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1、（6-1）,第六章 脉冲波形的产生和整形,6.1 概述,6.3 连续矩形脉冲波的产生,6.2 单脉冲的产生,6.4 单稳态触发器,6.5 555定时器的原理和应用,（6-2）,6.1 概述,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时间的脉冲信号。最常用的脉冲信号是方波(矩形波)。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。,（6-3）,6.2 单脉冲的产生,按钮按放一次，便产生一个单脉冲。,但是，由于按钮 S 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。,（6-4）,正常时，
2、不按按钮，Q0；,按下按钮时，锁定器翻转，Q1；,松开按钮后，回到Q0。,（6-5）,6.3 连续矩形脉冲波的产生,矩形波发生器又称多谐振荡器。,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。,15.3.1 环形振荡器,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形振荡器:,（6-6）,设 uo3 的初始状态为0:,0,1,0,1,0,1,用波形图来表示,则为:,优点:电路结构简单,所用元件少。,缺点:频率太高,并且不可调整。,（6-7）,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:,下面将结合它的工作波形说明其工作原理:,（6-
3、8）,假设：开始时uo=0,电容上的电流，uA下降,uAUT时，uo不反转。,（6-9）,当uA=UT时，uo反转，uo1、uo2也一起反转。,（6-10）,由于电容电压不能 突变,当uo1 发生下跳时,uA有一突变。,（6-11）,uo1uo2，电容充电,uA上升。,只要uAUT，uo就不反转。,（6-12）,当uA=UT 时，uo、uo1、uo2反转,（6-13）,由于uo1上跳，电容电压不能突变，所以uA上跳，然后uA开始下降,（6-14）,输出信号的周期近似为:,T=2.2 RC,（6-15）,6.3.2 RC耦合式振荡器,（6-16）,这个电路有两个缺点:,一是不容易起振;,二是电路
4、振荡频率的稳定 性较差,容易受温度、元件性能、电源波动等因素的影响。,(a),(b),为便于起振,将两个电 阻改接成如图(b)示,只要适当选择它们的大小,使两个与非门的静态工作点均处于放大区,起振便比较容易.,（6-17）,石英晶体振荡器常用 作数字系统的基准信号.,为获得稳定的振荡频率,可在振荡电路中串接石英晶体,组成石英晶体振荡器,如图(c)所示.,（6-18）,6.4 单稳态触发器,单稳态触发器简称单稳。,它的突出特点是:输出端只有一个稳定状态,另一个状态则是暂稳态.加入触发信号后,它可以由稳定状态转入暂稳态,但是,经过一定时间以后,它又会自动返回原来的 稳定状态。,（6-19）,6.4
5、.1 积分型单稳态触发器的工作原理,t1,当 ui 发生正跳变后,uo1 跟着负跳变;但uA不能突变，uo2 立即下跳。,在ui脉冲到来以前，uo1是高电平，uo2是高电平。,（6-20）,uo1下跳后，C放电，uA下降。,UT,uA=UT时，uo2上跳。,之后uA继续下降。,（6-21）,回答:有!.,t2,若C的放电太慢，在 t1 t3 期间,变 量 uAUT,失 去对 uo2 低电平宽度的控制作用，必须改进电路!,（6-22）,(a),(b),具体的道理请参见有关教材。,（6-23）,6.4.2 集成单稳组件介绍,它的管脚图和功能表分别列写在后:,集成化的单稳组件的类型很多,以下以74L
6、S123 为例,作为介绍对象。,（6-24）,74LS123管脚图,（6-25）,74LS123功能表,（6-26）,74LS123 包括两个独立的单稳,各管脚以字头 1、2相区别。单稳输出脉冲的宽度，主要由外接的定时电阻(RT)和定时电容(CT)决定。单稳的翻转时刻决定于 A、B、CLR 三个输入 相与的结果，具体参见它的功能表。,（6-27）,74LS123输出脉冲的宽度有三种控制方法:,1.基本脉冲宽度由外接电阻(RT)、电容(CT)决定，当CT 1000PF 时，脉宽 tW 应为：,tW=0.45 RT CT,2.在清零端(CLR)加清 0 负脉冲,可提前 终止输出脉冲,如下图所示:,
7、CLR,Q,单位 RT：k,CT:pF,tW:nS,（6-28）,3.通过在 A 端或 B 端加再触发脉冲,可使输出脉冲的宽度加宽:,由于这种单稳可以通过加再触发脉冲增大输出脉冲的宽度,所以,它被称为可再触发式单稳。,（6-29）,6.4.3 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、定时顺序控制等等。,例如“延时控制”,利用单稳可以取得延时作用,延长的时间可以通过 R、C调节。请看下例:,（6-30）,（6-31）,t0,t1,t2,t3,用波形图表示如下:,（6-32）,用波形图表示如下:,移位寄存器清零,移位寄存器串行输入为1,循环重新开始,（6-33）,6.5 555
8、定时器的原理和应用,555定时器是将模拟电路和数字电路集成于 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。,15.5.1 555定时器的工作原理,555定时器的内部电路包括以下几部分:一个由三个相等电阻组成的分压器;两个电压比较器:A1、A2;一个 RS 触发器;一个反相器和一个晶体管T。具体的 结构见后图。,（6-34）,（6-35）,（6-36）,三个电阻构成的分压器给 两个比较器提供基准电压:A1 的为 2VCC/3,A2 的为 VCC/3。,首先讨论上图中加彩色部分的电路的工作原理。,（6-37）,1,0,1,0,0,0,阈值端,触发端,（6-38）,附录:,
9、（6-39）,综合以上的分析结果,便可得到555的功能表:,（6-40）,6.5.2 555定时器的应用,(1).双稳态触发器:微电机起动停车控制电路。,S1:起动按钮,S2:停车按钮,（6-41）,仅按下起动按钮 S1,则 TR VCC/3;未按 S2,当然 TH 2VCC/3,故 uo=1,电机转动。,即使放开 S1,TR VCC/3,TH 2VCC/3,uo 保持为 1,电机继续转动。,如果仅按下按钮 S2,TH 2VCC/3,未按 S1,当然TR VCC/3,这时 uo=0,电机停止运行。,如果松开 S2,电机仍不转动。,（6-42）,(2).单稳态触发器:洗相曝光定时器,若S打开,则
10、 ui=1;,若S合上,则 ui=0。,（6-43）,TH 2VCC/3,TR VCC/3,按钮 S 处于打开状态时：,uo=0,555内的管T导通,电容 CT 被短路,TH=0.3V。,（6-44）,按一下 S,TR VCC,已有 TH 2VCC/3,故 uo=1,555 内的管 T 截止,CT 将被充电,只要 uCT 尚未充至 2VCC/3,uo 的状态就不会变化。,（6-45）,一旦 uCT 2VCC/3,且已 有 TR VCC/3,uo=0;,555内的晶体管T也由截止变成导通,电容CT 迅速放电而变成 0V。,（6-46）,由以上过程可以看出:按钮每按动一次,uo 便输出一个正脉冲,
11、其宽度 TW 由 RT CT 决定。,（6-47）,红灯亮的时间即为曝光时间 TW,TW=1.1 RT CT,（6-48）,(3).多谐振荡器:简易电子琴电路,首先说明如何用555 定时器构成多谐振荡器:,输出波形,（6-49）,设电容C 原先未充电,故 TH=TR VCC/3,此时 uo=1,555内的晶体管 T 截止,电源通过 R1 和 R2 对电容 C 充电。,在 uC 没有充电到 2VCC/3 之前,uo 保持 1 不变。,（6-50）,在 uC 没有充电到 2VCC/3 之前,uo 保持 1 不变。,t1,t2,t3,（6-51）,T1,T2,输出方波的周期 T的计算:,T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C,（6-52）,如何改变方波的占空比？,改变充放电回路的时间常数！,（6-53）,简易电子琴就是通过改变R2 的阻值来改变输出方波的周期,使外接的喇叭发出不同的音调。,
