杨志忠数电(第3版)7-脉冲信号的产生与整形

链接演示文稿主页面第7章脉冲产生与整形电路第7章脉冲产生与整形电路概述施密特触发器单稳态触发器多谐振荡器本章小结555定时器的电路结构及其逻辑功能第7章脉冲产生与整形电路返回首页主要要求：了解脉冲信号产生与整形的方法。了解脉冲波形的主要参数。7.1概述第7章脉冲产生与整形电路返回首页UmtrtfTtW脉冲幅度Um：脉冲上升时间tr：脉冲下降时间tf：脉冲宽度tW：脉冲周期T：脉冲频率f：占空比q：脉冲电压变化的最大值脉冲波形从0.1Um上升到0.9Um所需的时间脉冲上升沿0.5Um到下降沿0.5Um所需的时间脉冲波形从0.9Um下降到0.1Um所需的时间周期脉冲中相邻两个波形重复出现所需的时间1秒内脉冲出现的次数f=1/T脉冲宽度tw与脉冲周期T的比值q=tw/T一、脉冲波形的主要参数第7章脉冲产生与整形电路返回首页主要用以将缓慢变化或快速变化的非矩形脉冲变换成陡峭的矩形脉冲。常用的有施密特触发器和单稳态触发器。获取脉冲信号的方法脉冲信号产生与整形电路的实现是一种多用途集成电路，只要外接少量阻容元件就可构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等，使用方便、灵活，应用广泛。用多谐振荡器直接产生。用整形电路对已有波形进行整形、变换。施密特触发器单稳态触发器主要用以将宽度不符合要求的脉冲变换成符合要求的矩形脉冲。用门电路构成。用专用的集成电路。用555定时器构成。二、脉冲信号产生与整形的方法第7章脉冲产生与整形电路返回首页主要要求：了解555定时器的电路结构，掌握其符号和功能。7.2555定时器的电路结构及其逻辑功能了解555定时器的电路结构，掌握其符号和功能。第7章脉冲产生与整形电路返回首页555定时器简介555定时器是一种电路结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路。它的电源电压范围宽(TTL555定时器为5~16V，CMOS555定时器为3~18V)，可提供与TTL及CMOS数字电路兼容的接口电平，还可输出一定功率，驱动微电机、指示灯、扬声器等。TTL单定时器型号的最后3位数字为555，双定时器的为556；CMOS单定时器的最后4位数为7555，双定时器的为7556。它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。7.2.1555定时器的电路结构第7章脉冲产生与整形电路返回首页C1C2G3QQG1G2RSVRRRUR1UR2G4555定时器的电路结构与符号UR1UR2构成电阻分压器，为比较器C1、C2提供两个基准电压:UR1=(2/3)VDD，UR2=(1/3)VDD。输出缓冲器构成基本RS触发器，决定电路输出。MOS开关管构成电压比较器，比较TH与UR1和TR与UR2的大小。第7章脉冲产生与整形电路返回首页555定时器的电路结构与符号C1C2G3QQG1G2RSVRRRUR1UR2G4GNDVDDRDOUTCO555THTRDIS电路符号627153843OUT输出端8VDD电源端4RD直接置0端DIS7放电端TH6阈值输入端TR2触发输入端CO5控制电压输入端GND1接地端第7章脉冲产生与整形电路返回首页定时器CC7555的工作原理7.2.2555定时器的逻辑功能当TH端电压大于UR1=VDD，TR端电压大于UR2=VDD时，电压比较器C1和C2分别输出R=1、S=0，基本RS触发器置0，Q=0、Q=1，输出uO=0，这时MOS管V导通。1323当TH端电压小于UR1=VDD，TR端电压小于UR2=VDD时，电压比较器C1和C2输出R=0、S=1，基本RS触发器置1，Q=1、Q=0，输出uO=1，这时MOS管V截止。1323当TH端电压小于UR1=VDD，TR端电压大于UR2=VDD时，电压比较器C1和C2分别R=0、S=0，基本RS触发器置保持原状态不变。输出uO保持不变。1323第7章脉冲产生与整形电路返回首页定时器CC7555的功能表不变不变1截止11导通01导通00V状态OUT(uO)RDTRTH输出输入××DD32VDD32VDD31VDD31VDD31VDD32V7.2.2555定时器的逻辑功能第7章脉冲产生与整形电路返回首页7.3施密特触发器主要要求：理解施密特触发器的逻辑功能、工作特点。理解施密特触发器的典型应用。了解用555定时器构成施密特触发器的方法。第7章脉冲产生与整形电路返回首页7.3.1施密特触发器的逻辑符号和电压传输特性SchmittTrigger一、施密特触发器的逻辑符号uO1uI施密特触发器的逻辑符号(a)反相输出逻辑符号；(b)同向输出逻辑符号uO2uI(a)(b)第7章脉冲产生与整形电路返回首页UOLUOH二、施密特触发器的传输特性UT=UT+-UT-回差电压施密特触发器工作特点(1)允许输入信号为缓慢变化的信号。(2)有两个阈值电压。(3)有两个稳态。UT+OuOuI正向阈值电压负向阈值电压当uI从小增大时，经过UT+处才能使输出发生跃变。UT-当uI从大减小时，经过UT-处才能使输出发生跃变。第7章脉冲产生与整形电路返回首页VDDRDOUTCOTHTRDIS7.3.2用555定时器组成施密特触发器一、电路组成uIuO第7章脉冲产生与整形电路返回首页OuOtOuItUOH(2/3)VDD(1/3)VDDUOL二、工作原理当输入电压uI＜VDD时，比较器C1和C2分别输出R=0、S=1，触发器置1，Q=1，输出uO为高电平UOH。13当输入电压VDD＜uI＜VDD时，比较器C1和C2输出R=0、S=0，触发器保持1状态不变，输出uO=UOH不变。2313当输入电压uI≥VDD时，比较器C1和C2输出R=1、S=0，触发器0，Q=0，输出uO为由高电平UOH跃到低电平UOL。所以，施密特触发器的正向阈值电压UT+=VDD。2323第7章脉冲产生与整形电路返回首页OuOtOuItUOH(2/3)VDD(1/3)VDDUOL二、工作原理当输入电压由大于VDD下降到VDD＜uI＜VDD时，比较器C1和C2输出R=0、S=0，触发器保持0状态不变，输出uO保持低电平UOL不变。232313当输入电压下降到uI≤VDD时，比较器C1和C2输出R=0、S=1，触发器置1，Q=1，输出uO由低电平UOL跃到高电平UOH。所以，施密特触发器的负向阈值电压UT-=VDD。1313第7章脉冲产生与整形电路返回首页OuOtOuItUOH(2/3)VDD(1/3)VDDUOL二、工作原理555定时器的功能表不变不变1截止11导通01导通00V状态OUT(uO)RDTRTH输出输入××DD32VDD32VDD31VDD31VDD31VDD32V第7章脉冲产生与整形电路返回首页电压传输特性为反相输出的滞回特性0uOuIUOL(1/3)VDD(2/3)VDDUOHUT+=(2/3)VDDUT-=(1/3)VDD回差电压：UT=UT+-UT-=(1/3)VDD三、传输特性第7章脉冲产生与整形电路返回首页双4输入施密特与非门逻辑符号1ACT74LS132A2C2B2D1Y2Y1D1B1C六施密特反相器逻辑符号1A2A3A4A5A6A1Y2Y3Y4Y5Y6YCT7414输出逻辑表达式为Y=A输出逻辑表达式为Y=A·B·C·D7.3.3集成施密特触发器一、TTL集成施密特触发器第7章脉冲产生与整形电路返回首页TTL集成施密特触发门电路一些重要参数的典型值tPHL8.7542.5典型延迟时间/ns8.825.58.625.5典型UT+/V典型每门功耗/mW双4输入与非门四2输入与非门六反相器电路名称CT74LS13CT7413CT74LS132CT74132CT74LS14CT7414型号tPLH典型UT-/V典型ΔUT/V1.61.71.61.71.61.70.80.90.80.90.80.90.80.80.80.80.80.8181515151515151815151515TTL施密特触发器的特点(1)可将变化缓慢的信号变换成上升沿和下降沿都很陡直的脉冲信号。(2)具有阈值电压和回差电压温度补偿。(3)具有很强的抗干扰能力。第7章脉冲产生与整形电路返回首页六施密特反相器逻辑符号1A2A3A4A5A6A1Y2Y3Y4Y5Y6YCC40106输出逻辑表达式为Y=A7.3.3集成施密特触发器二、CMOS集成施密特触发器四2输入施密特与非门逻辑符号1ACC40933A4A3B4B1Y2Y3Y4Y2B1B2A输出逻辑表达式为Y=A·B第7章脉冲产生与整形电路返回首页CMOS施密特触发门电路一些重要参数CMOS集成施密特触发器的特点(1)可将变化缓慢的信号变换成上升沿和下降沿都很陡直的脉冲信号。(2)在电源电压VDD一定时，触发阈值电压稳定，但其值会随VDD变化。(3)电源电压VDD变化范围宽，输入阻抗高，功耗极小。(4)抗干扰能力很强。平均传输延迟时间tpd/ns1510515105UT+/VVDD/V最小值最大值四2输入与非门六反相器电路名称CC4093CC40106型号UT-/VΔUT/V6.810.84.67.12.23.60.92.8130180380120140280最小值最大值最小值最大值6.810.84.67.12.23.62.55.24.07.40.92.82.55.24.07.40.31.61.23.41.65.00.31.61.23.41.65.0第7章脉冲产生与整形电路返回首页OuItuOUT+UT-Ot一、脉冲波形变换将三角波、正弦波和其他不规则信号变换成矩形脉冲。UOHUOL当uIUT+后，uO=UOL；当uI下降到小于UT-时，uO才跃变到UOH。当uIUT-后，uO=UOH；当uI上升到大于UT+时，uO才跃变到UOL。uOuI7.3.4施密特触发器的应用第7章脉冲产生与整形电路返回首页二、脉冲整形将受到干扰的或不符合边沿要求的信号整形成较好的矩形脉冲。uOuIOuItOuOtUT+UT-UOHUOL第7章脉冲产生与整形电路返回首页OuItuOUT+UT-Ot三、脉冲幅度鉴别鉴别并取出幅度大于UT+的脉冲。UOLUOHuOuI第7章脉冲产生与整形电路返回首页7.4单稳态触发器主要要求：理解单稳态触发器的逻辑功能、工作特点。理解单稳态触发器的典型应用。了解用555定时器构成单稳态触发器的方法。第7章脉冲产生与整形电路返回首页有一个稳态和一个暂稳态。无外触发脉冲输入时，电路处于稳态；在外触发脉冲作用下，电路将从稳态翻转到暂稳态，经一段时间后，电路又自动返回到原来的稳态。工作特点暂稳态时间长短取决于电路本身的参数，与外加触发脉冲无关。Monostableflip-flop单稳态触发器第7章脉冲产生与整形电路返回首页GNDVDDRDOUTCO555THTRDISVDD0.01FRCuIuOuC-+7.4.1用555定时器组成单稳态触发器一、电路组成DISTHVDDRR、C为定时元件OUTuOCuC-+TRuIGNDVDDRDCO0.01F第7章脉冲产生与整形电路返回首页二、工作原理1.稳定状态接通电源前，uC0V。接通电源后VDD经R向C充电，使uC上升。uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC充电放电VuCOtOuOtUOLUOHtWDD32VOtUIHDD31VuIVDD0VUOLUIH该电路触发信号为负脉冲，不加触发信号时，uI=UIH(应大于VDD)。13这时TR=UIHVDD，TH=uC0VDD，uO保持低电平不变。因此，稳态时uC0V，uO为低电平。1323当uC≥VDD时，满足TR=uIVDD，TH=uI≥VDD，因此uO为低电平，V导通，电容C经放电管V迅速放电完毕，uC0V。132323第7章脉冲产生与整形电路返回首页2.触发进入暂稳态二、工作原理uCOtOuOtUOLUOHtWDD32VOtUIHDD31VuIVDDUILUOH充电当输入uI由高电平跃变为低电平(应小于VDD)时，使TR=UILVDD，而TH=uC0VVDD，因此uO跃变为高电平，进入暂稳态，这时放电管V截止，VDD又