6数字逻辑与数字系统之脉冲波形的产生和整形

（6-1）电子技术数字电路部分第六章脉冲波形发生器和整形电路（6-2）第六章脉冲波形发生器与整形电路§6.1555定时器极其应用§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§6.5555定时器的原理和应用（6-3）§6.1555定时器极其应用555定时器的优点：1）定时的精度、工作速度和可靠性高；2）使用的电源电压范围宽，从2V~18V，能和数字电路直接连接；3）有一定的输出功率，可驱动微电机、指示灯、扬声器等；4）结构简单，使用灵活，用途广泛。（6-4）用途：可组成各种波形的脉冲振荡器、定时延时电路、检测电路、电源变换电路、频率变换电路。（6-5）6.1.1555定时器的结构及工作原理控制电压复位控制置位控制放电端DIS地GNDDIS（6-6）1.电路结构共有8条腿。1）比较器由运算放大器组成。作用：将输入的模拟电压和基准电压进行比较。输入为模拟信号，输出为数字信号。（6-7）+–VAVBUfUiVO同相比较器：UiUf，VO=1（VAVB）UiUf，VO=0（VAVB）（6-8）–+VBVAUfUiVO反相比较器：UiUf，VO=0UiUf，VO=1（6-9）2）分压器由3个5K电阻串接组成。作用：向比较器提供基准电压。如果它的上端接电源正端，下端接地，则上比较器C1的基准电压（参考电压）：CC1RV32V（6-10）下比较器C2的基准电压（参考电压）：CC2RV31VVCO—控制电压输入端。当不用时，应在该端和地之间接一个0.01f的去耦电容，以消除干扰，保证其稳定在2/3VCC也可以在“控制电压输入端”上接外加的基准电压VCO，这时两个比较器的基准电压变成：（6-11）VR1=VCOVR2=1/2VCO在555电路中，基准电压VR1被称为“阈值电平”；基准电压VR2被称为“触发电平”。3）基本R-S触发器R=VC1，S=VC2RSQ0110110101保持保持Q00禁止禁止RS触发器功能表（6-12）off100V31V321off101V31V321不不11V31V321on010V31V321on00TVVVVVRCCCCCCCCCCCCCCCCDOC2C1I2I1D变变（6-13）4）放电开关TDQ=0→TD导通且饱和→放电端（7）接地；Q=1→TD截止→放电端（7）相当于开路。可将555视为一个特殊的RS触发器（6）—R（2）—SRSSQ001Qn010110101101（6-14）6.1.2555构成单稳态触发器特点:1.只有两种状态:稳态和暂稳态；2.外来触发（窄）脉冲使:稳态暂稳态稳态；3.暂稳态持续时间仅取决于电路参数,与触发脉冲无关。用途；定时：产生一定宽度的方波。延时：将输入信号延迟一定时间后输出。整形：把不规则波形变为宽度、幅度都相等的脉冲。（6-15）555••67238415VCCVIVO••CRVC0.01f（一）、电路结构（6-16）(二)工作原理、工作波形与参数估算1.稳定状态接通电源后VCC经R向C充电，使uC上升。uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC该电路触发信号为负脉冲，不加触发信号时，uI=UIH(应1/3VCC)。当uC≥2/3VCC时，满足TR=uI1/3VCC，TH=uI≥2/3VCC,因此uO为低电平，V导通，电容C经放电管V迅速放电完毕，uC0V。这时TR=UIH1/3VCC，TH=uC02/3VCC，uO保持低电平不变。因此，稳态时uC0V，uO为低电平。充电工作原理导通放电VuCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC0VUOLUIH（6-17）2.触发进入暂稳态(二)工作原理、工作波形与参数估算uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC当输入uI由高电平跃变为低电平(应1/3VCC)时，使TR=UIL1/3VCC而TH=uC0V2/3VCC，因此uO跃变为高电平，进入暂稳态，这时放电管V截止，VCC又经R向C充电，uC上升。UILUOH充电（6-18）工作波形与参数估算（6-19）uOuIVCC0uC02VCC/3VCCuO三、主要参数1.输出脉冲宽度twtwuC（0+）=0,uC（）=VCC,uC（tw）=2VCC/3)()()0()(lnW1WtuuuutCCCCRCRC1.13ln62784153555RC++VCC0.01FuI+uC–tCCCCeuuuu)]()0([)(（6-20）电路组成及工作原理工作原理CC32VCC31VuItUOHuOtUOLCCVOOuI上升时与2VCC/3比uI下降时与VCC/3比6.1.3用555定时器接成施密特触发器（6-21）滞回特性及主要参数(一)滞回特性UT–OuIuOUOHUOLCC31VCC32VUT+uI增大时与上限阈值比特点:uI减小时与下限阈值比上限阈值电压(二)主要静态参数回差电压CCT32VU下限阈值电压CCT31VU回差电压UT=UT+–UT–（6-22）6.1.4555定时器构成的多谐振荡器+VCCuO83165724Q&&1TDR1R2CuCCC32VCC31VuCtUOHuOtUOL一、电路组成和工作原理62784153555R1C1+R2C2+VCC（6-23）二、振荡频率的估算和占空比可调电路62784153555R1C+R2C2+VCC1.C充电时间tw1uC（0+）=VCC/3,uC（）=VCC)()()0()(lnWWtuuuutCCCC2lnln1CC32CCCC31CC11VVVVtWCRRt）（21W17.0充电时间常数1=（R1+R2）C2.C放电时间tw22ln2W2t可求得:CRt2W27.0放电时间常数2=R2C（一）振荡频率的估算（6-24）3.振荡频率fuCCC32VCC31VtUOHuOtUOLtw1tw2Ttw1=0.7(R1+R2)Ctw2=0.7R2CT=0.7（R1+2R2）C振荡周期：振荡频率：CRRCRRTf）（）（2121243.127.011占空比：CRRCRRTtq）（）（2121W127.07.0002121502RRRR（6-25）（二）占空比可调电路62784153555R1C+R2C2+VCCD1D2uOtw1=0.7R1Ctw2=0.7R2CCRRCRTtq）211W17.07.0(7.0211RRRT=0.7（R1+R2）C（6-26）§6.5555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。6.5.1555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等。具体的结构见后图。（6-27）(3)多谐振荡器:简易电子琴电路48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCCuC0tVCC/32VCC/3首先说明如何用555定时器构成多谐振荡器:0tuo输出波形（6-28）设电容C原先未充电,故TH=TRVCC/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。uC0tVCC/32VCC/30tuo在uC没有充电到2VCC/3之前,uo保持1不变。48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC（6-29）uC0tVCC/32VCC/30tuouC一旦充至2VCC/3，则TH=TR=2VCC/3、uo由1翻转为0。同时555内的晶体管T导通,电容C经R2、T放电,一直至VCC/3，使得uo回到1,进入循环...t1t2t3在uC没有充电到2VCC/3之前,uo保持1不变。48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC（6-30）0tuouC0tVCC/32VCC/3T1T2输出方波的周期T的计算:T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC（6-31）0tuouC0tVCC/32VCC/3T1T2如何改变方波的占空比？改变充放电回路的时间常数即可。充电时间常数：（R1+R2）C放电时间常数：R2C48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC（6-32）48162357R1C555uoVCCR21R28S8S1简易电子琴电路图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。