數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程第三版

1、主要要求：,了解脈沖信號(hào)產(chǎn)生與整形的方法。,了解多諧振蕩器的常用電路及其工作原理。,,,,6.1 概 述,了解施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的邏輯功能、工作特點(diǎn)和典型應(yīng)用。,,常用的有施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。,,一、脈沖信號(hào)產(chǎn)生與整形的方法,獲取脈沖信號(hào)的方法,脈沖信號(hào)產(chǎn)生與整形電路的實(shí)現(xiàn),是一種多用途集成電路，只要外接少量阻容元件就可構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等，使用方便、靈活，應(yīng)用廣泛。,施密特觸發(fā)器,主要用以將

2、緩慢變化或快速變化的非矩形脈沖變換成陡峭的矩形脈沖。,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,主要用以將寬度不符合要求的脈沖變換成符合要求的矩形脈沖。,二、施密特觸發(fā)器,(一)施密特觸發(fā)器的特性和符號(hào),?UT =,UT+ - UT-,回差電壓,施密特觸發(fā)器工作特點(diǎn),正向閾值電壓,負(fù)向閾值電壓,當(dāng) uI 從小增大時(shí)，經(jīng)過(guò) UT+ 處才能使輸出發(fā)生躍變。,當(dāng)uI從大減小時(shí)，經(jīng)過(guò)UT-處才能使輸出發(fā)生躍變。,Schmitt Trigger,具有施密特特性的與非門符號(hào),

3、(二)施密特觸發(fā)器應(yīng)用舉例,波形變換,將三角波、正弦波和其它不規(guī)則信號(hào)變換成矩形脈沖。,,,,,脈沖整形,將受到干擾的或不符合邊沿要求的信號(hào)整形成較好的矩形脈沖。,,脈沖幅度鑒別,鑒別并取出幅度大于 UT+ 的脈沖。,,,,,,,,,即距形脈沖產(chǎn)生電路，由于距形脈沖中含有豐富的諧波分量，故常稱多諧振蕩器。,,(1)不需輸入信號(hào)。(2)無(wú)穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。,三、多諧振蕩器,(一)多諧振蕩器的工作特點(diǎn)和符號(hào),通過(guò)電容的充電和放電

4、，使兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)相互交替，從而產(chǎn)生自激振蕩，輸出周期性的矩形脈沖信號(hào)。,工作特點(diǎn),Astable Multivibrator,(二)對(duì)稱多諧振蕩器,,,,,形成正反饋回路,輸出波形,(二)對(duì)稱多諧振蕩器,振蕩周期的估算,取 RF1 = RF2 = RF，C1 = C2 = C， UTH = 1.4 V，UOH = 3.6 V， UOL = 0.3 V則可輸出占空比 50% 的矩形

5、波。,T = 2tW ?1.4 RFC,脈沖寬度,(三)施密特觸發(fā)器組成的多諧振蕩器,設(shè)電容初始電壓 uC(0) = 0。則接通電源后 uO 輸出高電平 UOH，輸出端通過(guò) R 向電容 C 充電，使 uC 升高。,工作原理,0,UOH,,,,充電,當(dāng) uC 上升到 UT+ 時(shí)，施密特觸發(fā)器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，uO 躍變?yōu)榈碗娖?UOL。這時(shí) C 經(jīng) R 和施密特觸發(fā)器的輸出電阻 RO 放電，使 uC 下降。,,,uC≥UT+,UOL,,,,,,電

6、容如此周而復(fù)始地充電和放電，電路便產(chǎn)生了振蕩，輸出周期性矩形波。,振蕩頻率與充放電元件值 R、C 及 VDD、UT+、UT- 有關(guān)。,(四)石英晶體多諧振蕩器,振蕩頻率穩(wěn)定,RF,通常取 5 ~ 10 M?，使 G1門工作在電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)，使 G1 門放大工作。,,選頻和形成正反饋。,振蕩頻率 ? 晶體頻率,采用 CMOS 門,調(diào)節(jié) C1 可微調(diào)振蕩頻率；調(diào)節(jié) C1、C2 比值可調(diào)節(jié)反饋系數(shù)。,四、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,(一)工作特點(diǎn)

7、與電路符號(hào),有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。無(wú)外觸發(fā)脈沖輸入時(shí)，電路處于穩(wěn)態(tài)；在外觸發(fā)脈沖作用下，電路將從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，經(jīng)一段時(shí)間后，電路又自動(dòng)返回到原來(lái)的穩(wěn)態(tài)。,工作特點(diǎn),暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間長(zhǎng)短取決于電路本身的參數(shù)，與外加觸發(fā)脈沖無(wú)關(guān)。,monostable flip-flop,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,暫穩(wěn)態(tài)期間如再次被觸發(fā)，對(duì)原暫穩(wěn)時(shí)間無(wú)影響，輸出脈沖寬度 tW 仍從第一次觸發(fā)開(kāi)始計(jì)算。,暫穩(wěn)態(tài)期間如再次被觸發(fā)，輸出脈沖寬度可在此前暫

8、穩(wěn)態(tài)時(shí)間的基礎(chǔ)上再展寬 tW 。,下面通過(guò)工作波形的分析來(lái)說(shuō)明可重復(fù)觸發(fā)型和不可重復(fù)觸發(fā)型觸發(fā)器的區(qū)別。,,單穩(wěn)工作波形舉例,,,暫穩(wěn)態(tài)期間不能再次觸發(fā)。,暫穩(wěn)態(tài)期間能再次觸發(fā)。其輸出脈寬將在原暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間基礎(chǔ)上再展寬 tW 。,外接元件和連線少，觸發(fā)方式靈活，既可用輸入脈沖的正躍變觸發(fā)，又可用負(fù)躍變觸發(fā)，使用十分方便，而且工作穩(wěn)定性好。因此應(yīng)用很廣泛。,,(二)集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,TTL 不可重復(fù)觸發(fā)型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 CT74

9、121 的邏輯符號(hào),有 3 個(gè)觸發(fā)信號(hào)輸入端，TR-A和 TR-B 用負(fù)脈沖觸發(fā)， TR+ 用正脈沖觸發(fā)。,有 2 個(gè)互補(bǔ)輸出端,RI CX RX/CX,不可重復(fù)觸發(fā)型單穩(wěn)的限定符號(hào),外接定時(shí)元件端,,,,“×”號(hào)表示非邏輯連接，即沒(méi)有任何邏輯信息的連接，例如外接 R、C 和 VCC 等。,,如何使用 Rint、Cext 和 Rext / Cext 端？,,那么 CT74121 的觸發(fā)信號(hào)應(yīng)如何加呢？,通過(guò)對(duì)

10、CT74121 功能表的分析就可知道觸發(fā)端的用法。,,欲負(fù)脈沖觸發(fā)，則將觸發(fā)脈沖從 TR-A 或 TR-B 加入，而 TR+ 接 1。,欲正脈沖觸發(fā)，則將觸發(fā)脈沖從 TR+ 加入，而 TR-A 和 TR-B 至少有一接 0。,,,,,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離傳輸后，脈沖信號(hào)的邊沿會(huì)變差或波形上疊加某些干擾，利用整形可使其變成符合要求的波形。,,(三)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應(yīng)用舉例,2. 脈沖定時(shí),1. 脈沖整形,因此，利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以控制門開(kāi)通

11、與否以及開(kāi)通多長(zhǎng)時(shí)間。,門的定時(shí)時(shí)間即為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間。,uC 為與門 G 開(kāi)通與否的控制信號(hào)。 uC = 1，門 G 開(kāi)通，信號(hào) uB 通過(guò)門 G 輸出； uC = 0，門 G 關(guān)閉，uB 不能輸出。,若已知 Rext = 10 k?，Cext = 1 ?F則可得 tW ? 0.7 RextCext = 7 ms,3. 脈沖展寬,,,掌握用 555 定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器的

12、方法。,主要要求：,,,了解 555 定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)，掌握其符號(hào)和功能。,6.2 555 定時(shí)器及其應(yīng)用,555 定時(shí)器簡(jiǎn)介,555 定時(shí)器是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便靈活、用途廣泛的多功能電路。它電源電壓范圍寬(雙極型 555 定時(shí)器為 5 ~ 16 V，CMOS 555 定時(shí)器為 3 ~ 18 V)，可提供與 TTL 及 CMOS 數(shù)字電路兼容的接口電平，還可輸出一定功率，驅(qū)動(dòng)微電機(jī)、指示燈、揚(yáng)聲器等?！　TL 單定時(shí)器型號(hào)的最

13、后 3 位數(shù)字為 555，雙定時(shí)器的為 556；CMOS 單定時(shí)器的最后 4 位數(shù)為 7555，雙定時(shí)器的為 7556。,一、555 定時(shí)器的工作原理和邏輯功能,,555 定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與符號(hào),,集電極開(kāi)路輸出端,構(gòu)成電阻分壓器，為比較器 C1、C2 提供兩個(gè)參考電壓，UR1 = 2/3VCC，UR2 = 1/3VCC。,,,,輸出緩沖器OUT = Q,,構(gòu)成基本 RS 觸發(fā)器，決定電路輸出。,555 定時(shí)器的工作原理與邏輯功能,,

14、,,定時(shí)器 5G555 的功能表,,定時(shí)器 5G555 的功能表,555 定時(shí)器的工作原理與邏輯功能,,555 定時(shí)器的工作原理與邏輯功能,,,定時(shí)器 5G555 的功能表,555 定時(shí)器的工作原理與邏輯功能,,,定時(shí)器 5G555 的功能表,,,,簡(jiǎn)化功能表,使用要點(diǎn),通常不用 CO 端，為了提高電路工作穩(wěn)定性，將其通過(guò) 0.01 ?F 電容接地。,,二、用 555 定時(shí)器組成施密特觸發(fā)器,,電壓傳輸特性為反相輸出的滯回特性,,,,,

15、,UT+ = 2/3 VCC UT- = 1/3 VCC?UT = UT+ - UT- = 1/3 VCC,,[例] 試對(duì)應(yīng)輸入波形畫出下圖中輸出波形。,+12V,解：,UT+ = 2/3 VCC = 8 V,UT- = 1/3 VCC = 4 V,因此可畫出輸出波形為,,,電路構(gòu)成反相輸出的施密特觸發(fā)器,三、用555 定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,(一)電路結(jié)構(gòu),R、C 為定時(shí)元件,(二)工作原理、工作波形與參數(shù)估算,1.

16、 穩(wěn)定狀態(tài),接通電源后 VCC 經(jīng) R 向 C 充電，使 uC 上升。,該電路觸發(fā)信號(hào)為負(fù)脈沖，不加觸發(fā)信號(hào)時(shí)，uI = UIH (應(yīng) > 1/3 VCC)。,工作原理,導(dǎo)通,,2. 觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài),(二)工作原理、工作波形與參數(shù)估算,,3. 自動(dòng)返回穩(wěn)定狀態(tài),(二)工作原理、工作波形與參數(shù)估算,,,,2. 觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài),,,這時(shí) uI 必須已恢復(fù)為高電平,,[例] 用上述單穩(wěn)態(tài)電路輸出定時(shí)時(shí)間為1 s 的正脈沖，

17、R = 27 k?，試確定定時(shí)元件 C 的取值。,(二)工作原理、工作波形與參數(shù)估算,輸出脈沖寬度 tW 即為暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間，主要取決于充放電元件 R、C。,該單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為不可重復(fù)觸發(fā)器，且要求輸入脈寬 tWI 小于輸出脈寬 tWO 。,,解：,因?yàn)?tWO ? 1.1 RC,故可取標(biāo)稱值 33 ?F。,估算公式 tWO ? 1.1 RC,四、用 555 定時(shí)器組成多諧振蕩器,(一)電路結(jié)構(gòu),(二)工作原理、工作波形與周期估算

18、,UOH,,工作原理,(二)工作原理、工作波形與周期估算,,UOL,工作原理,(二)工作原理、工作波形與周期估算,工作原理,,(二)工作原理、工作波形與周期估算,電容 C 如此循環(huán)充電和放電，使電路產(chǎn)生振蕩，輸出矩形脈沖。,周期與占空比估算,tWH ? 0.7 (R1 + R2)C tWL ? 0.7 R2CT = tWH + tWL ? 0.7 (R1 + 2R2)C,,,[例] 指出右圖中控制揚(yáng)聲器鳴響與否和調(diào)節(jié)音調(diào)高低的分

19、別是哪個(gè)電位器？若原來(lái)無(wú)聲，如何調(diào)節(jié)才能鳴響？欲提高音調(diào)，又該如何調(diào)節(jié)？,解：,R1、R2、RP1 和 C 共同構(gòu)成定時(shí)元件，因此調(diào)節(jié) RP1 可調(diào)節(jié)音調(diào)高低。,欲提高音調(diào)，則應(yīng)減小 RP1 ，因此觸頭應(yīng)下移。,RP2,RP1,,本章小結(jié),,施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是兩種常用的整形電路，可將輸入的周期信號(hào)整形成符合要求的同周期矩形脈沖。,施密特觸發(fā)器具有回差特性，它有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，有兩個(gè)不同的觸發(fā)電平。,,施密特觸發(fā)器可將任意波形變換

20、成矩形脈沖，輸出脈沖寬度取決于輸入信號(hào)的波形和回差電壓的大小。施密特觸發(fā)器還可用來(lái)進(jìn)行幅度鑒別、構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等。實(shí)用中，常選用集成施密特觸發(fā)器或 采用555 定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器。,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。其輸出脈沖的寬度只取決于電路本身 R、C 定時(shí)元件的數(shù)值，與輸入信號(hào)沒(méi)有關(guān)系。輸入信號(hào)只起到觸發(fā)電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)的作用。改變 R、C 定時(shí)元件的數(shù)值可調(diào)節(jié)輸出脈沖的寬度。,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可

21、將輸入的觸發(fā)脈沖變換為寬度和幅度都符合要求的矩形脈沖，因此，常用于脈沖的定時(shí)、整形和展寬等。,實(shí)用中，常選用集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器或 采用 555 定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。,,在振蕩頻率穩(wěn)定度要求很高的情況下，可采用石英晶體振蕩器。,多諧振蕩器沒(méi)有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)間的相互轉(zhuǎn)換完全靠電路本身電容的充電和放電自動(dòng)完成。因此，多諧振蕩器接通電源后就能輸出周期性的矩形脈沖。改變 R、C定時(shí)元件數(shù)值的大小，可調(diào)節(jié)振蕩頻

22、率。,,555 定時(shí)器是一種多用途的集成電路。只需外接少量阻容元件便可構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等。此外，它還可組成其它多種實(shí)用電路。由于 555 定時(shí)器使用方便、靈活，有較強(qiáng)的負(fù)載能力和較高的觸發(fā)靈敏度，因此，在自動(dòng)控制、儀器儀表、家用電器等許多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。,除 555 單定時(shí)器外，還有雙定時(shí)器 556、四定時(shí)器 558 等。,,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器和多諧振蕩器的電路符號(hào)為,,精品課件！,