第六章脈沖波形的產(chǎn)生和整形

1、（6-1）電子技術(shù)電子技術(shù)數(shù)字電路部分數(shù)字電路部分第六章第六章 脈沖波形的產(chǎn)生和整形脈沖波形的產(chǎn)生和整形（6-2）第六章第六章 脈沖波形的產(chǎn)生和整形脈沖波形的產(chǎn)生和整形6.1 概述概述 6.3 連續(xù)矩形脈沖波的產(chǎn)生連續(xù)矩形脈沖波的產(chǎn)生6.2 單脈沖的產(chǎn)生單脈沖的產(chǎn)生6.4 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.5 555定時器的原理和應(yīng)用定時器的原理和應(yīng)用（6-3）6.1 概述概述 數(shù)字電路區(qū)別于模擬電路的數(shù)字電路區(qū)別于模擬電路的主要特點之主要特點之 一是：它的工作信一是：它的工作信號是離散的脈沖信號。最常用號是離散的脈沖信號。最常用的脈沖信號是方波的脈沖信號是方波 ( 矩形波矩形波)。如何產(chǎn)生方波以及

2、對不理想的如何產(chǎn)生方波以及對不理想的方波如何整形，是本章討論的方波如何整形，是本章討論的重點。重點。（6-4）6.2 單脈沖的產(chǎn)生單脈沖的產(chǎn)生+VCCFS 按鈕按放一次，便產(chǎn)生一個單脈沖。按鈕按放一次，便產(chǎn)生一個單脈沖。 但是，由于按鈕但是，由于按鈕 S 機械動作經(jīng)常伴有抖動機械動作經(jīng)常伴有抖動現(xiàn)象，使得輸出的方波很不理想，毛刺很大?，F(xiàn)象，使得輸出的方波很不理想，毛刺很大。這樣的方波用到數(shù)字系統(tǒng)中很容易引起誤動這樣的方波用到數(shù)字系統(tǒng)中很容易引起誤動作。因此，這個電路沒有實用價值。作。因此，這個電路沒有實用價值。（6-5）&S5VQQ正常時，不按按鈕，正常時，不按按鈕，Q Q0 0； 按下按鈕時

3、，鎖定器翻轉(zhuǎn)，按下按鈕時，鎖定器翻轉(zhuǎn)， Q Q1 1；開按鈕后，回到開按鈕后，回到Q Q0 0。可見：可見：按鈕動作一次，按鈕動作一次，Q Q端就輸出端就輸出一個正脈沖。由于鎖定器的存在，一個正脈沖。由于鎖定器的存在，即使按鈕抖動，輸出端也不會產(chǎn)生即使按鈕抖動，輸出端也不會產(chǎn)生毛刺。毛刺。QQ削抖電路削抖電路（6-6） 6.3 連續(xù)矩形脈沖波的產(chǎn)生連續(xù)矩形脈沖波的產(chǎn)生 矩形波發(fā)生器又稱矩形波發(fā)生器又稱多諧振蕩器多諧振蕩器。它可以由。它可以由分立元件構(gòu)成，也可以由集成電路構(gòu)成，本分立元件構(gòu)成，也可以由集成電路構(gòu)成，本節(jié)只討論后一種電路。節(jié)只討論后一種電路。6.3.1 環(huán)形振蕩器環(huán)形振蕩器 利用邏

4、輯門電路的傳輸延遲時間，將奇利用邏輯門電路的傳輸延遲時間，將奇數(shù)個與非門首尾相接，就可以構(gòu)成一個簡數(shù)個與非門首尾相接，就可以構(gòu)成一個簡單的環(huán)形振蕩器單的環(huán)形振蕩器:&uo3uo2uo1（6-7）&321uo3uo2uo1 設(shè)設(shè) uo3 的初始狀態(tài)為的初始狀態(tài)為0:010101 用波形圖來表示用波形圖來表示,則為則為:0tuo3優(yōu)點優(yōu)點: 電路結(jié)構(gòu)簡單電路結(jié)構(gòu)簡單,所用元件少。所用元件少。缺點缺點: 頻率太高頻率太高,并且不可調(diào)整。并且不可調(diào)整。（6-8）123RRS100CAuo1uouo2321uo3uo2uo1 在原電路的基礎(chǔ)上添加在原電路的基礎(chǔ)上添加RC延時電路延時電路,便可以克服上圖的

5、不足便可以克服上圖的不足: 下面將結(jié)合它的工作波形說明其工作下面將結(jié)合它的工作波形說明其工作原理原理:（6-9）0tuo0tuo20tuo10tuAUT假設(shè)：開始時假設(shè)：開始時uo=0電容上的電流，電容上的電流，uA下降下降uAUT時，時，uo不反轉(zhuǎn)。不反轉(zhuǎn)。123RRS100CAuo1uouo2010（6-10）0tuo0tuo20tuo10tuAUT當當uA=UT時，時，uo反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，uo1、uo2也一起反轉(zhuǎn)。也一起反轉(zhuǎn)。123RRS100CAuo1uouo2（6-11）0tuo0tuo20tuo10tuAUT 由于電容電壓不能由于電容電壓不能 突變突變,當當uo1 發(fā)生下跳發(fā)生下跳時時

6、,uA有一突變。有一突變。U123RRS100CAuo1uouo2（6-12）0tuo0tuo20tuo10tuAUTUt1 后，后，uo2uo1，電容反向充電容反向充電電,uA上升。上升。只要只要uAUT , 則則uo2 低電平寬度不再受低電平寬度不再受RC的的控制。必須改進電路控制。必須改進電路!0111uo1uo2RC12uiA（6-24）( a )uo1uo2RC12uiA&ui,34uo4 ( b ) 具體原理請參見有關(guān)教材。具體原理請參見有關(guān)教材。uo1uo2RC12uiA（6-25）6.4.2 集成單穩(wěn)組件介紹集成單穩(wěn)組件介紹 它的它的管腳圖管腳圖和和功能表見下頁功能表見下頁:

7、集成化單穩(wěn)組件的類型很多集成化單穩(wěn)組件的類型很多,以下以以下以74LS123 為例為例,作為介紹對象。作為介紹對象。 74LS123 包括兩個獨立的單穩(wěn)包括兩個獨立的單穩(wěn),各管腳各管腳以字頭以字頭 1、2相區(qū)別。單穩(wěn)輸出脈沖的寬度，相區(qū)別。單穩(wěn)輸出脈沖的寬度，主要由外接的定時電阻主要由外接的定時電阻( RT )和定時電容和定時電容( CT )決定。決定。 單穩(wěn)的翻轉(zhuǎn)時刻決定于單穩(wěn)的翻轉(zhuǎn)時刻決定于 A、B、CLR 三個輸入三個輸入 相與的結(jié)果，具體參見相與的結(jié)果，具體參見它的功能表。它的功能表。（6-26）91615141312111024365781CLRCLRQQQQ2B2A1B1A2Q1Q

8、1Q2Q1CLR2CLR1CT2CTVCCGND2RT /CT1RT /CT74LS123管腳圖管腳圖（6-27）CLRABQQ說說 明明000000011111111穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)觸發(fā)74LS123功能表功能表（6-28）74LS123輸出脈沖的寬度有三種控制方法輸出脈沖的寬度有三種控制方法: 1. 基本脈沖寬度由外接電阻基本脈沖寬度由外接電阻( RT )、電容、電容 ( CT )決定，當決定，當CT 1000PF 時，脈寬時，脈寬 tW 應(yīng)為：應(yīng)為：tW = 0.45 RT CT 2. 在清零端在清零端( CLR )加清加清 0 負脈沖負脈沖,可提前可提前 終止輸出脈沖終止輸出脈沖,如下圖所

9、示如下圖所示: tWCLRQ單位單位 ： RT:k 、CT:Pf、tW:nS（6-29） 3. 通過在通過在 A 端或端或 B 端加再觸發(fā)脈沖端加再觸發(fā)脈沖, 可使輸出脈沖的寬度加寬可使輸出脈沖的寬度加寬:tWtWBQ 由于這種單穩(wěn)可以通過加再觸發(fā)由于這種單穩(wěn)可以通過加再觸發(fā)脈沖增大輸出脈沖的寬度脈沖增大輸出脈沖的寬度,所以所以,它它被稱為被稱為可再觸發(fā)式可再觸發(fā)式單穩(wěn)。單穩(wěn)。（6-30）6.4.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用 單穩(wěn)的應(yīng)用多種多樣單穩(wěn)的應(yīng)用多種多樣,如如:整形、延時整形、延時控制、定時順序控制等等。控制、定時順序控制等等。 例如例如“ 延時控制延時控制 ” 利用單穩(wěn)可

10、以取得延時作用利用單穩(wěn)可以取得延時作用,延延長的時間可以通過長的時間可以通過 R、C調(diào)節(jié)。請看調(diào)節(jié)。請看下例下例:（6-31）QAQCQBQDCPCLRRS0S1QAQCQBQDCPCLRRABCDEFGH7 4 L S 1 9 4 ( 1 )7 4 L S 1 9 4 ( 2 )R2C2AQ2R1C1AQ1B+ 5V移位輸入移位輸入DW1DW2時鐘時鐘S1S0（6-32）CPABCDEFGHQ 1Q 2t0t1t2t3用波形圖表示如下用波形圖表示如下:（6-33）CPABCDEFGHQ 1Q 2t0t1t2t3用波形圖表示如下用波形圖表示如下:移位寄存移位寄存器清零器清零H燈上升燈上升沿觸發(fā)

11、沿觸發(fā)Q1Q1的下降的下降沿觸發(fā)沿觸發(fā)Q2移位寄存移位寄存器串行輸器串行輸入為入為1循環(huán)重循環(huán)重新開始新開始（6-34）6.5 555定時器的原理和應(yīng)用定時器的原理和應(yīng)用 555定時器是將模擬電路和數(shù)字電路集定時器是將模擬電路和數(shù)字電路集成于成于 一體的電子器件。它使用方便一體的電子器件。它使用方便, ,帶負帶負載能力較強載能力較強, , 目前得到了非常廣泛的應(yīng)用。目前得到了非常廣泛的應(yīng)用。 6.5.1 555定時器的工作原理定時器的工作原理 555定時器的內(nèi)部電路包括以下幾部定時器的內(nèi)部電路包括以下幾部分分 : 一個由三個相等電阻組成的分壓器一個由三個相等電阻組成的分壓器; 兩個電壓比較器兩

12、個電壓比較器: A1、A2 ;一個一個 RS 觸發(fā)觸發(fā)器器; 一個反相器和一個晶體管一個反相器和一個晶體管T等。具體等。具體的的 結(jié)構(gòu)見后圖。結(jié)構(gòu)見后圖。（6-35）RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR（6-36）RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDuoRD87645321RRR12345678555VCCD TH COGND TRUoRD電電源源放放電電閾閾值值電控電控壓制壓制地地觸觸發(fā)發(fā)輸輸出出復(fù)復(fù)位位電源電壓范圍電源電壓范圍:4.5V 18V管腳圖管腳圖（6-37）CORSQQ+-A1A2VCCTHTRDTuoRD87645321RRR 三個電阻三

13、個電阻構(gòu)成的分壓器構(gòu)成的分壓器給兩個比較器給兩個比較器提供提供基準電壓基準電壓: A1 的為的為 2VCC / 3 , A2 的為的為 VCC / 3 。 首先討論上圖中首先討論上圖中彩色部分彩色部分的電的電路的工作原理。路的工作原理。（6-38）101000閾值端閾值端觸發(fā)端觸發(fā)端THTRRS比較的結(jié)果比較的結(jié)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閾值端閾值端觸發(fā)端觸發(fā)端（6-39）RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDTuoRD8764

14、5321RRR晶體管晶體管TRSQuo100100保持保持0110保持保持保持保持導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止RSQ1001000101保持保持 保持保持Q11禁止禁止禁止禁止RS 觸發(fā)器功能表觸發(fā)器功能表附錄附錄:（6-40） 綜合以上的綜合以上的分析結(jié)果分析結(jié)果,便可得便可得到到555的功能表的功能表:閾值端閾值端觸發(fā)端觸發(fā)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晶體管晶體管Tuo0111001導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDuoRD87645

15、321RRR（6-41） 6.5.2 555定時器的應(yīng)用定時器的應(yīng)用(1) 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器: 微電機起動停車控制電路。微電機起動停車控制電路。4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微電機微電機555S1 : 起動按鈕起動按鈕S2 : 停車按鈕停車按鈕 555定時器應(yīng)用范圍非常廣泛，可以做單穩(wěn)、雙定時器應(yīng)用范圍非常廣泛，可以做單穩(wěn)、雙穩(wěn)、多諧震蕩器、施密特觸發(fā)器等。下面舉例說明：穩(wěn)、多諧震蕩器、施密特觸發(fā)器等。下面舉例說明：（6-42）4816235S2S1RRCVCCTHTRM微電機微電機555uo閾值端閾值端觸發(fā)端觸發(fā)端THTR大于大于大于大于小于小于小于小于小于小于大于

16、大于保持保持保持保持RD晶體管晶體管Tuo0111001導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止VCC /32VCC /3VCC /32VCC /32VCC /3VCC /3 僅僅按下按下起動按鈕起動按鈕 S1 , 則則 TR VCC / 3 ; 未按未按 S2 , 當然當然 TH VCC / 3 , TH 2VCC / 3 , 未按未按 S1 , 當然當然TR VCC / 3 , 這時這時 uo = 0 , 電機停止運行電機停止運行。 如果松開如果松開 S2 , 電機仍電機仍不轉(zhuǎn)動不轉(zhuǎn)動 。（6-43）(2) 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器: 洗相曝光定時器洗相曝光定時器48162357uouiVCCRRTCTD

17、THTRS若若S打開打開 , 則則 ui = 1 ;若若S合上合上 , 則則 ui = 0 。0t0t0tuiuCTuo2VCC /3TW（6-44）若若S打開打開 , 則則 ui = 1 ;若若S合上合上 , 則則 ui = 0。 接通電源后，設(shè)按接通電源后，設(shè)按鈕鈕 S 處于打開狀態(tài)處于打開狀態(tài),電容已充電至穩(wěn)態(tài)。電容已充電至穩(wěn)態(tài)。則：則：依前分析可知：此時依前分析可知：此時uo = 0 , 555內(nèi)的晶體管內(nèi)的晶體管T導(dǎo)通導(dǎo)通 , 電容電容 CT 被短被短路路, TH VCC /3 。Uo保持保持0狀態(tài)。狀態(tài)。48162357uouiVCCRRTCTDTHTRSTR VCC /3 TR

18、VCC /3 。（6-45）若若S打開打開 , 則則 ui = 1 ;若若S合上合上 , 則則 ui = 0。0tuiuo = 0 , 555內(nèi)的管內(nèi)的管T導(dǎo)導(dǎo)通通 , 電容電容 CT 被短路。被短路。0tuCT2VCC /30tuo48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS（6-46）0tuiS按下時按下時, TR VCC /3,已有已有 TH 2VCC /3 , 且按鈕已且按鈕已 松開，松開， TR VCC /3 , 則則uo = 0 ; 555內(nèi)內(nèi)的晶體管的晶體管T也由截止變成也由截止變成導(dǎo)通導(dǎo)通 , 電容電容CT 迅速放電而迅速放電而變成變成 0V。0tui0tuCT2VCC

19、 /30tuo48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS（6-48）0tui0tuCT2VCC /30tuo 由以上過程可以看出由以上過程可以看出 : 按鈕每按動一次按鈕每按動一次 , uo 便輸便輸出一個正脈沖出一個正脈沖,其寬度其寬度 TW 由由 RT CT 決定決定 。TW48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS（6-49）48162357uouiVCCRRTCTDTHTRSJJ紅紅白白D1D2按一次按一次按鈕按鈕 S未按未按uo0J的線圈的線圈不通電不通電J 的結(jié)點的結(jié)點不動作不動作紅燈紅燈 白燈白燈亮亮滅滅1通電通電閉合閉合亮亮滅滅紅燈亮的時間即為曝光時間紅燈亮

20、的時間即為曝光時間 TWTW = 1.1 RT CT（6-50）(3) 多諧振蕩器多諧振蕩器: 簡易電子琴電路簡易電子琴電路48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCCuC0tVCC /32VCC /3首先說明如何用首先說明如何用555 定時器構(gòu)成多諧振蕩器定時器構(gòu)成多諧振蕩器:0tuo輸出波形輸出波形（6-51） 設(shè)電容設(shè)電容C C 原先未充電原先未充電, , 故故 TH = = TR VCC / /3 , , 此時此時 uo = 1 , = 1 , 555內(nèi)的晶體內(nèi)的晶體管管 T T 截止截止 , , 電源通過電源通過 R1 和和 R2 對電容對電容 C 充電。充電。uC0tVCC /32VCC /30tuo 在在 uC 沒有充電到?jīng)]有充電到 2VCC /3 之前之前, uo 保持保持 1 不變。不變。48162357