11
第 19讲
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
22
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
33
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
44
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
55
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
66
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
77
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
88
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。
99
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
1010
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
1111
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
1212
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
1313
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
1414
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
1515
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
1616
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。
1717
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
1818
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
1919
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
2020
二、由门电路构成的微分型单稳态触发器 (略 )
2121
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
2222
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
2323
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
2424
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
2525
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
910??8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
2626
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
2727
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
2828
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
2929
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。
3030
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
>
<
3131
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
3232
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
??
?
3333
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
3434
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
3535
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
3636
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
3737
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
3838
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 ??
3939
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
4040
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。
4141
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
4242
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
4343
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
4444
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
4545
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。
4646
555单稳电路波形图
Cu
Ou
3/2 CCV
iu
tw
输出脉冲宽度:
RCtW 1.1?