第7章 由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在數(shù)字電路中一般用于定時(shí)（產(chǎn)生一定寬度的矩形波）、整形（把不規(guī)則的波形轉(zhuǎn)換成寬度、幅度都相等的波形）以及延時(shí)（把輸入信號(hào)延遲一定時(shí)間后輸出）等。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有下列特點(diǎn)：（1）電路有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。（2）在外來(lái)觸發(fā)脈沖作用下，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)。（3）暫穩(wěn)態(tài)是一個(gè)不能長(zhǎng)久保持的狀態(tài)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，電路會(huì)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間與觸發(fā)脈沖無(wú)關(guān)，僅決定于電路本身的參數(shù)。7.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一、集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器除了少數(shù)用于定時(shí)的電阻、電容需要外接以外，其它電路都集成在一個(gè)芯片上，而且電路還附加了上升沿與下降沿觸發(fā)控制功能，有的還帶有清零功能，具有溫度穩(wěn)定性好、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)字系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。下面我們對(duì)集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中的典型產(chǎn)品74121的功能和使用方法作簡(jiǎn)要的介紹。圖7-174121的引腳圖74121是一種典型的TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器表7-174121的功能表在穩(wěn)定狀態(tài)下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出Q=0；當(dāng)有觸發(fā)脈沖作用時(shí)，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，Q=1。

1．觸發(fā)方式

由74121的功能表表7-1可知，觸發(fā)信號(hào)可以加在A1、A2或B中的任意一端。其中A1、A2端是下降沿觸發(fā)，B端是上升沿觸發(fā)。觸發(fā)方式可以概括為以下三種：

①在A1或A2端用下降沿觸發(fā)，這時(shí)要求另外兩個(gè)輸入端必須為高電平；

②A1和A2端同時(shí)用下降沿觸發(fā)，并且B端為高電平；

③在B端用上升沿觸發(fā)，同時(shí)A1和A2中至少有一個(gè)是低電平。圖7-2為集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的工作波形。圖7-2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的工作波形

2．定時(shí)

集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的輸出脈沖寬度：取決于定時(shí)電阻和定時(shí)電容的大小。定時(shí)電容接在74121的10、11腳之間，如果使用的是電解電容，10腳Cext接電容的正極。定時(shí)電阻，使用者可以有兩種選擇：一種是使用芯片內(nèi)部2kΩ的定時(shí)電阻，此時(shí)要將9腳Rint接到電源UCC（14腳）上，如圖7-3（a）所示；如果要獲得較寬的輸出脈沖，可采用外部定時(shí)電阻，將電阻接在11腳Rext/Cext和14腳UCC之間，如圖7-3（b）所示。圖7-374121的外部連接方法(a)使用內(nèi)部電阻(上升沿觸發(fā))；(b)使用外接電阻(下降沿觸發(fā))74121的輸出脈沖寬度可以用下式進(jìn)行計(jì)算：(7-19)

其中,定時(shí)電阻R的取值范圍可以從1.4kΩ到40kΩ，定時(shí)電容C的取值范圍可以從0到1000μF。通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)碾娮琛㈦娙葜?，輸出脈沖的寬度可以在30ns～28s范圍內(nèi)改變。

3．74121具有不可重觸發(fā)性

根據(jù)觸發(fā)特性，集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以分為可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和不可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器兩種。這兩種觸發(fā)器的主要區(qū)別是：可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在暫穩(wěn)態(tài)期間，只要有新的觸發(fā)脈沖作用，電路就會(huì)被重新觸發(fā)，使電路的暫穩(wěn)態(tài)過(guò)程延長(zhǎng)；不可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在暫穩(wěn)態(tài)期間，將不接受新的觸發(fā)脈沖的作用，只有當(dāng)其返回到穩(wěn)態(tài)后，才會(huì)被觸發(fā)脈沖重新觸發(fā)。74121屬于不可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。

圖7-19兩種單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形(a)可重觸發(fā)器穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形；(b)不可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形上升沿觸發(fā)下升沿觸發(fā)集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器除74121以外，還有其它一些產(chǎn)品。TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中還有74LS221、74LS122、74LS123等，其中74LS221屬于不可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，74LS122、74LS123屬于可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，在74LS221、74LS123中都有兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。MC14528是CMOS集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中的典型產(chǎn)品，屬于可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。另外，有些集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（如74LS221、74LS122、74LS123、MC14528）上還設(shè)有清零端，通過(guò)在清零端輸入低電平可以立即終止暫穩(wěn)態(tài)過(guò)程，恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)。二、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用

1．脈沖定時(shí)

由于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠產(chǎn)生一定寬度Tw的矩形脈沖，因此在數(shù)字系統(tǒng)中常用它來(lái)控制其它一些電路在Tw這段時(shí)間內(nèi)動(dòng)作或不動(dòng)作，從而起到定時(shí)的作用。例如，在圖7-4中，將單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出脈沖作為與門(mén)的一個(gè)輸入，去控制與門(mén)另一個(gè)輸入端的信號(hào)clk能否從與門(mén)輸出。如果在與門(mén)的輸出端再加一個(gè)計(jì)數(shù)器并將Tw調(diào)整到1s，就可以測(cè)出信號(hào)clk的頻率。圖7-4單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器做定時(shí)控制的應(yīng)用(a)電路圖；(b)波形圖

2．脈沖延時(shí)

在數(shù)字系統(tǒng)中，有時(shí)要求將某個(gè)脈沖寬度為T(mén)0的信號(hào)延遲一段時(shí)間T1后再輸出。利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以很方便地實(shí)現(xiàn)這種脈沖延時(shí)，其實(shí)現(xiàn)電路和波形圖如圖7-5所示。圖中，T1=TW1≈0.7R1C1，T0=TW2≈0.7R2C2。圖7-5單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器脈沖延遲的應(yīng)用(a)電路圖；(b)波形圖圖7-6單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器脈沖延遲的應(yīng)用(a)電路圖；(b)波形圖7.2由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器1、555定時(shí)器低電平觸發(fā)端高電平觸發(fā)端電壓控制端復(fù)位端低電平有效放電端4.5～16V001①R=0時(shí)，Q=1，uo=0，T導(dǎo)通。①R=0時(shí)，Q=1，uo=0，T飽和導(dǎo)通。②R=1、UTH＞2VCC/3、UTR＞VCC/3時(shí)，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T飽和導(dǎo)通。＞2VCC/3＞VCC/300011①R=0時(shí)，Q=1，uo=0，T飽和導(dǎo)通。②R=1、UTH＞2VCC/3、UTR＞VCC/3時(shí)，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T飽和導(dǎo)通。＜2VCC/3＞VCC/310011③R=1、UTH＜2VCC/3、UTR＞VCC/3時(shí)，C1=1、C2=1，Q、Q不變，uo不變，T狀態(tài)不變。110①R=0時(shí)，Q=1，uo=0，T飽和導(dǎo)通。②R=1、UTH＞2VCC/3、UTR＞VCC/3時(shí)，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T飽和導(dǎo)通。＜2VCC/3＜VCC/311100③R=1、UTH＜2VCC/3、UTR＞VCC/3時(shí)，C1=1、C2=1，Q、Q不變，uo不變，T狀態(tài)不變。④R=1、UTH＜2VCC/3、UTR＜VCC/3時(shí)，C1=1、C2=0，Q=0、Q=1，uo=1，T截止。4.3施密特觸發(fā)器由555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器的應(yīng)用1施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器是一種能夠把輸入波形整形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形脈沖的電路。由555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器的應(yīng)用本節(jié)小結(jié)：施密特觸發(fā)器是一種能夠把輸入波形整形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形脈沖的電路。而且由于具有滯回特性，所以抗干擾能力也很強(qiáng)。施密特觸發(fā)器可以由分立元件構(gòu)成，也可以由門(mén)電路及555定時(shí)器構(gòu)成。施密特觸發(fā)器在脈沖的產(chǎn)生和整形電路中應(yīng)用很廣。4.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器由555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用由555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器接通VCC后瞬間，VCC通過(guò)R對(duì)C充電，當(dāng)uc上升到2VCC/3時(shí)，比較器C1輸出為0，將觸發(fā)器置0，uo＝0。這時(shí)Q=1，放電管T導(dǎo)通，C通過(guò)T放電，電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。

ui到來(lái)時(shí)，因?yàn)閡i＜VCC/3，使C2＝0，觸發(fā)器置1，uo又由0變?yōu)?，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。由于此時(shí)Q=0，放電管T截止，VCC經(jīng)R對(duì)C充電。雖然此時(shí)觸發(fā)脈沖已消失，比較器C2的輸出變?yōu)?，但充電繼續(xù)進(jìn)行，直到uc上升到2VCC/3時(shí)，比較器C1輸出為0，將觸發(fā)器置0，電路輸出uo＝0，T導(dǎo)通，C放電，電路恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用整形3、由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器接通VCC后，VCC經(jīng)R1和R2對(duì)C充電。當(dāng)uc上升到2VCC/3時(shí)，uo=0，T導(dǎo)通，C通過(guò)R2和T放電，uc下降。當(dāng)uc下降到VCC/3時(shí)，uo又由0變?yōu)?，T截止，VCC又經(jīng)R1和R2對(duì)C充電。如此重復(fù)上述過(guò)程，在輸出端uo產(chǎn)生了連續(xù)的矩形脈沖。模擬聲響電路將振蕩器Ⅰ的輸出電壓uo1，接到振蕩器Ⅱ中555定時(shí)器的復(fù)位端（4腳），當(dāng)uo1為高電平時(shí)振蕩器Ⅱ振蕩，為低電平時(shí)555定時(shí)器復(fù)位，振蕩器Ⅱ停止震蕩。本節(jié)小結(jié)：多諧振蕩器是一種自激振蕩電路，不需要外加輸入信號(hào)，就可以自動(dòng)地產(chǎn)生出矩形脈沖。