數(shù)字邏輯電路第9章脈沖信號的產生與整形-1

1、第9章脈沖信號的產生與整形 第第9章脈沖信號的產生與整形章脈沖信號的產生與整形9.1概述概述 9.2555定時器定時器 9.3施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器 9.4單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 9.5多諧振蕩器多諧振蕩器 第9章脈沖信號的產生與整形 9.1概述概述脈沖信號是指突然變化的電壓或電流。在數(shù)字電路中，為了控制和協(xié)調整個系統(tǒng)的工作，常常需要脈沖信號。獲得矩形脈沖的方法有兩種：一種是利用多諧振蕩器直接產生所需要的矩形脈沖；另一種是通過整形電路把已有的周期性變化波形變換成符合要求的矩形脈沖。常用的整形電路有施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，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

2、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。第9章脈沖信號的產生與整形 555定時器是一種多用途的數(shù)字模擬混合集成電路，利用它能方便地構成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，因而在定時、控制、檢測、報警等方面得到了廣泛的應用。 第9章脈沖信號的產生與整形 9.2555定時器定時器555定時器因輸入端設計有三個5k電阻而得名，它的電源電壓范圍寬(雙極型555定時器為516V，CMOS555定時器為318V)，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，驅動微電機、指示燈、揚聲器等。555定時器的產品型號繁多，但所有雙極型產品型號最后三位數(shù)

3、碼都是555，所有CMOS產品型號最后的四位數(shù)碼都是7555。它們的功能和外部引腳的排列完全相同。下面以雙極型555定時器為例介紹555定時器的電路組成。第9章脈沖信號的產生與整形 9.2.1 555 定時器電路組成定時器電路組成 555定時器由電壓比較器、電阻分壓器、基本 RS 觸發(fā)器、放電管四個基本單元組成。圖 9-1 為其電路結構，其中三個 5k 電阻構成電阻分壓器， 為兩個電壓比較器C1和C2提供參考電壓UR1和UR2，在不加控制電壓時，UR1=CCV32，UR2=CCV31。如果在電壓控制端CO 加輸入電壓 UCO ，則 UR1 = UCO，UR2 = UCO /2。電壓比較器 C1

4、和 C2通過比較 TH 與 UR1和TR與 UR2的大小輸出為高電平或低電平，作為基本 RS 觸發(fā)器的輸入信號。 基本 RS 觸發(fā)器的輸出控制放電三極管V，并決定輸出信號。 第9章脈沖信號的產生與整形 圖91雙極型555定時器電路結構圖 第9章脈沖信號的產生與整形 圖92是555定時器引腳圖。其中，RD為復位端，只要在RD端加上低電平，輸出端OUT便立即被置成低電平，不受其他輸入端狀態(tài)的影響，正常工作時必須使RD處于高電平狀態(tài)。TR是觸發(fā)輸入端，TH是閾值輸入端。如果在控制電壓端（CO端）施加一個外加電壓，比較器的參考電壓將隨之改變，從而影響電路的定時參數(shù)。當不用控制電壓端時，一般都通過一個0

5、.01F電容接地，以旁路高頻干擾，提高電路的工作穩(wěn)定性。OUT為輸出端。 第9章脈沖信號的產生與整形 圖圖92 555定時器引腳圖定時器引腳圖 第9章脈沖信號的產生與整形 第9章脈沖信號的產生與整形 (2) 當1RUTH ，2RUTR時，0S, 1R，RS觸發(fā)器被置 1，G1輸出低電平，OUT 輸出高電平，V 管截止。 (3) 當1RUTH ，2RUTR 時，1S, 1R，觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變，因此 V 管的狀態(tài)維持不變，OUT 輸出也不變。這樣我們就得到了表9-1 所示的 555定時器的功能表。 第9章脈沖信號的產生與整形 表9-1555定時器功能表 輸入 輸出 TH TR DR OUT=Q

6、 V 狀態(tài) 0 0 導通 CCV32 CCV31 1 0 導通 CCV32 CCV31 1 1 截止 CCV31 1 不變 不變 第9章脈沖信號的產生與整形 9.3施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器 9.3.1施密特觸發(fā)器的特性和符號施密特觸發(fā)器的特性和符號 施密特觸發(fā)器有兩個重要特性：（1）輸入信號從低電平上升的過程中，電路狀態(tài)轉換時對應的輸入電平與輸入信號從高電平下降過程中對應的輸入轉換電平不同。（2）在電路狀態(tài)轉換時，通過電路內部的正反饋過程使輸出電壓波形的邊沿變得很陡峭。 第9章脈沖信號的產生與整形 利用這兩個特性不僅能將邊沿變換緩慢的信號波形整形為邊沿陡峭的矩形波，而且可以將疊加在矩形脈沖高、

7、低電平上的噪聲有效地清除。施密特觸發(fā)器分為反相施密特觸發(fā)器和同相施密特觸發(fā)器，其相應的電壓傳輸特性和邏輯符號如圖9-3所示。圖中，UT+稱為正向閾值電平或上限觸發(fā)電平；UT-稱為負向閾值電平或下限觸發(fā)電平；其差值稱為回差電壓（滯后電壓），用UT表示,即有UT=UT+-UT-。在圖9-3(a)中，當UI從低電平上升到UT+時，UO從高電平變?yōu)榈碗娖剑划擴I從高電平下降到UT-時，UO從低電平變?yōu)楦唠娖?。由于UI和UO始終為反相關系，因此稱這類施密特觸發(fā)器為反相施密特觸發(fā)器，其邏輯符號見圖9-3(c)。反之，若UI和UO為同相關系(如圖9-3(b)所示)，則稱為同相施密特觸發(fā)器，其邏輯符號如圖9-

8、3(d)所示。 第9章脈沖信號的產生與整形 圖9-3施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性及邏輯符號 第9章脈沖信號的產生與整形 可以看出，施密特觸發(fā)器是一種受輸入信號電平直接控制的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。它有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，只要輸入信號電平達到觸發(fā)電平，輸出信號就會發(fā)生突變，從一個穩(wěn)態(tài)轉變到另一個穩(wěn)態(tài)，并根據(jù)外加觸發(fā)信號來決定穩(wěn)態(tài)的維持時間。另外，由于施密特觸發(fā)器具有滯后特性或回差特性，即對正向和負向增長的輸入信號，電路有不同的閾值電平，因此提高了抗干擾能力。 第9章脈沖信號的產生與整形 9.3.2用用555定時器構成施密特觸發(fā)器的方法定時器構成施密特觸發(fā)器的方法 將555定時器的高電平觸發(fā)端和低電平觸發(fā)端連接起來

9、，作為觸發(fā)信號的輸入端，就可構成施密特觸發(fā)器，如圖9-4所示。 圖9-4555定時器構成的施密特觸發(fā)器 第9章脈沖信號的產生與整形 對照555定時器的功能表，可知圖9-4所示電路的工作過程形成了一個反相施密特觸發(fā)器電壓傳輸特性曲線，如圖9-5所示。 圖9-5555定時器構成的施密特觸發(fā)器電壓傳輸特性曲線 第9章脈沖信號的產生與整形 (1)IU處于上升期間，當IUCCV31時，根據(jù) 555 定時器功能表可知電路輸出OU為高電平； (2)當CCV31IUCCV32時，輸出OU不變，仍為高電平； (3)當IU增大到CCV32時，電路輸出OU變?yōu)榈碗娖?。此刻對應的IU值稱為正向閾值電平。 (4)在IU

10、由高電平逐漸下降且CCV31IUCCV32時，輸出OU不變； (5)當IUCCV31時，電路輸出OU變?yōu)楦唠娖健?第9章脈沖信號的產生與整形 【例【例9.1】用555定時器將輸入三角波轉換成矩形波。解解變換后的波形如圖9-6所示。圖9-6三角波變換矩形波波形圖第9章脈沖信號的產生與整形 9.3.3施密特觸發(fā)器應用舉例施密特觸發(fā)器應用舉例1.用于脈沖整形用于脈沖整形 在數(shù)字測量和控制系統(tǒng)中，由傳感器送來的信號波形邊沿較差，此外，脈沖信號經過遠距離傳輸后，往往會發(fā)生各種各樣的畸變，整形電路可以把這些脈沖信號變換成具有一定幅度和寬度的矩形波形。圖9-7是利用施密特觸發(fā)器獲得的比較理想的矩形脈沖波形。 圖9-7脈沖整形 第9章脈沖信號的產生與整形 2.用于波形變換用于波形變換 利用施密特觸發(fā)器在狀態(tài)轉換過程中的正反饋作用，施密特電路可以把變化比較緩慢的正弦波、三角波等變換成邊沿很陡峭的矩形脈沖信號。 在圖9-8所示的例子中，輸入信號是由直流分量和正弦分量疊加而成的，只要輸入信號的幅度大于UT+，即可在施密特觸發(fā)器的輸出端得到同頻率的矩形脈沖信號。即施密特觸發(fā)器能把不規(guī)則波形變換成前后沿陡峭的矩形波，且輸出波形的周期和頻率與輸入信號相同。 第9章脈沖信號的產生與整形 圖