此课件系清华大学电机系唐庆玉于 1997年制作,如发现有人剽窃必究法律责任!
千岛湖风光千岛湖画面属唐庆玉个人创作,青山緑水蓝天白云,剽窃必究第 16章 脉冲信号的产生与整形
16.1 由门电路构成的多谐振荡器和单稳态触发器
16.2 集成单稳 74123
16.3 集成定时器 555
清华大学电机系电工学教研组唐庆玉编
2000年 4月 16日第 16章 脉冲波形的产生与整形
16.1 由门电路构成的多谐振荡器和单稳态触发器
16.1.1由门电路构成的多谐振荡器
16.1.2由门电路构成的单稳态触发器
16.2 集成单稳态触发器 74LS123
16.2.1集成单稳态触发器 74LS123的功能
16.2.2集成单稳态触发器 74LS123的应用举例
16.3集成定时器 555
16.3.1 555定时器的工作原理
16.3.2 555定时器的应用
16.1由门电路构成的多谐振荡器和单稳态触发器一、由奇数个非门组成的多谐振荡器利用门电路的传输延迟时间,将奇数个非门首尾相接,就可以构成一个简单的多谐振荡器
(环行振荡器),
1 1 1
u1 u2 u3
0 t
u3
缺点,因门电路传输延迟时间很短( 10nS左右),所以振荡频率太高,并且不可调整。
16.1.1由门电路构成的多谐振荡器二、带 RC延时电路的多谐振荡器
1 1 1
u1 u2 u3
C
A
R RS
G1 G2 G3
时间常数 RC门电路传输延迟时间
u3 周期,T? 2.2 RC
RS:限流电阻,几百?
输出
0 t
u3
0 t
u2
0 t
u1
0 t
uA
UT
假设:开始时 u3=0
当 uA>UT时,u3不反转
u1
C
R1
u2 =0.3V
A
1 1 1
u1 u2 u3
C
A
R RS
G1 G2 G3
带 RC延时电路的环行振荡器分析
0 t
u3
0 t
u2
0 t
u1
0 t
uA
UT
当 uA=UT时,u3反转,u1、
u2也同时反转
1 1 1
u1 u2 u3
C
A
R RS
G1 G2 G3
0 t
u3
0 t
u2
0 t
u1
0 t
uA
UT
由于电容电压不能 突变,当 u1 发生下跳时,uA
有一突变。
1 1 1
u1 u2 u3
C
A
R RS
G1 G2 G3
0 t
u3
0 t
u2
0 t
u1
0 t
uA
UT
1 1 1
u1 u2 u3
C
A
R RS
G1 G2 G3
u2>u1,电容反向充电,
uA上升。
0 t
u3
0 t
u2
0 t
u1
0 t
uA
UT
当 uA=UT 时,u3、
u1,u2反转
1 1 1
u1 u2 u3
C
A
R RS
G1 G2 G3
0 t
u3
0 t
u2
0 t
u1
0 t
uA
UT
U
由于 u1上跳,电容电压不能突变,所以 uA上跳,然后 uA下降,进入下一个周期。
1 1 1
u1 u2 u3
C
A
R RS
G1 G2 G3
T
0 t
u3
0 t
u2
0 t
u1
0 t
uA
UT
U
可以推导,输出信号的周期近似为,
T? 2.2 RC
1 1 1
u1 u2 u3
C
A
R RS
G1 G2 G3
三,RC耦合式振荡器
0 t
uo
0 t
uA
1 1
R1 R2
C2
C1 uo
A
当 R1=R2=R,C1=C2=C时输出信号的周期近似为,
T? 1.4 RC
四、石英晶体振荡器输出方波 uO的频率 =
石英晶体的固有谐振频率石英晶体等效电路石英晶体
1 1
R1 R2
C uo
A
R1=R2=1k?
C=0.1?F
优点:振荡频率稳定,精度高,常用作基准信号源单稳态触发器,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,经过一定时间以后,它又会自动返回原来的稳定状态。
稳定状态 稳定状态暂稳态
16.1.2 由门电路构成的 单稳态触发器由外部触发后,由稳定状态变为暂稳态经延时电路延时后,
又自动返回稳定状态一、由门电路构成的积分型单稳态触发器
0 t
ui
u1
uA
u2
0 t
0 t
0 t
t1
当 ui=0时
u1
u2R
C
1
&
ui
A
ui:外部触发脉冲当 ui上跳时,u1下跳因 uA不能突变,所以
u2下跳
0 t
ui
u1
uA
u2
0 t
0 t
0 t
t1
u1下跳后,C放电,uA下降
UT
TW
TW=1.1RC
u1
u2R
C
1
&
ui
A
当 uA=UT时,u2上跳,输出一个宽度为 TW的负脉冲当 ui下跳时,u1上跳,C再充电,uA上升为高电平。
uA
0 t
UT
u2
0 t
0 t
ui
u1
0 t
t1 t3
缺点:
若 C的放电太慢,在 t1-
t3期间,uA>UT,失去对 u2 低电平宽度的控制作用
u1
u2R
C
1
&
ui
A
u2将随着 ui变为 0而变为 1
u1 u
2
R
C
1
&
ui A
&
ui
,
1 u
3
( a )
( b )
改进型电路
u1
u2R
C
1
&
ui
A
u1
uA
u2
0 t
0 t
0 t
ui
0 t
UT
0 t
u’i
t1
t1
改进的积分型单稳触发器工作原理特点,输出脉冲宽度不受输入脉冲宽度的影响
u1 u2
R
C
1 &ui A&
ui,
1 u
3
二、由门电路构成的微分型单稳态触发器 (略 )
16.2 集成单稳态触发器 74LS123
74LS123 内部包括两个独立的单稳。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
三个输入信号。
A
B
Q
QCLR
RT/CT CT
A
B
Q
QCLR
RT/CT CT
1 2
16.2.1 集成单稳态触发器 74LS123的功能触发
74LS123功能表
A
B
Q
QCLR
RT/CT CT
+5V
清 0
CLR A B Q Q 说明
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
稳态稳态触发触发时,Q端得到正脉冲
Q端得到负脉冲
A
B
Q
QCLR
RT/CT CT
+5V
A
B
Q
QCLR
RT/CT CT
+5V
“1”
TW = 0.45 RT CT 单位 RT,k?,CT,pF,tW,nSC
T > 1000PF
RT CT CTRT
TW
A
Q
Q
TW
B
Q
Q
16.2.2集成单稳态触发器 74LS123应用举例例 1.用 单稳进行 彩灯的延时控制
B
TW
Q
Q
A
B
Q
QCLR
RT/CT CT
+5V
CTRT
延时时间
QA QCQB QDCP
CLR R S0 S1
QA QCQB QDCP
CLR R S0 S1
A B C D E F G H
7 4 L S 1 9 4 ( 1 ) 7 4 L S 1 9 4 ( 2 )
R2 C2
AQ2
R1 C1
A
Q1 B
+ 5V
移位输入
DW1DW2
时钟
+5V +5V
9108发光二极管串行移位寄存器单稳态触发器彩灯控制过程,全亮?由左到右逐个灭?全灭?延时?全亮,周而复始例 2.用单稳进行波形的整形、用晶体振荡器产生计数器的计数脉冲 (数字测速系统 )
放大器电机圆盘红外发射红外接收单稳整形计数器定时器
(晶体振荡器 )
显示译吗器数码显示器
ui
uo
转 /分分频器
ui
uo
16.3 集成定时器 555
16.3.1 555定时器的工作原理一、内部电路组成内部电路组成,
(1)分压器 (3个 R)
(2)电压比较器
(A1,A2)
(3)RS触发器
(4)反相器
(5)晶体管 T
+
–A1
+–A2
R
S
Q
QTR
CV
TH
RD
T
VCC
UO
6
GND
5
4
32
1
7
8
D
R
R
R
1端 GND 地
2端 TR 低电平触发输入
3端 UO 输出
4端 RD 直接清 0
5端 CV 电压控制,不用时经 0.01?F电容接地
6端 TH 高电平触发输入
7端 D 三极管集电极
8端 VCC 电源 (4.5V~18V)
16.3.1 555定时器的工作原理 (续 )
二、引脚功能
+–A1
+–A2
R
S
Q
QTR
CV
TH
RD
T
VC
C
UO
6
GND
5
4
32
1
7
8
D
R
R
R
16.3.1 555定时器的工作原理 (续 )
三、工作原理 各部分的功能
+–A1
+–A2
R
S
Q
QTR
CO
TH
RD
T
VC
C
UO
6
GND
5
4
32
1
7
8
D
R
R
R
(1)分压器为比较器提供基准电压,A1的基准电压为,A2的基准电压为 。
3/2 CCV
3/CCV
( 2)阈值端( TH)和触发端( TR)的外加输入信号和两基准电压比较。当 TH > 时
,A1输出高电平;当
TR< 时,A2输出高电平。反之,两比较器输出低电平。
3/2 CCV
3/CCV
( 3) A1,A2的输出作为 RS
触发器的输入。 R=1时,
Q=0; S=1时,Q=1
( 4) RS触发器的反相输出端经反相驱动后输出 UO,即 UO=Q
(5)当 Q=0时,T导通; Q=1时,
T截止。
16.3.1 555定时器的工作原理 (续 )
三、工作原理 功能表
555定时器的功能表
RD TH TR UO T
1 0
0 0
1
1
00
导通导通截止保持
3/2 CCV 3/CCV
3/2 CCV
3/2 CCV 3/CCV
3/CCV<
>>
<
保持
1
>
<
16.3.2 555定时器的应用一、由 555定时器构成多谐振荡器
+–A1
+–A2
R
S
Q
QTR
CO
TH
RD
T
VC
C
UO
6
GND
5
4
32
1
7
8
D
R
R
R 8 4
5
6
2
7
3
1
555
+VCC
uo
R1
R2
C C1+– uC
TR
TH
1,3,32 oCCCC uVTRVTH
T截止
3
0
CC
C
V
u
0.01?F
16.3.2 555定时器的应用 (续 )
一、由 555定时器构成多谐振荡器
+–A1
+–A2
R
S
Q
QTR
CO
TH
RD
T
VC
C
UO
6
GND
5
4
32
1
7
8
D
R
R
R 8 4
5
6
2
7
3
1
555
+VCC
uo
R1
R2
C C1+– uC
TR
TH
1,3,32 oCCCC uVTRVTH
uo保持 1
33
2 CC
C
CC
C
V
u
V
u

16.3.2 555定时器的应用 (续 )
一、由 555定时器构成多谐振荡器
+–A1
+–A2
R
S
Q
QTR
CO
TH
RD
T
VC
C
UO
6
GND
5
4
32
1
7
8
D
R
R
R 8 4
5
6
2
7
3
1
555
+VCC
uo
R1
R2
C C1+– uC
TR
TH
0,3,32 oCCCC uVTRVTH
C
CC
C
u
V
u
3
2
16.3.2 555定时器的应用 (续 )
一、由 555定时器构成多谐振荡器
+–A1
+–A2
R
S
Q
QTR
CO
TH
RD
T
VC
C
UO
6
GND
5
4
32
1
7
8
D
R
R
R 8 4
5
6
2
7
3
1
555
+VCC
uo
R1
R2
C C1+– uC
TR
TH
放电导通,CuT
33
2 CC
C
CC
C
V
u
V
u

u
o保持 0
16.3.2 555定时器的应用 (续 )
一、由 555定时器构成多谐振荡器
+–A1
+–A2
R
S
Q
QTR
CO
TH
RD
T
VC
C
UO
6
GND
5
4
32
1
7
8
D
R
R
R 8 4
5
6
2
7
3
1
555
+VCC
uo
R1
R2
C C1+– uC
TR
TH
3
CC
C
C
V
u
u
继续
1?Ou T截止?又开始Cu
16.3.2 555定时器的应用 (续 )
一、由 555定时器构成多谐振荡器
8 4
5
6
2
7
3
1
555
+VCC
uo
R1
R2
C C1+– uC
TR
TH
2ln)2(
2ln2ln)(
21
22121
CRR
CRCRRttT


周期,
占空比,
T
tq 1?
Cu
Ou
3/CCV
3/2 CCV
1t 2tT
16.3.2 555定时器的应用二、由 555定时器构成单稳态触发器
+–A1
+–A2
R
S
Q
QTR
CO
TH
RD
T
VC
C
UO
6
GND
5
4
32
1
7
8
D
R
R
R
8 4
5
6
2
7
3
1
555
+VCC
uo
R1
C C1+– uC
TR
TH
CS
ui
上电清 0:由于 CS的作用,上电后 uo=0,T导通,uc=0
16.3.2 555定时器的应用二、由 555定时器构成单稳态触发器
+–A1
+–A2
R
S
Q
QTR
CO
TH
RD
T
VC
C
UO
6
GND
5
4
32
1
7
8
D
R
R
R
8 4
5
6
2
7
3
1
555
+VCC
uo
R1
C C1+– uC
TR
TH
CS
ui
当 ui为高电平时,uo保持,仍为 uo=0
TH
保持OCCCC uVTRVTH,3,32
16.3.2 555定时器的应用二、由 555定时器构成单稳态触发器
+–A1
+–A2
R
S
Q
QTR
CO
TH
RD
T
VC
C
UO
6
GND
5
4
32
1
7
8
D
R
R
R
8 4
5
6
2
7
3
1
555
+VCC
uo
R1
C C1+– uC
TR
TH
CS
ui
当 ui由高电平变为低电平时,uo=1
1,3,32 OCCCC uVTRVTH
T截止,C开始充电
ui脉冲很窄,ui变为高电平后,
uo保持为 1,C继续充电
16.3.2 555定时器的应用二、由 555定时器构成单稳态触发器
+–A1
+–A2
R
S
Q
QTR
CO
TH
RD
T
VC
C
UO
6
GND
5
4
32
1
7
8
D
R
R
R
8 4
5
6
2
7
3
1
555
+VCC
uo
R1
C C1+– uC
TR
TH
CS
ui
当 C充电 >2VCC/3时,uo=0,T导通,电容 C很快放电,
电路恢复到初始状态。
555单稳电路波形图
Cu
Ou
3/2 CCV
iu
上电清 0:由于 CS的作用,
上电后 uo=0,T导通,uc=0
555单稳电路波形图
Cu
Ou
3/2 CCV
iu
当 ui为高电平时,uo保持,仍为 uo=0
555单稳电路波形图
Cu
Ou
3/2 CCV
iu
当 ui由高电平变为低电平时,uo=1 T截止,C开始充电
555单稳电路波形图
Cu
Ou
3/2 CCV
iu
ui脉冲足够窄,ui变为高电平后,
uo保持为 1,C继续充电
555单稳电路波形图
Cu
Ou
3/2 CCV
iu
当 C充电 >2VCC/3时,uo=0,T导通,电容 C很快放电,
电路恢复到初始状态。
555单稳电路波形图
Cu
Ou
3/2 CCV
iu
tw
输出脉冲宽度:
RCtW 1.1?