学术讨论—第六章-脉冲波形的产生和整形-(2).ppt

第六章第六章 脉冲波形的产生脉冲波形的产生(chnshng)和整形和整形6.1 概述概述(i sh)6.3 连续连续(linx)矩形脉冲波的产生矩形脉冲波的产生6.2 单脉冲的产生单脉冲的产生6.4 单稳态触发器单稳态触发器6.5 555定时器的原理和应用定时器的原理和应用1第一页，共五十五页。6.1 概述概述(i sh)数字电路区别于模拟电路的主数字电路区别于模拟电路的主要特点之要特点之 一是：它的工作信号一是：它的工作信号是离散的脉冲信号。最常用的脉是离散的脉冲信号。最常用的脉冲信号是方波冲信号是方波(矩形波矩形波)。如何产。如何产生生(chnshng)方波以及对不理想的方波方波以及对不理想的方波如何整形，是本章讨论的重点。如何整形，是本章讨论的重点。2第二页，共五十五页。6.2 单脉冲的产生单脉冲的产生(chnshng)+VCCFS 按钮按放一次，便产生按钮按放一次，便产生(chnshng)一个单脉冲。一个单脉冲。但是，由于按钮但是，由于按钮 S 机械动作经常伴有抖动现机械动作经常伴有抖动现象，使得输出的方波很不理想，毛刺象，使得输出的方波很不理想，毛刺(moc)很大。这很大。这样的方波用到数字系统中很容易引起误动作。因样的方波用到数字系统中很容易引起误动作。因此，这个电路没有实用价值。此，这个电路没有实用价值。3第三页，共五十五页。&S5VQQ正常正常(zhngchng)(zhngchng)时，不按按钮，时，不按按钮，Q Q0 0；按下按钮时，锁定器翻转按下按钮时，锁定器翻转(fn(fn zhun)zhun)，Q Q1 1；开按钮后，回到开按钮后，回到Q Q0 0。可见：可见：按钮动作按钮动作(dngzu)(dngzu)一次，一次，Q Q端就端就输出输出一个正脉冲。由于锁定器的存在，即一个正脉冲。由于锁定器的存在，即使按钮抖动，输出端也不会产生毛刺。使按钮抖动，输出端也不会产生毛刺。QQ削抖电路削抖电路4第四页，共五十五页。6.3 连续连续(linx)矩形脉冲波的产生矩形脉冲波的产生 矩形矩形(jxng)波发生器又称波发生器又称多谐振荡器多谐振荡器。它可以由。它可以由分立元件构成，也可以由集成电路构成，本节只分立元件构成，也可以由集成电路构成，本节只讨论后一种电路。讨论后一种电路。6.3.1 环形环形(hun xn)振荡器振荡器 利用逻辑门电路的传输延迟时间，将奇数利用逻辑门电路的传输延迟时间，将奇数个与非门首尾相接，就可以构成一个简单的个与非门首尾相接，就可以构成一个简单的环形振荡器环形振荡器:&uo3uo2uo15第五页，共五十五页。&321uo3uo2uo1 设设 uo3 的初始状态为的初始状态为0:010101 用波形图来表示用波形图来表示(biosh),则则为为:0tuo3优点优点:电路结构电路结构(jigu)简单简单,所用元件少。所用元件少。缺点缺点(qudin):频率太高频率太高,并且不可调整。并且不可调整。6第六页，共五十五页。123RRS100CAuo1uouo2321uo3uo2uo1 在原电路的基础上添加在原电路的基础上添加RC延时电路延时电路,便可便可以以(ky)克服上图的不足克服上图的不足:下面将结合它的工作下面将结合它的工作(gngzu)波形说明其工波形说明其工作作(gngzu)原理原理:7第七页，共五十五页。0tuo0tuo20tuo10tuAUT假设假设(jish)：开始时：开始时uo=0电容上的电流电容上的电流(dinli)，uA下降下降uAUT时，时，uo不反转不反转(fn zhun)。123RRS100CAuo1uouo20108第八页，共五十五页。0tuo0tuo20tuo10tuAUT当当uA=UT时，时，uo反转反转(fn zhun)，uo1、uo2也一起反也一起反转。转。123RRS100CAuo1uouo29第九页，共五十五页。0tuo0tuo20tuo10tuAUT 由于电容电压不能由于电容电压不能 突突变变(tbin),当当uo1 发生下跳发生下跳时时,uA有一突变。有一突变。U123RRS100CAuo1uouo210第十页，共五十五页。0tuo0tuo20tuo10tuAUTUt1 后，后，uo2uo1，电容反向充，电容反向充电电(chng din),uA上上升。升。只要只要(zhyo)uAUT,则则uo2 低电平低电平宽度宽度(kund)不再受不再受RC的控制。的控制。必须改进电路必须改进电路!0111uo1uo2RC12uiA22第二十二页，共五十五页。(a)uo1uo2RC12uiA&ui,34uo4(b)具体原理具体原理(yunl)请参见有关教材。请参见有关教材。uo1uo2RC12uiA23第二十三页，共五十五页。6.4.2 集成单稳组件集成单稳组件(z jin)介绍介绍 它的它的管脚图管脚图和和功能表见下页功能表见下页:集成化单稳组件集成化单稳组件(z jin)的类型很多的类型很多,以下以以下以74LS123 为例为例,作为介绍对象。作为介绍对象。74LS123 包括两个独立的单稳包括两个独立的单稳,各管脚以字各管脚以字头头 1、2相区别。单稳输出脉冲的宽度，主要由相区别。单稳输出脉冲的宽度，主要由外接的定时外接的定时(dn sh)电阻电阻(RT)和定时电容和定时电容(CT)决定。决定。单稳的翻转时刻决定于单稳的翻转时刻决定于 A、B、CLR 三个输三个输入入 相与的结果，具体参见它的功能表。相与的结果，具体参见它的功能表。24第二十四页，共五十五页。91615141312111024365781CLRCLRQQQQ2B2A1B1A2Q1Q1Q2Q1CLR2CLR1CT2CTVCCGND2RT/CT1RT/CT74LS123管脚图管脚图25第二十五页，共五十五页。CLRABQQ说说 明明000000011111111稳态稳态触发触发74LS123功能表功能表26第二十六页，共五十五页。74LS123输出脉冲的宽度有三种控制输出脉冲的宽度有三种控制(kngzh)方法方法:1.基本脉冲宽度基本脉冲宽度(kund)由外接电阻由外接电阻(RT)、电、电容容(CT)决定，当决定，当CT 1000PF 时，脉宽时，脉宽 tW 应为：应为：tW =0.45 RT CT 2.在清零端在清零端(CLR)加清加清 0 负脉冲负脉冲,可提前可提前 终止终止输出输出(shch)脉冲脉冲,如下图所示如下图所示:tWCLRQ单位单位：RT:k、CT:Pf、tW:nS27第二十七页，共五十五页。3.通过通过(tnggu)在在 A 端或端或 B 端加再触发脉端加再触发脉冲冲,可使输出脉冲的宽度加宽可使输出脉冲的宽度加宽:tWtWBQ 由于这种单稳可以通过加再触发脉由于这种单稳可以通过加再触发脉冲增大冲增大(zn d)输出脉冲的宽度输出脉冲的宽度,所以所以,它被它被称为称为可再触发式可再触发式单稳。单稳。28第二十八页，共五十五页。6.4.3 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用(yngyng)单稳的应用多种多样单稳的应用多种多样(du zhn du yn),如如:整形、整形、延时控制、定时顺序控制等等。延时控制、定时顺序控制等等。例如例如(lr)“延时控延时控制制”利用单稳可以取得延时作用利用单稳可以取得延时作用,延长延长的时间可以通过的时间可以通过 R、C调节。请看下例调节。请看下例:29第二十九页，共五十五页。QAQCQBQDCPCLRRS0S1QAQCQBQDCPCLRRABCDEFGH7 4 L S 1 9 4 (1)7 4 L S 1 9 4 (2)R2C2AQ2R1C1AQ1B+5V移位移位(y wi)输入输入DW1DW2时钟时钟(shzhng)S1S030第三十页，共五十五页。CPABCDEFGHQ 1Q 2t0t1t2t3用波形图表示用波形图表示(biosh)如下如下:31第三十一页，共五十五页。CPABCDEFGHQ 1Q 2t0t1t2t3用波形图表示用波形图表示(biosh)如下如下:移位移位(y wi)寄存器清寄存器清零零H灯上升灯上升沿触发沿触发Q1Q1的下降的下降沿触发沿触发Q2移移位位(y wi)寄寄存存器器串串行行输输入入为为1循环重循环重新开始新开始32第三十二页，共五十五页。6.5 555定时器的原理定时器的原理(yunl)和应用和应用 555定时器是将模拟电路和数字电路集成定时器是将模拟电路和数字电路集成于于 一体的电子器件。它使用方便一体的电子器件。它使用方便,带负载带负载(fzi)(fzi)能力较强能力较强,目前得到了非常广泛的应用。目前得到了非常广泛的应用。6.5.1 555定时器的工作定时器的工作(gngzu)原理原理 555定时器的内部电路包括以下几部分定时器的内部电路包括以下几部分:一一个由三个相等电阻组成的分压器个由三个相等电阻组成的分压器;两个电压比两个电压比较器较器:A1、A2;一个一个 RS 触发器触发器;一个反相器和一个反相器和一个晶体管一个晶体管T等等。具体的。具体的 结构见后图。结构见后图。33第三十三页，共五十五页。RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR34第三十四页，共五十五页。RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDuoRD87645321RRR12345678555VCCD TH COGND TRUoRD电电源源放放电电阈阈值值电控电控压制压制地地触触发发输输出出复复位位电源电压范围电源电压范围:4.5V 18V管脚图管脚图35第三十五页，共五十五页。CORSQQ+-A1A2VCCTHTRDTuoRD87645321RRR 三个电阻三个电阻(dinz)构成的分压构成的分压器给两个比较器器给两个比较器提供提供基准电压基准电压:A1 的为的为 2VCC/3,A2 的为的为 VCC/3。首先讨论上图中首先讨论上图中彩色部分彩色部分(b fen)的电的电路的工作原理。路的工作原理。36第三十六页，共五十五页。101000阈值端阈值端触发端触发端THTRRS比较的结果比较的结果2VCC/3小于小于2VCC/3小于小于VCC/3大于大于VCC/3小于小于VCC/3大于大于大于大于2VCC/3SR+-A1A2VCCTHCOTR876521RRR阈值阈值(y zh)端端触发触发(chf)端端37第三十七页，共五十五页。RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR晶体管晶体管TRSQuo100100保持保持0110保持保持保持保持导通导通截止截止RSQ1001000101保持保持 保持保持Q11禁止禁止禁止禁止RS 触发器功能表触发器功能表附录附录(fl):38第三十八页，共五十五页。综合以上综合以上(yshng)的分析结果的分析结果,便可便可得到得到555的功能表的功能表:阈值端阈值端触发端触发端THTR2VCC/3VCC/3大于大于大于大于2VCC/32VCC/3VCC/3VCC/3小于小于小于小于小于小于大于大于保持保持保持保持RD晶体管晶体管Tuo0111001导通导通导通导通截止截止RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDuoRD87645321RRR39第三十九页，共五十五页。6.5.2 555定时器的应用定时器的应用(yngyng)(1)双稳态触发器双稳态触发器:微电机起动微电机起动(q dn)停车控制电路。停车控制电路。4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微电机微电机555S1:起动起动(q dn)按钮按钮S2:停车按钮停车按钮 555定时器应用范围非常广泛，可以做单稳、双稳、定时器应用范围非常广泛，可以做单稳、双稳、多谐震荡器、施密特触发器等。下面举例说明：多谐震荡器、施密特触发器等。下面举例说明：40第四十页，共五十五页。4816235S2S1RRCVCCTHTRM微电机微电机555uo阈值端阈值端触发端触发端THTR大于大于大于大于小于小于小于小于小于小于大于大于保持保持保持保持RD晶体管晶体管Tuo0111001导通导通导通导通截止截止VCC/32VCC/3VCC/32VCC/32VCC/3VCC/3 仅仅按下按下起动按钮起动按钮 S1,则则 TR VCC/3;未按未按 S2,当然当然 TH VCC/3,TH 2VCC/3,未按未按 S1,当然当然TR VCC /3,这时这时 uo=0,电机电机(dinj)停止运行停止运行。如果松开如果松开 S2,电机仍不电机仍不转动转动。41第四十一页，共五十五页。(2)单稳态触发器单稳态触发器:洗相曝光洗相曝光(bo gung)定时定时器器48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS若若S打开打开(d ki),则则 ui =1;若若S合上合上,则则 ui =0。0t0t0tuiuCTuo2VCC/3TW42第四十二页，共五十五页。若若S打开打开,则则 ui =1;若若S合上合上,则则 ui =0。接通接通(ji tn)电源后，电源后，设按钮设按钮 S 处于打开状态处于打开状态,电容已充电至稳态。电容已充电至稳态。则：则：依前分析可知依前分析可知(k zh)：此时：此时uo=0,555内的晶体管内的晶体管T导通导通,电容电容 CT 被短路被短路,TH VCC/3 。Uo保持保持0状态。状态。48162357uouiVCCRRTCTDTHTRSTR VCC/3 TR VCC/3 。43第四十三页，共五十五页。若若S打开打开,则则 ui =1;若若S合上合上,则则 ui =0。0tuiuo=0,555内的管内的管T导通导通,电容电容(dinrng)CT 被短路。被短路。0tuCT2VCC/30tuo48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS44第四十四页，共五十五页。0tuiS按下时按下时,TR VCC/3,已有已有 TH 2VCC/3,且且按钮已按钮已 松开松开(sn ki)，TR VCC/3,则则uo=0;555内的晶内的晶体管体管T也由截止变成导通也由截止变成导通,电容电容CT 迅速放电而变成迅速放电而变成 0V。0tui0tuCT2VCC/30tuo48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS46第四十六页，共五十五页。0tui0tuCT2VCC/30tuo 由以上过程可以看出由以上过程可以看出:按按钮每按动一次钮每按动一次,uo 便输出一便输出一个个(y)正脉冲正脉冲,其宽度其宽度 TW 由由 RT CT 决定决定。TW48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS47第四十七页，共五十五页。48162357uouiVCCRRTCTDTHTRSJJ红红白白D1D2按一次按一次按钮按钮 S未按未按uo0J的线圈的线圈不通电不通电J 的结点的结点不动作不动作红灯红灯 白灯白灯亮亮灭灭1通电通电闭合闭合亮亮灭灭红灯红灯(hn dn)亮的时间即为曝光时间亮的时间即为曝光时间 TWTW =1.1 RT CT48第四十八页，共五十五页。(3)多谐振荡器多谐振荡器:简易简易(jiny)电子琴电路电子琴电路48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCCuC0tVCC/32VCC/3首先说明如何首先说明如何(rh)用用555 定时器构成多谐振荡器定时器构成多谐振荡器:0tuo输出波形输出波形49第四十九页，共五十五页。设电容设电容C C 原先未充电原先未充电(chng(chng din)din),故故 TH=TR VCC/3,此时此时 uo=1,=1,555内的晶体管内的晶体管 T T 截止截止 ,电源通过电源通过 R1 和和 R2 对电容对电容 C 充电。充电。uC0tVCC/32VCC/30tuo 在在 uC 没有充电到没有充电到 2VCC/3 之前之前(zhqin),uo 保持保持 1 不不变。变。48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC50第五十页，共五十五页。uC0tVCC/32VCC/30tuouC一旦充至一旦充至2VCC/3，则，则 TH=TR=2VCC/3、uo由由1翻转为翻转为 0。同时。同时555内的晶体管内的晶体管 T 导通导通,电容电容 C 经经 R2、T放电放电,一直一直(yzh)至至VCC/3，使得，使得uo 回到回到 1,进入循环进入循环.t1t2t3 在在 uC 没有没有(mi yu)充电充电到到 2VCC/3 之前之前,uo 保持保持 1 不变。不变。48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC51第五十一页，共五十五页。0tuouC0tVCC/32VCC/3T1T2输出方波的输出方波的周期周期(zhuq)T的计算的计算:T=T1 +T2 =0.7(R1+2R2)C 48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC52第五十二页，共五十五页。0tuouC0tVCC/32VCC/3T1T2如何如何(rh)改变方波的占空比改变方波的占空比？改变充放电回路改变充放电回路(hul)的时间常数即可。的时间常数即可。充电时间常数充电时间常数：（：（R1+R2）C 放电时间常数：放电时间常数：R2C48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC53第五十三页，共五十五页。48162357R1C555uoVCCR21R28S8S1简易电子琴电路图简易电子琴电路图 简易电子琴就是简易电子琴就是(jish)通过改变通过改变R2 的阻值来改变输的阻值来改变输出方波的周期出方波的周期,使外接的喇叭发出不同的音调使外接的喇叭发出不同的音调。54第五十四页，共五十五页。内容(nirng)总结第六章 脉冲波形的产生和整形。数字电路区别于模拟电路的主要特点之 一是：它的工作信号是离散的脉冲信号。如何产生方波以及对不理想的方波如何整形，是本章讨论的重点。正常时，不按按钮，Q0。按下按钮时，锁定器翻转，Q1。由于锁定器的存在，即使按钮抖动，输出端也不会产生毛刺(moc)。它可以由分立元件构成，也可以由集成电路构成，本节只讨论后一种电路。在原电路的基础上添加RC延时电路,便可以克服上图的不足:。54第五十五页，共五十五页。