+；vI從高降為0過程，vO從0 0跳變到1 1時(shí)所對應(yīng)的輸入電壓稱為下限閾值電壓，記為VT。這兩閾值電壓之差 稱為電路的回差電壓。對于圖14.38（a）的電路，回差電壓為TTTVVVR1R2CC13TVVVV（14.11） 如果在5腳端加上一個(gè)控制電壓VCO，則 、 ，故 ，即可通過改變VCO的值調(diào)節(jié)回差電壓的大小。T+R1COVVVT-R2CO12VVVCO12TVV 施密特觸發(fā)器常用于波形變換和整形。如在圖14.39中輸入信號是三角波，經(jīng)施密特觸發(fā)器后輸出的是矩形脈沖信號，于是將邊沿變化緩慢的周期信號變換為邊沿陡直的矩形波。又如圖14