1、第五章第五章 脉冲信号的产生与整形脉冲信号的产生与整形5.1 概述5.2 单脉冲的产生5.3 多谐振荡器5.4 单稳态触发器5.5 555定时器及其应用5.1 概述概述数字电路区别于模拟电路的主要特点之数字电路区别于模拟电路的主要特点之 一是一是：它的工作信号是离散时间的脉冲信号。它的工作信号是离散时间的脉冲信号。最常用的脉冲信号是方波最常用的脉冲信号是方波(矩形波矩形波)。如何产。如何产生方波以及对不理想的方波如何整形，是本生方波以及对不理想的方波如何整形，是本章讨论的重点。章讨论的重点。5.2 单脉冲的产生单脉冲的产生+VCCFS 按钮按放一次，便产生一个单脉冲。按钮按放一次，便产生一个单
2、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象，机械动作经常伴有抖动现象，使得输出的方波很不理想，毛刺很大。这样的方波使得输出的方波很不理想，毛刺很大。这样的方波用到数字系统中很容易引起误动作。因此，这个电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。路没有实用价值。不按按钮时，不按按钮时，Q0；按下按钮时，锁定器翻转，按下按钮时，锁定器翻转，Q1；松开按钮后，回到松开按钮后，回到Q0。可见：可见：按钮动作一次，按钮动作一次，Q端就输出端就输出一个正脉冲。一个正脉冲。QQ工作原理：工作原理：&S5VQQ改进的单脉改进的单脉冲发生电路冲发生电路5.3 多谐振荡器多
3、谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器,它可以由分立元件构成，也它可以由分立元件构成，也可以由集成电路构成，本节只讨论由集成电路可以由集成电路构成，本节只讨论由集成电路构成多谐振荡器。构成多谐振荡器。5.3.1 环形振荡器环形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环个与非门首尾相接，就可以构成一个简单的环形振荡器形振荡器:&321uo3uo2uo1设设 uo3 的初始的初始状态为状态为 0:010101用波形图来表示用波形图来表示uo3，则为：，则为：0tuo3优点优点:电路结构简单，所用元件少。电路结构简单，所用元件少。缺点
4、缺点:频率太高，并且不可调整。频率太高，并且不可调整。&321uo3uo2uo1工作原理：工作原理：01100改进方法：改进方法：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，便可以克服上图的不足。可以克服上图的不足。&321uo3uo2uo1A123RRS100 Cuo1uouo2工作原理工作原理A123RRS100 Cuo1uouo2t0tuo0tuo20tuo10UTU110110001uAA123RRS100 Cuo1uouo2T输出信号的周期输出信号的周期近似为近似为:T=2.2 RCt0tuo0tuo20tuo10uAUT5.3.2 RC 耦合式振荡器耦合式
5、振荡器0t0t0t0tuo1uR1uR2uo2UTUTR212R1C2C1uR2uR1uo2uo112R1R2C1C2uR2uR1uo2uo1 微分电路微分电路该电路有两个缺点该电路有两个缺点:1.不容易起振不容易起振;2.电路振荡频率的稳定电路振荡频率的稳定 性较性较差差,容易受温度、元件性能、容易受温度、元件性能、电源波动等因素的影响。电源波动等因素的影响。为便于起振，将两个电为便于起振，将两个电 阻阻改接成如图改接成如图(b)示。示。(a)R212R1C2C1uR2uR1uo2uo112R1R2C2C1uo2uo1(b)只要适当选择它们的大小，只要适当选择它们的大小，使两个与非门的静态工
6、作使两个与非门的静态工作点均处于转移特性的中点，点均处于转移特性的中点，起振便比较容易。起振便比较容易。(a)R212R1C2C1uR2uR1uo2uo112R1R2C2C1uo2uo1(b)为获得稳定的振荡频率为获得稳定的振荡频率,可在振荡电路中串接石英可在振荡电路中串接石英晶体，组成石英晶体振荡晶体，组成石英晶体振荡器，如图器，如图(c)所示。所示。12R1R2C2C1uo石英晶体石英晶体(c)石英晶体的化学成分是石英晶体的化学成分是SiO2,晶格结构为各向异性，是晶格结构为各向异性，是一种具有一种具有压电效应压电效应的晶体。由石英晶体的阻抗与频率特的晶体。由石英晶体的阻抗与频率特性曲线可
7、见石英晶体的性曲线可见石英晶体的 选频特性很好。选频特性很好。fXX0感性感性XUT,在图中所示的情况下，在图中所示的情况下，uo2 的上升边将由的上升边将由ui的下降边的下降边控制，故必须改进电路控制，故必须改进电路!(a)Auo1uo2RC12ui(b)uo1uo2RC12uiA&ui34uo4 uo1uo2RC12uiA&ui34uo4 01001110101101015.4.2 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用单稳的应用多种多样，如：整形、延时控制、单稳的应用多种多样，如：整形、延时控制、定时顺序控制等等。例如定时顺序控制等等。例如“延时控制延时控制”:QAQCQBQDCPCLRR
8、S0S1ABCDEFGH74LS194 (1)R2C2AQ2R1C1AQ1B+5V移位输入移位输入DW1DW2时钟时钟QAQCQBQDCPCLRRS0S174LS194 (1)R1、C1、R2、C2用于调节用于调节延长的时间。延长的时间。CPABCDEFGHQ1Q2t1t0t2t3用波形图表示如下用波形图表示如下:移位寄存移位寄存器清零器清零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移位寄存移位寄存器串行输器串行输入为入为1循环重循环重新开始新开始5.5 555定时器及其应用定时器及其应用555定时器的特点：定时器的特点：是将模拟电路和数字电路集成是将模拟电路和数字电路集成
9、于于 一体的电子器件。它使用方便，带负载能力较一体的电子器件。它使用方便，带负载能力较强，目前得到了非常广泛的应用。强，目前得到了非常广泛的应用。5.5.1 555定时器的工作原理定时器的工作原理首先介绍首先介绍555定时器的内部电路结构。定时器的内部电路结构。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：（1）一个由三个相等电阻组成的分压器一个由三个相等电阻组成的分压器;（2）两个电压比较器）两个电压比较器:A1、A2;（3）一个）一个 RS 触发器触发器;（4）一个反相器和一个晶体管）一个反相器和一个晶体管T。RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDTuoRD8764
10、5321RRR555定时器的内部电路图定时器的内部电路图RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR555定时器的内部电路图定时器的内部电路图12345678555VCCD 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 三个电阻构三个电阻构成的分压器给成的分压器给 两两个比较器提供个比较器提供基基准电压准电压:A1 的为的为 2VCC/3,A2 的为的为 VCC/3。RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR阈值端阈值端触发端触发端RSQ10
11、01000101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/3VCC/3VCC/32VCC/3TQuo保持保持0110保持保持 保持保持导通导通截止截止RD阈值端阈值端触发端触发端THTRVCC/32VCC/32VCC/3VCC/3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+-A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR555的的功功能能表表VCC/32VCC/3例例1：多谐振荡器多谐振荡器 4816235CVCCuo5557THTR
12、VCC/32VCC/35.5.2 555定时器的应用定时器的应用例例2：双稳态触发器双稳态触发器:微电机起动停车控制电路。微电机起动停车控制电路。S1:起动按钮起动按钮S2:停车按钮停车按钮4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微电机微电机555按下启动按钮按下启动按钮 S1（未按（未按 S2）即使放开即使放开 S1,UTR、UTH仍满足上仍满足上述条件，电机继续转动述条件，电机继续转动。这时如果松开这时如果松开 S2,电机仍电机仍不转动不转动。4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微电机微电机555启动过程：启动过程：停车过程：停车过程：32,3CCTHCCTRVUVU故
13、故 uo=1,电机转动电机转动。按下停车按钮按下停车按钮 S2（未按（未按 S1）32,3CCTHCCTRVUVU故故 uo=0,电机停转。电机停转。例例2：双稳态触发器双稳态触发器:微电机起动停车控制电路改进。微电机起动停车控制电路改进。S1:起动按钮起动按钮S2:停车按钮停车按钮4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微电机微电机555例例3：单稳态触发器单稳态触发器:洗相曝光定时器。洗相曝光定时器。若若S打开打开。输出总为输出总为048162357uouiVCCRRTCTDTHTRS32CCV0t0tuCTuo若合闸时输出为若合闸时输出为 0，将保持，将保持0若合闸时输出为若合闸
14、时输出为 1，输出会自动回到零输出会自动回到零32CCV0t0tuCTuoui0t48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS由以上分析可以看出：由以上分析可以看出：按钮每按动一次，按钮每按动一次，uo 便输出一个正脉冲便输出一个正脉冲,其其宽度宽度 TW 由由 RT CT 决决定定。按下按下S 自动返回自动返回 JJ红红白白D1D248162357uouiVCCRRTCTDTHTRS洗相曝光定时器洗相曝光定时器按一下按一下按钮按钮 S未按未按uo0J的线圈的线圈不通电不通电J 的接点的接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白灯亮的时间即为曝光时间白灯亮的
15、时间即为曝光时间 TW。TW =1.1 RT CT按着按着S忘了松手忘了松手,会怎麽样会怎麽样?例例4：多谐振荡器多谐振荡器:简易电子琴电路简易电子琴电路0tuouC0t前面例前面例1已说明了如何用已说明了如何用555 定时器构成定时器构成多谐振荡器多谐振荡器:3CCV32CCV48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC 设电容设电容C 原先未充电原先未充电,故故 UTH =UTR 2VCC/3,立即立即 uo=0,同时同时555内的管内的管 T 导通，电容导通，电容 C 经经 R2 7#管脚管脚 T 1#管脚管脚放电一直至放电一直至VCC/3，使得使得uo 回到回到 1，进入循环，进入循环.3CCV32CCVt0uouC0t48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC0tuouC0t3CCV32CCV输出方波的输出方波的周期周期 T 的计算的计算:T=T1 +T2 =0.7(R1+2R2)C T1T248162357R1C555uoVCCR21R28S8S1简易电子琴电路图简易电子琴电路图简易电子琴就是通过改变简易电子琴就是通过改变R2 的阻值来改变输出方的阻值来改变输出方波的周期波的周期,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。第五章第五章 结束结束数字电子技术数字电子技术
