數(shù)字電路第八章1ppt課件

1、第八章第八章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形脈沖波形的產(chǎn)生與整形8.1 8.1 集成集成555555定時器定時器8.2 8.2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器8.3 8.3 多諧振蕩器多諧振蕩器8.4 8.4 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一、一、555555定時器的電路結(jié)構(gòu)定時器的電路結(jié)構(gòu)8.1 8.1 集成集成555555定時器定時器電壓比較器的功能：電壓比較器的功能： v+ v-v+ v-，vO=1vO=1 v+ v- v+ v-，vO=0vO=0由以下幾部分組成：由以下幾部分組成：（1三個三個5k電阻組電阻組成的分壓器。成的分壓器。（2 2兩個電壓比較器兩個電壓比較器 C1C1和和C2C2。C1v+vvOC

2、C&1RSG5k5k5k12VRvvvCCDICI1I2O(2)(6)(5)(8)(4)(3)電源復(fù)位v閾值輸入控制電壓觸發(fā)輸入O(7)vT,放電端(1)（3 3基本基本RSRS觸發(fā)器，觸發(fā)器，（4 4放電三極管放電三極管T T及緩沖器及緩沖器G G。CC&1RSG5k5k5k12VRvvvCCDICI1I2O(2)(6)(5)(8)(4)(3)電源復(fù)位v閾值輸入控制電壓觸發(fā)輸入O(7)vT,放電端(1)12658437Ov,vI2I1vvICVCCvO555DR電路符號電路符號二工作原理二工作原理（1 14 4腳為復(fù)位輸入腳為復(fù)位輸入端（端（ RD RD ），當(dāng)），當(dāng)RDRD

3、為低電平時，不管為低電平時，不管其他輸入端的狀態(tài)其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出如何，輸出vovo為低為低電平。正常工作時，電平。正常工作時，應(yīng)將其接高電平。應(yīng)將其接高電平。（2 25 5腳為電壓控制腳為電壓控制端，當(dāng)其懸空時，端，當(dāng)其懸空時，比較器比較器C1C1和和C2C2的比的比較電壓分別為較電壓分別為2/3VCC 2/3VCC 和和1/3VCC 1/3VCC 。CC&1RSG5k5k5k12VRvvvCCDICI1I2O(2)(6)(5)(8)(4)(3)電源復(fù)位v閾值輸入控制電壓觸發(fā)輸入O(7)vT,放電端(1)1/3VCC1/3VCC2/3VCC2/3VCC（3 32 2腳為觸發(fā)輸

4、入端，腳為觸發(fā)輸入端，6 6腳為閾值輸入端，兩端的電位高低控制腳為閾值輸入端，兩端的電位高低控制比較器比較器C1C1和和C2C2的輸出，從而控制的輸出，從而控制RSRS觸發(fā)器，決定輸出狀態(tài)。觸發(fā)器，決定輸出狀態(tài)。CC&1RSG5k5k5k12VRvvvCCDICI1I2O(2)(6)(5)(8)(4)(3)電源復(fù)位v閾值輸入控制電壓觸發(fā)輸入O(7)vT,放電端(1)1/3VCC1/3VCC2/3VCC2/3VCC閾值閾值輸入輸入閾值閾值輸入輸入復(fù)復(fù)位位輸輸出出v vI1I1v vI2I2R RD Dv vo o2/3V2/3VCCCC2/3V2/3VCCCC2/3V2/3VCCCC1/

5、3V1/3VCCCC1/3V1/3VCCCC1/3V1/3VCCCC0 01 11 11 10 01 10 0不變不變功能表功能表都大為都大為0 0都小為都小為1 1一小一大是保持。一小一大是保持。8.2 8.2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器具有回差電壓特性，能將邊沿變化緩慢的具有回差電壓特性，能將邊沿變化緩慢的電壓波形整形為邊沿陡峭的矩形脈沖。電壓波形整形為邊沿陡峭的矩形脈沖。一一. . 用用555555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器1. 1. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理1265VCCRDO5553Ov7vvI2I1vIC8412IvCCVVC

6、C 2RvvItO1vt1/3VCC2/3VCCOVIV電路符號電路符號Cv5kS1(2)2/3V(7)(6)v&放電端I1(3)GV&vO 1CC(4)TC CCI2(8)5k5k2RC C(1)&11/3VVO 21RvIvCC22. 2. 電壓滯回特性和主要參數(shù)電壓滯回特性和主要參數(shù) （2主要靜態(tài)參數(shù)主要靜態(tài)參數(shù) （a上限閾值電壓上限閾值電壓VT+ vI上升過程中，輸出電壓上升過程中，輸出電壓vO由高電平由高電平VOH跳變到跳變到低電平低電平VOL時，所對應(yīng)的時，所對應(yīng)的輸入電壓值。輸入電壓值。VT+=2/3VCC。 （ b 下 限 閾 值 電 壓 下 限 閾 值

7、 電 壓VT vI下降過程中，下降過程中，vO由低電由低電平平VOL跳變到高電平跳變到高電平VOH時，所對應(yīng)的輸入電壓值。時，所對應(yīng)的輸入電壓值。VT=1 /3VCC。 （3回差電壓回差電壓VT VT= VT+VT=1 /3VCC（1 1電壓滯回特性電壓滯回特性1/3VCC1/3VCCVoVoViVi0傳輸特性傳輸特性VOHVOHVOLVOL2/3VCC2/3VCCvItO1vt1/3VCC1/3VCC2/3VCC2/3VCCVT+VT+VT VT VTVT+VT+VT VT VTOVIV電路符號電路符號Cv5kS1(2)2/3V(7)(6)v&放電端I1(3)GV&vO1CC

8、(4)TCCCI2(8)5k5k2RCC(1)&11/3VVO21RvIvCC2O2vtO1vtVCC21265VCCRDO5553Ov7vvI2I1vIC8412IvCCVVCC 2RvvO1 二二 集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器 2. TTL 2. TTL集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器74LS14 74LS14 12345678910111213141A1Y2A2Y3A3Y4A4Y5A5Y6A6YVVD DSSCC401061. CMOS1. CMOS集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器CC40106CC4010612345671A1Y2A2Y3A3YG N D8910111213

9、144A4Y5A5Y6A6YVCC74LS14三三 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用舉例施密特觸發(fā)器的應(yīng)用舉例1. 1. 用作接口電路用作接口電路將緩慢變化的輸入信號，轉(zhuǎn)換成為符合將緩慢變化的輸入信號，轉(zhuǎn)換成為符合TTLTTL系統(tǒng)要求的脈沖波形。系統(tǒng)要求的脈沖波形。2. 2. 用作整形電路用作整形電路把不規(guī)則的輸入信號整形成為矩形脈沖。把不規(guī)則的輸入信號整形成為矩形脈沖。正正弦弦波波振振蕩蕩器器1VO輸入輸入輸出輸出VT+VT+VT-VT- 3. 用于脈沖鑒幅從一系列幅度不同的脈沖信號中，選出那些幅度大于VT+的輸入脈沖。 VIOV1ItVT-T+V0VOV0t0vcvct tvovo0 0t t8.3 8

10、.3 多諧振蕩器多諧振蕩器多諧振蕩器多諧振蕩器能產(chǎn)生矩形脈沖波的自激振蕩器。能產(chǎn)生矩形脈沖波的自激振蕩器。一一 用用555555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器定時器構(gòu)成的多諧振蕩器1. 1. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理26VCCRDO5 55 55 53vI2I1v84v7RRVCC12C150.01FC1vCP2/3VCC2/3VCC1/3VCC1/3VCC(6)放電端(2)5k1RT5k&C&1GSC25k(4)O(3)(7)v(1)(8)CCVvvC1PRRCI22vI12/3V1/3VC CC C2. 2. 振蕩頻率的估算振蕩頻率的估算（1 1電容充電時間電容充電時間

11、T1T1：（用三要素法計算）：（用三要素法計算）（2 2） 電容放電時間電容放電時間T2T2（3 3電路振蕩周期電路振蕩周期T T T=T1+T2=0.7(R1+2R2)T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C C（5 5輸出波形占空比輸出波形占空比q q)()()0()(ln111TvvvvTCCCC CRR)(7 . 021 CCCCCCCCVVVV3231ln1 CRT227 . 0 CRRTf)2(43. 1121 212112RRRRTTq （4 4電路振蕩頻率電路振蕩頻率f fT TT1T1T2T20 0vct tvo0 0t t2/3VCC2/3VCC1/3VCC1/3VCC 二

12、二 占空比可調(diào)的多諧振蕩器電路占空比可調(diào)的多諧振蕩器電路 利用二極管的單向?qū)щ娦?，把電容C充電和放電回路隔離開，再加上一個電位器，便可構(gòu)成占空比可調(diào)的多諧振蕩器。 可計算得：可計算得： T1=0.7R1C T2=0.7R2C 占空比：占空比：21121121117 . 07 . 07 . 0RRRCRCRCRTTTTTq 26VCCRDO5553vI2I1v84v7VCCC150.01FC1vCDD121R2R三三 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器有兩個諧振頻率。當(dāng)有兩個諧振頻率。當(dāng)f=fsf=fs時，為串聯(lián)諧振，石英晶體的電抗時，為串聯(lián)諧振，石英晶體的電抗X=0X=0； 當(dāng)當(dāng)f=fpf=

13、fp時，為并聯(lián)諧振，石英晶體的電抗無窮大。時，為并聯(lián)諧振，石英晶體的電抗無窮大。 由晶體本身的特性決定：由晶體本身的特性決定： fs fp f0fs fp f0晶體的標(biāo)稱頻率）晶體的標(biāo)稱頻率） 石英晶體的選頻特性極好，石英晶體的選頻特性極好，f0f0十分穩(wěn)定，其穩(wěn)定度可達(dá)十分穩(wěn)定，其穩(wěn)定度可達(dá)10-1010-1010-1110-11。1.1.石英晶體的選頻特性石英晶體的選頻特性uu石英晶體fX感性感性0fsfp容性容性2. 2. 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器（1 1串聯(lián)式振蕩器串聯(lián)式振蕩器 R1、R2：使兩個反相器都工作在轉(zhuǎn)折區(qū)，成為具有高放大倍數(shù)的放大器。：使兩個反相器都工作在轉(zhuǎn)折區(qū)

14、，成為具有高放大倍數(shù)的放大器。 對于對于TTL門，常取門，常取R1=R2=0.72k，對于，對于CMOS門，常取門，常取R1=R2=10100M；C1=C2是耦合電容。是耦合電容。 石英晶體工作在串聯(lián)諧振頻率石英晶體工作在串聯(lián)諧振頻率f0下，只有頻率為下，只有頻率為f0的信號才能通過，滿足的信號才能通過，滿足振蕩條件。因此，電路的振蕩頻率振蕩條件。因此，電路的振蕩頻率= f0，與外接元件，與外接元件R、C無關(guān)，所以這無關(guān)，所以這種電路振蕩頻率的穩(wěn)定度很高。種電路振蕩頻率的穩(wěn)定度很高。111RG1R12G1C2Cov（2 2并聯(lián)式振蕩器并聯(lián)式振蕩器 RF是偏置電阻，保證在靜態(tài)時使是偏置電阻，保證

15、在靜態(tài)時使G1工作轉(zhuǎn)折區(qū)，構(gòu)成一個反相放大器。工作轉(zhuǎn)折區(qū)，構(gòu)成一個反相放大器。 晶體工作在略大于晶體工作在略大于fS與與 fP之間，等效一電感，與之間，等效一電感，與C1、C2共同構(gòu)成電容三點(diǎn)式共同構(gòu)成電容三點(diǎn)式振蕩電路。電路的振蕩頻率振蕩電路。電路的振蕩頻率= f0。 反相器反相器G2起整形緩沖作用，同時起整形緩沖作用，同時G2還可以隔離負(fù)載對振蕩電路工作的影響。還可以隔離負(fù)載對振蕩電路工作的影響。CR1C112G21GF10M20pF5 50pFov四多諧振蕩器應(yīng)用實(shí)例四多諧振蕩器應(yīng)用實(shí)例1. 1. 簡易溫控報警器簡易溫控報警器26VCCRD5553vI2I1v847RRVCC12C150

16、.01C110/10VC220k100k0.013R2k（ +6V）T3AX31 2. 2. 雙音門鈴。雙音門鈴。1vI1812R5550.0115CRRD427VI26vCC3k3k0.1R44.7k3C47CDD122CP3R3.9kCCV（ +6V）C24738PAN3. 3. 秒脈沖發(fā)生器秒脈沖發(fā)生器 CMOS石英晶體多諧振蕩器產(chǎn)生石英晶體多諧振蕩器產(chǎn)生f=32768Hz的基準(zhǔn)信號，的基準(zhǔn)信號，經(jīng)經(jīng)T/觸發(fā)器構(gòu)成的觸發(fā)器構(gòu)成的15級異步計數(shù)器分頻后，便可得到穩(wěn)定級異步計數(shù)器分頻后，便可得到穩(wěn)定度極高的秒信號。度極高的秒信號。 這種秒脈沖發(fā)生器可做為各種計時系統(tǒng)這種秒脈沖發(fā)生器可做為各種

17、計時系統(tǒng)的基準(zhǔn)信號源。的基準(zhǔn)信號源。11CQCQCQCQ112214141515FFFFFFFF121415RCC12fffff1214032768Hz16384Hz8192Hz2Hz1Hz秒脈沖T 觸發(fā)器8.4 8.4 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)；在觸發(fā)脈有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)；在觸發(fā)脈沖作用下，由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)；暫穩(wěn)狀態(tài)維持一段時間沖作用下，由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)；暫穩(wěn)狀態(tài)維持一段時間后，自動返回到穩(wěn)態(tài)。后，自動返回到穩(wěn)態(tài)。（1 1無觸發(fā)信號輸入時電路工作無觸發(fā)信號輸入時電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)在穩(wěn)定狀態(tài) 當(dāng)當(dāng)vI=1vI=1時，電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)，時

18、，電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)，即即vO=0vO=0，vC=0vC=0。一一 用用555555定時器組成單穩(wěn)定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器態(tài)觸發(fā)器1. 1. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理26VCCRDO5553vI2I1v84v7VCCC15vCvIRC0.011F26VCCRDO5553vI2I1v84v7VCCC15vCvIRC0.011F（2 2vIvI下降沿觸發(fā)下降沿觸發(fā) 當(dāng)當(dāng)vIvI下降沿到達(dá)時，下降沿到達(dá)時，vOvO由由0 0跳變?yōu)樘優(yōu)? 1，電路由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)。，電路由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)。2Ov3CCOtVOtCvOItv(3)vV1/3VCCSC C(8)&C&I2C(7

19、)I5k放電端5k(1)C2/3VGR5kvv1CR2v(6)C C1I1T&(2)v(4)O（3暫穩(wěn)態(tài)的維持時間暫穩(wěn)態(tài)的維持時間在暫穩(wěn)態(tài)期間，三極管在暫穩(wěn)態(tài)期間，三極管T截止，截止，VCC經(jīng)經(jīng)R向向C充電。時間常數(shù)充電。時間常數(shù)1=RC，vC由由0V開始增大，在開始增大，在vC上升到上升到2/3VCC之前，電路保持暫穩(wěn)態(tài)不變。之前，電路保持暫穩(wěn)態(tài)不變。26VCCRDO5553vI2I1v84v7VCCC15vCvIRC0.011F2Ov3CCOtVOtCvOItv（4自動返回時間自動返回時間當(dāng)當(dāng)vC上升至上升至2/3VCC時，時，vO變變0，電路由暫穩(wěn)態(tài)重，電路由暫穩(wěn)態(tài)重新轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)。

20、新轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)。（5恢復(fù)過程恢復(fù)過程當(dāng)暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，當(dāng)暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，C通過飽和導(dǎo)通的通過飽和導(dǎo)通的T放電，時間常放電，時間常數(shù)數(shù) 2=RCESC，由于，由于RCES很小，所以放電很快。很小，所以放電很快。C放電完畢，恢復(fù)放電完畢，恢復(fù)過程結(jié)束。過程結(jié)束。2Ov3CCOtVOtCvOItv2. 2. 主要參數(shù)估算主要參數(shù)估算(1) (1) 輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度TwTw用三要素法計算）用三要素法計算）reWttTf 11minmaxCRVVVtvvvvtCCCCCCWCCCCW1 . 1320ln)()()0()(ln11 （2 2恢復(fù)時間恢復(fù)時間tre tre tre= tre=（3 35 52

21、2（3 3最高工作頻率最高工作頻率fmaxfmax vI vI周期的最小值：周期的最小值： Tmin= tWTmin= tWtretre 最高工作頻率最高工作頻率: :TTW二集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器二集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器7412174121A1A1、A2A2是下沿有效的觸發(fā)信號輸入端，是下沿有效的觸發(fā)信號輸入端，B B是上沿有效的觸發(fā)信號輸入端。是上沿有效的觸發(fā)信號輸入端。AABvovoextCRintCextextRVCCGND10111491634512774121保持穩(wěn)態(tài)0 10 10 10 10 1 0 1 01 1 下沿觸發(fā)1 1 1 1 1上沿觸發(fā)工作特征vO vO輸 出0 0 A1 A1

22、B輸 入7412174121功能表功能表集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器7412174121的外部元件連接方法的外部元件連接方法: :（b b使用內(nèi)部電阻使用內(nèi)部電阻RintRint且電路為上升沿觸發(fā)的連接方式。且電路為上升沿觸發(fā)的連接方式。AABovovextCintRextextCRCCVGND10111491634512774121CCVextR1vICext(a)AABovovextCintRextextCRCCVGND10111491634512774121vICextCCV(b)（a a使用外部電阻使用外部電阻RextRext且電路為下降沿觸發(fā)的連接方式。且電路為下降沿觸發(fā)的連接方

23、式。74121的主要參數(shù)的主要參數(shù) (1) 輸出脈沖寬度tW 使用外接電阻： tW 0.7RextC 使用內(nèi)部電阻： tW 0.7RintC 74121內(nèi)部電阻=2k，外接電阻Rext可在1.440k之間選擇， 外接電容C可在10pF10F之間選擇，（2輸入觸發(fā)脈沖最小周期Tmin Tmin= tWtre（3周期性輸入觸發(fā)脈沖占空比q 定義： q = tW/T 最大占空比： qmax= tW/ Tmin所以，當(dāng)R=2k時， 最大占空比qmax為67%； 當(dāng)R=40k時，最大占空比qmax可達(dá)90%。三單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用三單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用1. 1. 延時與定時延時與定時（1延時延時圖中，圖中，

24、v/O的下降沿比的下降沿比vI的下的下降沿滯后了時間降沿滯后了時間tW。（2定時定時當(dāng)當(dāng)v/O=1時，與門打開，時，與門打開，vO= vF。當(dāng)。當(dāng)v/O=0時，時，與門關(guān)閉，與門關(guān)閉，vO為低電為低電平。平。與門打開的時間是單穩(wěn)與門打開的時間是單穩(wěn)輸出脈沖輸出脈沖v/O的寬度的寬度tW。1&vIvO單穩(wěn)與門vFOvvItWvOvFOv 2. 整形整形 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠把不規(guī)則的輸入信號單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠把不規(guī)則的輸入信號vI，整形成為幅，整形成為幅度和寬度都相同的標(biāo)準(zhǔn)矩形脈沖度和寬度都相同的標(biāo)準(zhǔn)矩形脈沖vO。vO的幅度取決于單穩(wěn)的幅度取決于單穩(wěn)態(tài)電路輸出的高、低電平，寬度態(tài)電路輸出的高、

25、低電平，寬度tW決定于暫穩(wěn)態(tài)時間。決定于暫穩(wěn)態(tài)時間。IvvOtW3. 觸摸定時控制開關(guān)觸摸定時控制開關(guān) 555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。只要用手觸摸一下金屬片定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。只要用手觸摸一下金屬片P，由于人體感，由于人體感應(yīng)電壓相當(dāng)于在觸發(fā)應(yīng)電壓相當(dāng)于在觸發(fā)輸入端管腳輸入端管腳2加入一個負(fù)加入一個負(fù)脈沖，脈沖，555輸出端輸出高電平，輸出端輸出高電平，燈泡燈泡RL發(fā)光，當(dāng)暫穩(wěn)態(tài)發(fā)光，當(dāng)暫穩(wěn)態(tài)時間時間tW結(jié)束時，結(jié)束時，555輸出輸出端恢復(fù)低電平，燈泡熄滅。端恢復(fù)低電平，燈泡熄滅。該觸摸開關(guān)可用于夜間定時該觸摸開關(guān)可用于夜間定時照明，定時時間可由照明，定時時間可由RC參數(shù)參數(shù)調(diào)理。調(diào)理。84762153555+VCCRLR100kC100C10.01(+6V)P4. 觸摸、聲控雙功能延時燈觸摸、聲控雙功能延時燈555和和T1、R3、R2、C4組成單穩(wěn)定時電路，定時即燈亮?xí)r間約為組成單穩(wěn)定時電路，定時即燈亮?xí)r間約為1分分鐘。當(dāng)擊掌聲傳至壓電陶瓷片時，鐘。當(dāng)擊掌聲傳至壓電陶瓷片時，HT