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1、第五章 脉冲信号的产生与整形,5.1 概述 5.2 单脉冲的产生 5.3 多谐振荡器 5.4 单稳态触发器 5.5 555定时器及其应用,5.1 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。,5.2 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。,不按按钮时，Q0；,按下按钮时，锁定器翻转，Q1；,松开按钮后，回
2、到Q0。,可见：按钮动作一次，Q端就输出一个正脉冲。,工作原理：,5.3 多谐振荡器,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，本节只讨论由集成电路构成多谐振荡器。,5.3.1 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:,设 uo3 的初始状态为 0:,0,1,0,1,0,1,用波形图来表示uo3 ，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。,工作原理：,0,1,1,0,0,改进方法：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。,工作原理,A,1,2,3,R,RS,100,C
3、,uo1,uo,uo2,t,0,t,uo,0,t,uo2,0,t,uo1,0,UT,1,1,0,1,1,0,0,0,1,uA,输出信号的周期近似为:,T = 2.2 RC,t,0,t,uo2,0,t,uo1,0,uA,UT,5.3.2 RC 耦合式振荡器,微分电路,该电路有两个缺点:,1. 不容易起振;,2. 电路振荡频率的稳定 性较差,容易受温度、元件性能、电源波动等因素的影响。,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转移特性的中点，起振便比较容易。,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(
4、 c )所示。,石英晶体的化学成分是SiO2 ,晶格结构为各向异性，是一种具有压电效应的晶体。由石英晶体的阻抗与频率特性曲线可见石英晶体的 选频特性很好。,石英晶体的等效电路,在晶体切片的两个对应面上加上交变电压时,晶体会出现 机械变形振动并产生交变电场,这种现象就是压电效应。 当外加电压的频率与晶体的固有频率相同时,其机械变形 的幅度和交变电场幅度就都达最大,发生压电谐振。 晶体的固有频率：取决於晶体的几何尺寸。,压电效应:,石英晶体振荡器常用 作数字系统的基准信号。,uo,其振荡频率主要取决于石英晶体的固有频率,5.4 单稳态触发器,单稳态触发器简称“单稳” 。,单稳的突出特点是： 输出端
5、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。,自动返回,外部触发,学习的重点：为什么会自动返回？需多少时间？,5.4.1 积分型单稳态触发器的工作原理,t1,在 ui 脉冲到来以前，uo1是高电平，uo2是高电平。,ui 正跳变,uo1 负跳变,uA 不突变,C放电,uA下降直到UT,uo2负跳变,uo2上跳； uA继续下降,UT,回答: 有! .,讨论：对 uA 的放电快慢有无约束?,t3,原因：若C 的放电太慢，在 t1 t3 期间， 变 量 uAUT ,在图中所示的情况下， uo2 的上升
6、边将由ui的下降边控制，故必须改进电路!,uo1,uo2,R,C,1,2,ui,A,ui,3,4,uo4,0,1,0,0,1,1,1,0,1,0,1,1,0,1,0,1,5.4.2 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 ”:,R1、C1 、 R2、C2用于调节延长的时间。,t1,t0,t2,t3,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,5.5 555定时器及其应用,555定时器的特点：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。,5.5.1 555
7、定时器的工作原理,首先介绍555定时器的内部电路结构。,555定时器的内部电路包括以下几部分 ：,（1） 一个由三个相等电阻组成的分压器;,（2）两个电压比较器: A1、A2 ;,（3）一个 RS 触发器;,（4）一个反相器和一个晶体管T。,555定时器的内部电路图,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 。,阈值端,触发端,RD,555 的 功 能 表,例1：多谐振荡器,4,8,1,6,2,3,5,C,VCC,uo,555,7,TH,TR,5.5.2 555定时器的应用,例2： 双稳态触发器: 微电机起动停车控制电路。,
8、S1 : 起动按钮,S2 : 停车按钮,按下启动按钮 S1（未按 S2）,即使放开 S1 , UTR 、UTH仍满足上述条件，电机继续转动 。,这时如果松开 S2 , 电机仍不转动 。,启动过程：,停车过程：,故 uo=1 , 电机转动 。,按下停车按钮 S2（未按 S1）,故 uo=0 , 电机停转。,例2： 双稳态触发器: 微电机起动停车控制电路改进。,S1 : 起动按钮,S2 : 停车按钮,例3： 单稳态触发器: 洗相曝光定时器。,若S打开 。 输出总为0,ui,由以上分析可以看出： 按钮每按动一次，uo 便输出一个正脉冲,其宽度 TW 由 RT CT 决定 。,T截止,C充电,白灯亮的
9、时间即为曝光时间 TW 。,TW = 1.1 RT CT,按着S忘了松手,会怎麽样?,例4： 多谐振荡器: 简易电子琴电路,前面例1已说明了如何用555 定时器构成 多谐振荡器:,设电容C 原先未充电, 故 UTH =UTR 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。,一旦 uC 充至2VCC /3，则 UTH =UTR 2VCC /3 , 立即 uo = 0 , 同时555内的管 T 导通，电容 C 经 R2 7#管脚 T 1#管脚放电一直至VCC /3，使得uo 回到 1 ，进入循环 . .,t,输出方波的周期 T 的计算:,T = T1 + T2 = 0.7 ( R1 + 2R2 ) C,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 。,第五章 结束,数字电子技术,