第8章脈沖波形的產(chǎn)生和整形

§7.1概述(ɡàishù)數(shù)字電路區(qū)別于模擬電路的主要特點之一是：它的工作信號(xìnhào)是離散的脈沖信號(xìnhào)。最常用的脈沖信號(xìnhào)是方波(矩形波)。如何產(chǎn)生方波以及對不理想的方波如何整形，是本章討論的重點。第二頁，共五十五頁。1§7.2單脈沖的產(chǎn)生(chǎnshēng)+VCCFS按鈕按放一次，便產(chǎn)生(chǎnshēng)一個單脈沖。

但是，由于按鈕S機(jī)械動作經(jīng)常伴有抖動現(xiàn)象，使得輸出的方波很不理想，毛刺(máocì)很大。這樣的方波用到數(shù)字系統(tǒng)中很容易引起誤動作。因此，這個電路沒有實用價值。第三頁，共五十五頁。2&&S＋5VQQ正常(zhèngcháng)時，不按按鈕，Q＝0；按下按鈕時，鎖定器翻轉(zhuǎn)(fānzhuǎn)，Q＝1；開按鈕后，回到Q＝0?？梢姡喊粹o動作一次，Q端就輸出一個正脈沖。由于鎖定器的存在，即使按鈕抖動，輸出端也不會產(chǎn)生(chǎnshēng)毛刺。QQ削抖電路第四頁，共五十五頁。3§7.3連續(xù)(liánxù)矩形脈沖波的產(chǎn)生矩形波發(fā)生器又稱多諧振蕩器。它可以由分立元件構(gòu)成，也可以由集成電路(jíchéng-diànlù)構(gòu)成，本節(jié)只討論后一種電路。7.3.1環(huán)形(huánxínɡ)振蕩器利用邏輯門電路的傳輸延遲時間，將奇數(shù)個與非門首尾相接，就可以構(gòu)成一個簡單的環(huán)形振蕩器:&&&uo3uo2uo1第五頁，共五十五頁。4&&&321uo3uo2uo1設(shè)uo3

的初始狀態(tài)為0:010101用波形圖來表示(biǎoshì),則為:0tuo3優(yōu)點:電路(diànlù)結(jié)構(gòu)簡單,所用元件少。缺點:頻率(pínlǜ)太高,并且不可調(diào)整。第六頁，共五十五頁。5123RRS100CAuo1uouo2321uo3uo2uo1在原電路(diànlù)的基礎(chǔ)上添加RC延時電路,便可以克服上圖的不足:下面將結(jié)合它的工作波形說明(shuōmíng)其工作原理:第七頁，共五十五頁。60tuo0tuo20tuo10tuAUT假設(shè)(jiǎshè)：開始時uo=0電容上的電流(diànliú)，uA下降uA>UT時，uo不反轉(zhuǎn)(fǎnzhuǎn)。123RRS100CAuo1uouo2010第八頁，共五十五頁。70tuo0tuo20tuo10tuAUT當(dāng)uA=UT時，uo反轉(zhuǎn)(fǎnzhuǎn)，uo1、uo2也一起反轉(zhuǎn)。123RRS100CAuo1uouo2第九頁，共五十五頁。80tuo0tuo20tuo10tuAUT由于(yóuyú)電容電壓不能突變,當(dāng)uo1

發(fā)生下跳時,uA有一突變。U123RRS100CAuo1uouo2第十頁，共五十五頁。90tuo0tuo20tuo10tuAUTUt1

后，uo2>uo1，電容(diànróng)反向充電,uA上升。只要(zhǐyào)uA<UT，uo就不反轉(zhuǎn)。t1123RRS100CAuo1uouo2第十一頁，共五十五頁。100tuo0tuo20tuo10tuAUTU當(dāng)uA=UT時(t2)，uo、uo1、uo2再次(zàicì)反轉(zhuǎn)。t2123RRS100CAuo1uouo2第十二頁，共五十五頁。110tuo0tuo20tuo10tuAUTU由于uo1上跳，電容電壓不能突變，所以(suǒyǐ)uA上跳，然后uA開始下降

電流方向123RRS100CAuo1uouo2第十三頁，共五十五頁。12T0tuo0tuo20tuo10tuAUTU輸出信號(xìnhào)的周期近似為:T=2.2RC123RRS100CAuo1uouo2第十四頁，共五十五頁。137.3.2RC耦合式振蕩器12R1R2C1C2uR2uR1uo2uo112R1R2C1C2uR2uR1uo2uo10t0t0t0tuo1uR1uR2uo2UTUT波形(bōxínɡ)請自行分析第十五頁，共五十五頁。14這個電路(diànlù)有兩個缺點:一是不容易(róngyì)起振;二是電路振蕩頻率的穩(wěn)定(wěndìng)性較差,容易受溫度、元件性能、電源波動等因素的影響。(a)12R1R2C1C2uo2uo1(b)為便于起振,將兩個電阻改接成如圖(b)示,只要適當(dāng)選擇它們的大小,使兩個與非門的靜態(tài)工作點均處于放大區(qū),起振便比較容易.12R1R2C1C2uR2uR1uo2uo1第十六頁，共五十五頁。1512R1R2C1C2uo石英晶體(c)石英晶體振蕩器常用作數(shù)字(shùzì)系統(tǒng)的基準(zhǔn)信號.為獲得穩(wěn)定的振蕩頻率,可在振蕩電路(zhèndànɡdiànlù)中串接石英晶體,組成石英晶體振蕩器,如圖(c)所示.12R1R2C1C2uR2uR1uo2uo112R1R2C1C2uo2uo1(a)(b)第十七頁，共五十五頁。16§7.4單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器簡稱(jiǎnchēng)單穩(wěn)。它的突出特點是:輸出端只有一個穩(wěn)定狀態(tài),另一個狀態(tài)則是暫穩(wěn)態(tài).加入(jiārù)觸發(fā)信號后,它可以由穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài),但是,經(jīng)過一定時間以后,它又會自動返回原來的穩(wěn)定狀態(tài)。穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)暫穩(wěn)態(tài)由外界觸發(fā)自動返回學(xué)習(xí)的重點:為什么會自動返回?需多少時間?第十八頁，共五十五頁。177.4.1積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作(gōngzuò)原理uo1uo2RC12uiA0tuiuo1uAuo20t0t0tt1當(dāng)ui

發(fā)生(fāshēng)正跳變后,uo1跟著負(fù)跳變;但uA不能突變，uo2立即下跳。在ui正脈沖(màichōng)到來以前，uo1是高電平，uo2是高電平。第十九頁，共五十五頁。180tuiuo1uAuo20t0t0tt1uo1下跳后，C放電(fàngdiàn)，uA下降。UTuA=UT時，uo2上跳。之后(zhīhòu)uA繼續(xù)下降。uo1uo2RC12uiAUi正脈沖過后(guòhòu)，uo2隨后恢復(fù)高電平。第二十頁，共五十五頁。190tuiuo1uAuo20t0t0tt1UTuo1uo2RC12uiAW在ui合理的配合下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖（uo2）的寬度W，取決于電容的放電速度。即R、C參數(shù)(cānshù)的大小。第二十一頁，共五十五頁。20uA0tUTuo20t0tuiuo10tt1t3

回答(huídá):有!…...討論:對

uA

的放電快慢有無約束?t2若的C放電速度太慢，在t1

~t3

期間,uA>UT

,則uo2

低電平寬度不再受RC的控制。必須改進(jìn)(gǎijìn)電路!0111uo1uo2RC12uiA第二十二頁，共五十五頁。21(a)uo1uo2RC12uiA&ui,34uo4(b)具體(jùtǐ)原理請參見有關(guān)教材。uo1uo2RC12uiA第二十三頁，共五十五頁。227.4.2集成單穩(wěn)組件(zǔjiàn)介紹它的管腳圖和功能表見下頁:集成化單穩(wěn)組件的類型很多,以下以74LS123為例,作為介紹(jièshào)對象。74LS123包括兩個獨立的單穩(wěn),各管腳以字頭1、2相區(qū)別。單穩(wěn)輸出脈沖的寬度，主要由外接的定時電阻(RT

)和定時電容(CT

)決定。單穩(wěn)的翻轉(zhuǎn)時刻決定于A、B、CLR三個輸入相與的結(jié)果，具體(jùtǐ)參見它的功能表。第二十四頁，共五十五頁。2391615141312111024365781CLRCLRQQQQ2B2A1B1A2Q1Q1Q2Q1CLR2CLR1CT2CTVCCGND2RT/CT1RT/CT74LS123管腳圖第二十五頁，共五十五頁。24CLRABQQ說明000000011111111穩(wěn)態(tài)觸發(fā)74LS123功能表第二十六頁，共五十五頁。2574LS123輸出脈沖(màichōng)的寬度有三種控制方法:1.基本脈沖寬度由外接電阻(RT

)、電容(diànróng)(CT

)決定，當(dāng)CT

>1000PF時，脈寬tW

應(yīng)為：tW

=0.45RT

CT

2.在清零端(CLR

)加清0負(fù)脈沖,可提前終止(zhōngzhǐ)輸出脈沖,如下圖所示:tWCLRQ單位：RT:k、CT:Pf、tW:nS第二十七頁，共五十五頁。263.通過在A端或B端加再觸發(fā)脈沖(màichōng),可使輸出脈沖(màichōng)的寬度加寬:tWtWBQ由于這種單穩(wěn)可以通過加再觸發(fā)脈沖增大輸出脈沖的寬度(kuāndù),所以,它被稱為可再觸發(fā)式單穩(wěn)。第二十八頁，共五十五頁。277.4.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用(yìngyòng)單穩(wěn)的應(yīng)用多種多樣,如:整形(zhěngxíng)、延時控制、定時順序控制等等。例如(lìrú)“延時控制”利用單穩(wěn)可以取得延時作用,延長的時間可以通過R、C調(diào)節(jié)。請看下例:第二十九頁，共五十五頁。28QAQCQBQDCPCLRRS0S1QAQCQBQDCPCLRRABCDEFGH74LS194(1)74LS194(2)R2C2AQ2R1C1AQ1B+5V移位(yíwèi)輸入DW1DW2時鐘(shízhōng)S1S0第三十頁，共五十五頁。29CPABCDEFGHQ1Q2t0t1t2t3用波形圖表示(biǎoshì)如下:第三十一頁，共五十五頁。30CPABCDEFGHQ1Q2t0t1t2t3用波形圖表示(biǎoshì)如下:移位(yíwèi)寄存器清零H燈上升沿觸發(fā)Q1Q1的下降沿觸發(fā)Q2移位(yíwèi)寄存器串行輸入為1循環(huán)重新開始第三十二頁，共五十五頁。31§7.5555定時器的原理(yuánlǐ)和應(yīng)用

555定時器是將模擬電路和數(shù)字電路集成于一體的電子器件。它使用方便,帶負(fù)載能力(nénglì)較強(qiáng),目前得到了非常廣泛的應(yīng)用。7.5.1555定時器的工作(gōngzuò)原理

555定時器的內(nèi)部電路包括以下幾部分:一個由三個相等電阻組成的分壓器;兩個電壓比較器:A1、A2

;一個RS觸發(fā)器;一個反相器和一個晶體管T等。具體的結(jié)構(gòu)見后圖。第三十三頁，共五十五頁。32RSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR第三十四頁，共五十五頁。33RSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDuoRD87645321RRR12345678555VCCDTHCOGNDTRUoRD電源放電閾值電控壓制地觸發(fā)輸出復(fù)位電源電壓范圍:4.5V~18V管腳圖第三十五頁，共五十五頁。34CORSQQ++--A1A2VCCTHTRDTuoRD87645321RRR三個電阻(diànzǔ)構(gòu)成的分壓器給兩個比較器提供基準(zhǔn)電壓:A1

的為2VCC

/3,A2

的為VCC

/3。首先討論上圖中彩色部分(bùfen)的電路的工作原理。第三十六頁，共五十五頁。35101000閾值端觸發(fā)端THTRRS比較的結(jié)果2VCC

/3小于2VCC

/3小于VCC

/3大于VCC

/3小于VCC

/3大于大于2VCC

/3SR++--A1A2VCCTHCOTR876521RRR閾值(yùzhí)端觸發(fā)(chùfā)端第三十七頁，共五十五頁。36RSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR晶體管TRSQuo100100保持0110保持保持導(dǎo)通截止RSQ1001000101保持保持Q11禁止禁止RS觸發(fā)器功能表附錄(fùlù):第三十八頁，共五十五頁。37綜合以上的分析結(jié)果(jiēguǒ),便可得到555的功能表:閾值端觸發(fā)端THTR2VCC

/3VCC

/3大于大于2VCC/32VCC/3VCC

/3VCC/3小于小于小于大于保持保持RD晶體管Tuo0111001導(dǎo)通導(dǎo)通截止RSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDuoRD87645321RRR第三十九頁，共五十五頁。387.5.2555定時器的應(yīng)用(yìngyòng)(1)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器:微電機(jī)起動(qǐdònɡ)停車控制電路。4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微電機(jī)555S1:起動(qǐdònɡ)按鈕S2:停車按鈕555定時器應(yīng)用范圍非常廣泛，可以做單穩(wěn)、雙穩(wěn)、多諧震蕩器、施密特觸發(fā)器等。下面舉例說明：第四十頁，共五十五頁。394816235S2S1RRCVCCTHTRM微電機(jī)555uo閾值端觸發(fā)端THTR大于大于小于小于小于大于保持保持RD晶體管Tuo0111001導(dǎo)通導(dǎo)通截止VCC

/32VCC

/3VCC

/32VCC

/32VCC

/3VCC

/3僅按下起動(qǐdònɡ)按鈕

S1

,則TR

<VCC/3;未按S2,

當(dāng)然TH

<2VCC

/3,故uo

=1,電機(jī)轉(zhuǎn)動。即使放開S1

,TR>VCC

/3,TH

<2VCC

/3,uo

保持(bǎochí)為1,電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動。

如果(rúguǒ)僅按下按鈕

S2

,TH

>2VCC

/3,未按S1,當(dāng)然TR

>VCC

/3,這時uo

=0,電機(jī)停止運(yùn)行。

如果松開S2,電機(jī)仍不轉(zhuǎn)動。第四十一頁，共五十五頁。40(2)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器:洗相曝光(bàoguāng)定時器48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS若S打開(dǎkāi),則ui

=1;若S合上,則ui

=0。0t0t0tuiuCTuo2VCC

/3TW第四十二頁，共五十五頁。41若S打開,則ui

=1;若S合上,則ui

=0。接通電源后，設(shè)按鈕S處于打開狀態(tài),電容(diànróng)已充電至穩(wěn)態(tài)。則：依前分析可知：此時uo

=0,555內(nèi)的晶體管T導(dǎo)通,電容CT被短路(duǎnlù),TH<2VCC/3、TR>VCC/3。Uo保持0狀態(tài)。48162357uouiVCCRRTCTDTHTRSTR>VCC

/3TR>VCC/3。第四十三頁，共五十五頁。42若S打開,則ui

=1;若S合上,則ui

=0。0tuiuo=0,555內(nèi)的管T導(dǎo)通,電容(diànróng)

CT被短路。0tuCT2VCC/30tuo48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS第四十四頁，共五十五頁。430tuiS按下時,TR

<VCC

/3,已有TH

<2VCC

/3,故uo

=1。此時(cǐshí)555內(nèi)的晶體管T截止,CT

將充電。只要uCT

未充至2VCC

/3,uo=1

的狀態(tài)不會改變。0tuo0tuCT2VCC/348162357uouiVCCRRTCTDTHTRS第四十五頁，共五十五頁。44一旦uCT>2VCC/3,且按鈕已松開，TR>VCC

/3,則uo=0;555內(nèi)的晶體管T也由截止(jiézhǐ)變成導(dǎo)通,電容CT迅速放電而變成0V。0tui0tuCT2VCC

/30tuo48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS第四十六頁，共五十五頁。450tui0tuCT2VCC/30tuo由以上過程可以看出:按鈕每按動一次,uo便輸出一個(yīɡè)正脈沖,其寬度TW

由RTCT決定。TW48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS第四十七頁，共五十五頁。4648162357uouiVCCRRTCTDTHTRSJJ~紅白D1D2按一次按鈕

S未按uo0J的線圈不通電J的結(jié)點不動作紅燈白燈亮滅1通電閉合亮滅紅燈亮的時間(shíjiān)即為曝光時間(shíjiān)

TWTW=1.1RT

CT第四十八頁，共五十五頁。47(3)多諧振蕩器:簡易(jiǎnyì)電子琴電路48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCCuC0tVCC

/32VCC

/3首先說明(shuōmíng)如何用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器:0tuo輸出波形第四十九頁，共五十五頁。48設(shè)電容(diànróng)C原先未充電,故TH=TR<VCC/3,此時uo

=1,555內(nèi)的晶體管T截止,電源通過R1

和R2

對電容C充電。uC0tVCC

/32VCC

/30tuo在uC沒有(méiyǒu)充電到2VCC/3之前,uo

保持

1不變。48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC第五十頁，共五十五頁。49uC0tVCC

/32VCC

/30tuou