第7章由555定时器构成的多谐振荡器.

单稳态触发器在数字电路中一般用于定时（产生一定宽度的矩形波）、整形（把不规则的波形转换成宽度、幅度都相等的波形）以及延时（把输入信号延迟一定时间后输出）等。单稳态触发器具有下列特点：（1）电路有一个稳态和一个暂稳态。（2）在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。（3）暂稳态是一个不能长久保持的状态，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。7.1单稳态触发器一、集成单稳态触发器除了少数用于定时的电阻、电容需要外接以外，其它电路都集成在一个芯片上，而且电路还附加了上升沿与下降沿触发控制功能，有的还带有清零功能，具有温度稳定性好、使用方便等优点，在数字系统中得到了广泛的应用。下面我们对集成单稳态触发器中的典型产品74121的功能和使用方法作简要的介绍。图7-174121的引脚图12NC3A14A25B6Q7GND141312111098UCCNCNCRext/CextCextRintNCQ74121是一种典型的TTL集成单稳态触发器表7-174121的功能表在稳定状态下，单稳态触发器的输出Q=0；当有触发脉冲作用时，电路进入暂稳态，Q=1。1．触发方式由74121的功能表表7-1可知，触发信号可以加在A1、A2或B中的任意一端。其中A1、A2端是下降沿触发，B端是上升沿触发。触发方式可以概括为以下三种：①在A1或A2端用下降沿触发，这时要求另外两个输入端必须为高电平；②A1和A2端同时用下降沿触发，并且B端为高电平；③在B端用上升沿触发，同时A1和A2中至少有一个是低电平。图7-2为集成单稳态触发器74121的工作波形。图7-2集成单稳态触发器74121的工作波形TWTWTWTWt0Qt0Bt0A2t0A12．定时•集成单稳态触发器74121的输出脉冲宽度：取决于定时电阻和定时电容的大小。•定时电容接在74121的10、11脚之间，如果使用的是电解电容，10脚Cext接电容的正极。•定时电阻，使用者可以有两种选择：一种是使用芯片内部2kΩ的定时电阻，此时要将9脚Rint接到电源UCC（14脚）上，如图7-3（a）所示；如果要获得较宽的输出脉冲，可采用外部定时电阻，将电阻接在11脚Rext/Cext和14脚UCC之间，如图7-3（b）所示。图7-374121(a)使用内部电阻(上升沿触发)；(b)使用外接电阻(下降沿触发)74121GNDA1A2BCext5437Rext/CextRintUCCCext1011914UCCQ61Q(a)74121GNDA1A2BCext5437Rext/CextRintUCCCext1011914UCCQ61Q(b)UCCRext74121的输出脉冲宽度可以用下式进行计算：RCTw7.0(7-19)其中,定时电阻R的取值范围可以从1.4kΩ到40kΩ，定时电容C的取值范围可以从0到1000μF。通过选择适当的电阻、电容值，输出脉冲的宽度可以在30ns～28s范围内改变。3．74121具有不可重触发性根据触发特性，集成单稳态触发器可以分为可重触发单稳态触发器和不可重触发单稳态触发器两种。这两种触发器的主要区别是：•可重触发单稳态触发器在暂稳态期间，只要有新的触发脉冲作用，电路就会被重新触发，使电路的暂稳态过程延长；•不可重触发单稳态触发器在暂稳态期间，将不接受新的触发脉冲的作用，只有当其返回到稳态后，才会被触发脉冲重新触发。74121属于不可重触发单稳态触发器。图7-19(a)可重触发器稳态触发器的工作波形；(b)不可重触发单稳态触发器的工作波形t0uIt0uOt1t2TWTW(a)t0uIt0uOTWTW(b)上升沿触发下升沿触发集成单稳态触发器除74121以外，还有其它一些产品。TTL集成单稳态触发器中还有74LS221、74LS122、74LS123等，其中74LS221属于不可重触发单稳态触发器，74LS122、74LS123属于可重触发单稳态触发器，在74LS221、74LS123中都有两个单稳态触发器。MC14528是CMOS集成单稳态触发器中的典型产品，属于可重触发单稳态触发器。另外，有些集成单稳态触发器（如74LS221、74LS122、74LS123、MC14528）上还设有清零端，通过在清零端输入低电平可以立即终止暂稳态过程，恢复稳定状态。二、单稳态触发器的应用1．脉冲定时由于单稳态触发器能够产生一定宽度Tw的矩形脉冲，因此在数字系统中常用它来控制其它一些电路在Tw这段时间内动作或不动作，从而起到定时的作用。例如，在图7-4中，将单稳态触发器的输出脉冲作为与门的一个输入，去控制与门另一个输入端的信号clk能否从与门输出。如果在与门的输出端再加一个计数器并将Tw调整到1s，就可以测出信号clk的频率。图7-4(a)电路图；(b)波形图t0clkt0uOt0uO1TWt0uI(b)(a)74121A1A2BCextRext/CextQQuI345UCC1011UCCRextCext16uO1&uOclk2．脉冲延时在数字系统中，有时要求将某个脉冲宽度为T0的信号延迟一段时间T1后再输出。利用单稳态触发器可以很方便地实现这种脉冲延时，其实现电路和波形图如图7-5所示。图中，T1=TW1≈0.7R1C1，T0=TW2≈0.7R2C2。图7-5单稳态触发器脉冲延迟的应用(a)电路图；(b)波形图(a)74121(Ⅰ)A1A2BCextRext/CextQQuI345UCC1011UCCR1C116uO174121(Ⅱ)A1A2BCextRext/CextQQ345UCC1011UCCR2C216uO0uItT00uO1tTW10uOt(b)TW2图7-6单稳态触发器脉冲延迟的应用(a)电路图；(b)波形图7.2由555定时器构成的多谐振荡器1、555定时器1&&&COTHTR+VCCuOD5kΩ5kΩ5kΩC1C2G1G2G3T++－－2658437RQQ低电平触发端高电平触发端电压控制端复位端低电平有效放电端4.5～16V1&&&COTHTR+VCCuOD5kΩ5kΩ5kΩC1C2G1G2G3T++－－2658437RQQ001①R=0时，Q=1，uo=0，T导通。1&&&COTHTR+VCCuOD5kΩ5kΩ5kΩC1C2G1G2G3T++－－2658437RQQ①R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。②R=1、UTH＞2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。＞2VCC/3＞VCC/3000111&&&COTHTR+VCCuOD5kΩ5kΩ5kΩC1C2G1G2G3T++－－2658437RQQ①R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。②R=1、UTH＞2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。＜2VCC/3＞VCC/310011③R=1、UTH＜2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=1、C2=1，Q、Q不变，uo不变，T状态不变。1101&&&COTHTR+VCCuOD5kΩ5kΩ5kΩC1C2G1G2G3T++－－2658437RQQ①R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。②R=1、UTH＞2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。＜2VCC/3＜VCC/311100③R=1、UTH＜2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=1、C2=1，Q、Q不变，uo不变，T状态不变。④R=1、UTH＜2VCC/3、UTR＜VCC/3时，C1=1、C2=0，Q=0、Q=1，uo=1，T截止。4.3施密特触发器由555定时器构成的施密特触发器施密特触发器的应用1施密特触发器施密特触发器是一种能够把输入波形整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲的电路。Rui84675553251uo1+VCCuiuott00(a)电路(b)工作波形+VCC1uouCOUT+UT－2VCC/3VCC/3控制电压调节回差1&&&COTHTR+VCCuOD5kΩ5kΩ5kΩC1C2G1G2G3T++－－2658437RQQ由555定时器构成的施密特触发器（1）当ui＝0时，由于比较器C1=1、C2=0，触发器置1，即Q＝1、0Q，uo1＝uo＝1。ui升高时，在未到达2VCC/3以前，uo1＝uo＝1的状态不会改变。Rui84675553251uo1+VCCuiuott00(a)电路(b)工作波形+VCC1uouCOUT+UT－2VCC/3VCC/3控制电压调节回差（1）当ui＝0时，由于比较器C1=1、C2=0，触发器置1，即Q＝1、0Q，uo1＝uo＝1。ui升高时，在未到达2VCC/3以前，uo1＝uo＝1的状态不会改变。（2）ui升高到2VCC/3时，比较器C1输出为0、C2输出为1，触发器置0，即Q＝0、1Q，uo1=uo=0。此后，ui上升到VCC，然后再降低，但在未到达VCC/3以前，uo1＝uo＝0的状态不会改变。Rui84675553251uo1+VCCuiuott00(a)电路(b)工作波形+VCC1uouCOUT+UT－2VCC/3VCC/3控制电压调节回差（1）当ui＝0时，由于比较器C1=1、C2=0，触发器置1，即Q＝1、0Q，uo1＝uo＝1。ui升高时，在未到达2VCC/3以前，uo1＝uo＝1的状态不会改变。（2）ui升高到2VCC/3时，比较器C1输出为0、C2输出为1，触发器置0，即Q＝0、1Q，uo1=uo=0。此后，ui上升到VCC，然后再降低，但在未到达VCC/3以前，uo1＝uo＝0的状态不会改变。（3）ui下降到1VCC/3时，比较器C1输出为1、C2输出为0，触发器置1，即Q＝1、0Q，uo1=uo=1。此后，ui继续下降到0，但uo1＝uo＝1的状态不会改变。施密特触发器的应用CMOSMOC等正弦波振荡器11(a)慢输入波形的TTL系统接口(b)整形电路的输入、输出波形输入输出UT+UT－1输入输出UT+UT－(c)幅度鉴别的输入、输出波形(d)多谐振荡器CRucu'ouo本节小结：施密特触发器是一种能够把输入波形整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲的电路。而且由于具有滞回特性，所以抗干扰能力也很强。施密特触发器可以由分立元件构成，也可以由门电路及555定时器构成。施密特触发器在脉冲的产生和整形电路中应用很广。4.2单稳态触发器由555定时器构成的单稳态触发器单稳态触发器的应用1&&&COTHTR+VCCuOD5kΩ5kΩ5kΩC1C2G1G2G3T++－－2658437RQQ由555定时器构成的单稳态触发器CRui847365552510.01μFuoVCCuiuotttP00(a)电路(b)工作波形uct02VCC/3输出脉冲宽度tp。tp≈1.1RCCRui847365552510.01μFuoVCCuiuotttP00uct02VCC/3接通VCC后瞬间，VCC通过R对C充电，当uc上升到2VCC/3时，比较器C1输出为0，将触发器置0，uo＝0。这时Q=1，放电管T导通，C通过T放电，电路进入稳态。ui到来时，因为ui＜VCC/3，使C2＝0，触发器置1，uo又由0变为1，电路进入暂稳态。由于此时Q=0，放电管T截止，VCC经R对C充电。虽然此时触发脉冲已消失，比较器C2的输出变为1，但充电继续进行，直到uc上升到2VCC/3时，比较器C1输出为0，将触发器置0，电路输出uo＝0，T导通，C放电，电路恢复到稳定状态。1&&&COTHTR+VCCuOD5kΩ5kΩ5kΩC1C2G1G2G3T++－－2658437RQQCRui847365552510.01μFuoVCCuiuotttP00(a)电路(b)工作波形uct02VCC/3uo&uiuAu'o(a)电路示意图(b)波形图单稳态触发器uou'ouiuAtp单稳态触发器的应用uiuotp整形1&&&COTHTR+VCCuOD5kΩ5kΩ5kΩC1C2G1