数字电子技术基础简明教程第三版(6)

EXIT第6章脉冲产生与整形电路概述555定时器及其应用本章小结EXIT主要要求：了解脉冲信号产生与整形的方法。了解多谐振荡器的常用电路及其工作原理。6.1概述了解施密特触发器和单稳态触发器的逻辑功能、工作特点和典型应用。EXIT常用的有施密特触发器和单稳态触发器。一、脉冲信号产生与整形的方法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。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。EXITUOLUOH二、施密特触发器(一)施密特触发器的特性和符号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+OuOuIUT-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。当uI从大减小时，经过UT-处才能使输出发生跃变。SchmittTriggerUOLUOHUT+OuOuIUT-uOuI具有施密特特性的与非门符号EXITOuItuOUT+UT-Ot(二)施密特触发器应用举例波形变换将三角波、正弦波和其它不规则信号变换成矩形脉冲。UOHUOLuIUT+后，uO=UOL,只有当uI下降到经过UT-时，uO才会发生跃变。uIUT-后，uO=UOH只有当uI上升到经过UT+时，uO才会发生跃变。EXIT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。OuItOuOtUT+UT-EXITOuItuOUT+UT-Ot脉冲幅度鉴别鉴别并取出幅度大于UT+的脉冲。UOLUOHEXIT即距形脉冲产生电路，由于距形脉冲中含有丰富的谐波分量，故常称多谐振荡器。(1)不需输入信号。(2)无稳定状态，只有两个暂稳态。三、多谐振荡器(一)多谐振荡器的工作特点和符号通过电容的充电和放电，使两个暂稳态相互交替，从而产生自激振荡，输出周期性的矩形脉冲信号。GuO工作特点AstableMultivibratorEXIT(二)对称多谐振荡器uI1C1G1uI2uO1uOuO2C2G2RF1RF2RF1RF2形成正反馈回路工作波形OuO2tOuO1tUOHUOLUOHUOLuI2UTHOtUTHuI1tO输出波形合理取值，使G1、G2门工作在电压传输特性的转折区，使两个反相器都工作于放大状态。通过RC电路的充放电作用自动控制uI1、uI2波形的变化，从而控制G1、G2门交替开通和关闭，使电路输出周期性的矩形脉冲。EXIT(二)对称多谐振荡器uI1C1G1uI2uO1uOuO2C2G2RF1RF2RF1RF2振荡周期的估算取RF1=RF2=RF，C1=C2=C，UTH=1.4V，UOH=3.6V，UOL=0.3V则可输出占空比50%的矩形波。T=2tW1.4RFC脉冲宽度工作波形OuO2tOuO1tUOHUOLUOHUOLuI2UTHOtUTHuI1tOEXITCuOuCR-+EN(三)施密特触发器组成的多谐振荡器设电容初始电压uC(0)=0。则接通电源后uO输出高电平UOH，输出端通过R向电容C充电，使uC升高。CuOuCR-+工作原理ENEN=0时，uO=1，多谐振荡器不工作；EN=1时，不影响振荡器电路工作，下面分析时省略它。0UOH充电CuOuCR-+OtOuOtUT+UT-UOLUOHCuOuCR-+UC当uC上升到UT+时，施密特触发器状态翻转，uO跃变为低电平UOL。这时C经R和施密特触发器的输出电阻RO放电，使uC下降。C充电，使uC上升，在到达UT+之前uO=UOH。CuOuCR-+OtOuOtUT+UT-UOLUOHCuOuCR-+UCuC≥UT+UOLCuOuCREN-+OuCtOuOtUT+UT-UOLUOH(三)施密特触发器组成的多谐振荡器当uC下降到UT-时，触发器又翻转，uO重新跃变为高电平UOH，电路又充电。CuOuCR-+uC≤UT-UOH充电UT-UT+C放电，使uC下降，在到达UT-之前uO=UOL。电容如此周而复始地充电和放电，电路便产生了振荡，输出周期性矩形波。振荡频率与充放电元件值R、C及VDD、UT+、UT-有关。EXITC1G1uOC2G2RF并联石英晶体多谐振荡器(四)石英晶体多谐振荡器振荡频率稳定G1G2RF通常取5~10M，使G1门工作在电压传输特性的转折区，使G1门放大工作。选频和形成正反馈。振荡频率晶体频率采用CMOS门调节C1可微调振荡频率；调节C1、C2比值可调节反馈系数。改善输出波形的前沿和后沿，使输出较理想矩形波。振荡产生电路EXIT四、单稳态触发器(一)工作特点与电路符号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-flopEXIT单稳态触发器暂稳态期间如再次被触发，对原暂稳时间无影响，输出脉冲宽度tW仍从第一次触发开始计算。暂稳态期间如再次被触发，输出脉冲宽度可在此前暂稳态时间的基础上再展宽tW。可重复触发型不可重复触发型uOuI1uOuI限定符号“1”表示不可重复触发型单稳态触发器。限定符号“”表示可重复触发型单稳态触发器。EXIT下面通过工作波形的分析来说明可重复触发型和不可重复触发型触发器的区别。单稳工作波形举例不可重复触发型单稳输出波形可重复触发型单稳输出波形输入波形OuItOuOtOuOttWtWtWtW暂稳态期间不能再次触发。暂稳态期间能再次触发。其输出脉宽将在原暂稳态时间基础上再展宽tW。触发脉冲到来时，输出翻转为暂稳态，经暂稳态持续时间tW后重新自动回到稳态。外触发脉冲未来时，输出为稳态。EXIT外接元件和连线少，触发方式灵活，既可用输入脉冲的正跃变触发，又可用负跃变触发，使用十分方便，而且工作稳定性好。因此应用很广泛。(二)集成单稳态触发器1.TTL不可重复触发型单稳态触发器CT74121的逻辑符号有3个触发信号输入端，TR-A和TR-B用负脉冲触发，TR+用正脉冲触发。有2个互补输出端TR+TR-BTR-AQQRICXRX/CXRintCextRext/CextRICXRX/CX不可重复触发型单稳的限定符号外接定时元件端“×”号表示非逻辑连接，即没有任何逻辑信息的连接，例如外接R、C和VCC等。EXIT如何使用Rint、Cext和Rext/Cext端？RICXRX/CXTR+TR-BTR-AQQ悬空不接CextRextVCC一般接法tW0.7RextCext通常取：Rext=2~40k，Cext=10pF~10F。当输出脉宽很小时，可用内部电阻Rint=2k取代Rext，接法如下：RICXRX/CXTR+TR-BTR-AQQCext+VCCtW0.7RintCextEXIT那么CT74121的触发信号应如何加呢？通过对CT74121功能表的分析就可知道触发端的用法。欲负脉冲触发，则将触发脉冲从TR-A或TR-B加入，而TR+接1。欲正脉冲触发，则将触发脉冲从TR+加入，而TR-A和TR-B至少有一接0。可见，CT74121可正脉冲触发，也可负脉冲触发。0××01111110×11100××1010×101×0QQTR+TR-BTR-A输出输入CT74121的功能表负脉冲触发应用举例RICXRX/CXTR+TR-BTR-AQQ+VCC+VCCQTR-B正脉冲触发应用举例RICXRX/CXuO+VCCuIuIuO2.CT74121逻辑功能的分析与应用CT74121的功能表0××01111110×11100××1010×101×0QQTR+TR-BTR-A输出输入EXIT经过长距离传输后，脉冲信号的边沿会变差或波形上叠加某些干扰，利用整形可使其变成符合要求的波形。(三)2.脉冲定时1.脉冲整形因此，利用单稳态触发器可以控制门开通与否以及开通多长时间。uAuBuCuOG单稳态触发器组成的定时电路和工作波形uAuCuBuOuC门的定时时间即为单稳态触发器的暂稳态持续时间。tWuC为与门G开通与否的控制信号。uC=1，门G开通，信号uB通过门G输出；uC=0，门G关闭，uB不能输出。EXIT若已知Rext=10k，Cext=1F则可得tW0.7RextCext=7msRICXRX/CXQ+VCCuIRextCextQOuItOuOt脉冲展宽电路和工作波形3.脉冲展宽tW接成正脉冲触发方式将窄脉冲展宽成宽度为tW的脉冲EXIT掌握用555定时器构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的方法。主要要求：了解555定时器的电路结构，掌握其符号和功能。6.2555定时器及其应用EXIT555定时器简介555定时器是一种结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路。它电源电压范围宽(双极型555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。一、555定时器的工作原理和逻辑功能EXIT555定时器的电路结构与符号C1C2G3QQG1G2RSVR5k5k5kUR1UR2GNDVCCRDOUTCO555THTRDIS电路符号627153843OUT输出端8VCC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接地端集电极开路输出端UR1UR2构成电阻分压器，为比较器C1、C2提供两个参考电压，UR1=2/3VCC，UR2=1/3VCC。输出缓冲器OUT=Q构成基本RS触发器，决定电路输出。放电管，其输入为Q，输出为开路集电极。Q构成电压比较器，比较TH与UR1和TR与UR2的大小。555定时器的电路结构与符号C1C2G3QQG1G2RSVR5k5k5kUR1UR23OUT输出端8VCC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UR1UR2QEXIT555定时器的工作原理与逻辑功能101导通定时器5G555的功能表不变不变1截止11导通01导通00V状态OUT=QRDTRTH输出输入××CC32VCC32VCC31VCC31VCC31VCC32V直接置0端RD低电平有效，优先级最高。不用时应使其为1。EXIT不变不变1截止11导通01导通00V状态OUT=QRDTRTH输出输入××CC32VCC32VCC31VCC31VCC31VCC32V定时器5G555的功能表01导通0110555定时器的工作原理与逻辑功能EXIT555定时器的工作原理与逻辑功能不变不变1截止11导通01导通00V状态OUT=QRDTRTH输出输入××CC32VCC32VCC31VCC31VCC31VCC32V定时器5G555的功能表10截止1001EXIT555定时器的工作原理与逻辑功能不变不变1截止11导通01导通00V状态OUT=QRDTRTH输出输入××CC32VCC32VCC31VCC31VCC31VCC32V定时器5G555的功能表11EXIT简化功能表不变不变1截止11导通01导通00V状态OUTRD输出输入TRTH××CC32VCC32VCC31VCC31VCC31VCC32V使用要点(1)RD低电平有效,优先级最高，不用时应接高电平。通常不用CO端，为了提高电路工作稳定性，将其通过0.01F电容接地。(3)TR低电平有效，TH高电平有效，因此，TH加低