第八章脈沖波形的產(chǎn)生與整形課件

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1、,中北大學(xué)電子信息工程系,數(shù),字,電,子,技,術(shù),第八章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形,第八章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形,（the production and form-modulation of pulse waveform）,8.1,概述,8.2 集成555定時器,第八章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形,在數(shù)字系統(tǒng)中，矩形脈沖作為時鐘信號控制和協(xié)調(diào)著整個數(shù)字系統(tǒng)的工作，所以時鐘脈沖的好壞直接關(guān)系整個系統(tǒng)能否正常工作，實際矩形波信號如圖所示。其特征主要由以下幾個參數(shù)來表征。,8.1 概述,在數(shù)字系統(tǒng)中，矩形脈沖作為時鐘信號控制和協(xié)調(diào)著,主要要求：,了解脈沖信號產(chǎn)生與整形的方法。,了解,555,定時器的電路結(jié)構(gòu)，

2、掌握其符號和功能,。,掌握用,555,定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài),觸發(fā)器和多諧振蕩器的方法。,主要要求：了解脈沖信號產(chǎn)生與整形的方法。了解 555,1、矩形波信號的參數(shù),U,m,脈沖幅度，脈沖電壓最大值。,t,W,脈沖寬度，從脈沖前沿上升到0.5Um開始 到脈沖后沿下降到0.5Um為止的一段時間。,t,r,上升時間，脈沖前沿從0.1Um上升到0.9Um所需的時間。,t,f,下降時間，脈沖后沿從0.9Um上升到0.1Um所需的時間。,T脈沖周期，在周期性脈沖序列中，兩個相鄰脈沖間的 時間間隔。,f脈沖頻率，單位時間內(nèi)脈沖重復(fù)的次數(shù)。,q占空比，脈沖寬度和脈沖周期的比值。,1、矩形波信號的參數(shù)

3、 Um脈沖幅度，脈沖電壓最大值。t,理想的矩形脈沖波參數(shù)如下：t,r,=t,f,=0，t,W,、Um和T也是穩(wěn)定的。,實際的矩形脈沖波t,r,和t,f,都不等于0，t,W,、Um和T也受很多因素影響而不穩(wěn)定。,2、獲得矩形脈沖的方法一般有兩種：,（1）使用各種形式的矩形波發(fā)生電路產(chǎn)生矩形波。,（2）利用已有的周期性信號，通過整形電路變換為所需的矩形波信號。,理想的矩形脈沖波參數(shù)如下：tr=tf=0，tW、Um和T也是,8.2 集成555定時器,8.2.1 概述,集成定時器是一種將模擬電路與數(shù)字電路的功能巧妙結(jié)合在一起的多用途單片集成電路，有些書上把它描述為：模擬電路與數(shù)字電路的的完美結(jié)合。,在

4、其外部配接上少許阻容定時元件，便能構(gòu)成多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器等多種應(yīng)用電路。,8.2.2 電路結(jié)構(gòu),電阻分壓器,兩個CMOS比較器,一個基本RS觸發(fā)器,一個NMOS開關(guān),8.2 集成555定時器8.2.1 概述 集成定時,1、電阻分壓器,2、電壓比較器,3、基本RS觸發(fā)器,4、CMOS開關(guān)V,特性方程：,/R為外部復(fù)位端，低電平有效,正常工作時，/R=1。,當(dāng)/Q=0時，D2=1，D3=0，V截 止；,當(dāng)/Q=1時，D2=0，D3=1，V導(dǎo)通,。,1、電阻分壓器2、電壓比較器3、基本RS觸發(fā)器4、CMOS開,第八章脈沖波形的產(chǎn)生與整形課件,8.2.3 工作原理,8.2.3 工作

5、原理,8.3 555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器（,Schmitt Trigger）,8.3 555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器（Schmitt Trig,不變,不變,1,截止,1,1,導(dǎo)通,0,1,導(dǎo)通,0,0,V 狀態(tài),OUT,R,D,輸 出,輸 入,TR,TH,0,u,O,u,I,U,OL,1/3,V,CC,2/3,V,CC,U,OH,U,T+,=2/3,V,CC,U,T,-,=1/3,V,CC,U,T,=,U,T+,-,U,T,-,=1/3,V,CC,不變不變1截止11導(dǎo)通01導(dǎo)通00V 狀態(tài)OUTRD輸,O,u,O,/V,t,例 試對應(yīng)輸入波形畫出,下圖中輸出,波形。,1,8,4,3,5,555,7,+

6、12V,0.01,F,u,I,u,O,2,6,0,u,I,/V,t,2,4,6,8,10,TH,TR,u,I,u,O,+12V,U,T+,U,T,-,a,b,c,d,e,f,U,OH,解：,U,T+,=2/3,V,CC,=8 V,U,T,-,=1/3,V,CC,=4 V,因此可畫出輸出波形為,電路構(gòu)成反相輸出的施密特觸發(fā)器,OuO/Vt例 試對應(yīng)輸入波形畫出下圖中輸出波形。184,8.4 555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（,monostable flip-flop）,（一）、電路結(jié)構(gòu),8.4 555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（monostable fl,(二)工作原理、工作波形與參數(shù)估算,1.穩(wěn)定狀態(tài),接通電源后

7、,V,CC,經(jīng),R,向,C,充電，使,u,C,上升。,u,C,O,t,O,u,O,t,U,OL,U,OH,t,WO,O,t,U,IH,u,I,t,WI,V,CC,該電路,觸發(fā)信號為負(fù)脈沖,，不加觸發(fā)信號時，,u,I,=,U,IH,(,應(yīng),1/3,V,CC,),。,當(dāng),u,C,2/3,V,CC,時，滿足,TR,=,u,I,1/3,V,CC,，,TH,=,u,I,2/3,V,CC,因此,u,O,為低電平，V 導(dǎo)通，電容,C,經(jīng)放電管 V 迅速放電完畢，,u,C,0 V。,這時,TR,=,U,IH,1/3,V,CC,，,TH,=,u,C,0,2/3,V,CC,，,u,O,保持低電平不變。因此，,穩(wěn)態(tài)

8、時,u,C,0 V，,u,O,為低電平。,充電,工作原理,導(dǎo)通,放電,V,u,C,O,t,O,u,O,t,U,OL,U,OH,t,WO,O,t,U,IH,u,I,t,WI,V,CC,0V,U,OL,U,IH,(二)工作原理、工作波形與參數(shù)估算 1.穩(wěn)定狀態(tài),2.觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài),(二)工作原理、工作波形與參數(shù)估算,u,C,O,t,O,u,O,t,U,OL,U,OH,t,WO,O,t,U,IH,u,I,t,WI,V,CC,當(dāng)輸入,u,I,由高電平躍變?yōu)榈碗娖?(,應(yīng) 1/3,V,CC,),時，使,TR,=,U,IL,1/3,V,CC,而,TH,=,u,C,0 V 2/3,V,CC,，因此,u,O,

9、躍變?yōu)楦唠娖?，進入暫穩(wěn)態(tài),，這時放電管 V,截止，,V,CC,又經(jīng),R,向,C,充電，,u,C,上升,。,U,IL,U,OH,充電,2.觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)(二)工作原理、工作波形與參數(shù),3.自動返回穩(wěn)定狀態(tài),(二)工作原理、工作波形與參數(shù)估算,u,C,O,t,O,u,O,t,U,OL,U,OH,t,WO,O,t,U,IH,u,I,t,WI,V,CC,2.觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài),U,IH,U,OL,TH,2/3,V,CC,放電,V,當(dāng)輸入,u,I,由高電平躍變?yōu)榈碗娖?(,應(yīng) 1/3,V,CC,),時，使,TR,=,U,IL,1/3,V,CC,而,TH,=,u,C,0 V 1/3,V,CC,),，因此,u,

10、O,重新躍變?yōu)榈碗娖健?同時，放電管導(dǎo)通，,C,經(jīng) V 迅速放電,u,C,0 V，,放電完畢后，電路返回穩(wěn)態(tài)。,3.自動返回穩(wěn)定狀態(tài)(二)工作原理、工作波形與參,例 用上述單穩(wěn)態(tài)電路輸出定時時間為,1 s 的,正脈沖，,R,=27 k,，試確定定時元件,C,的取值。,(二)工作原理、工作波形與參數(shù)估算,u,C,O,t,O,u,O,t,U,OL,U,OH,t,WO,O,t,U,IH,u,I,t,WI,V,CC,輸出脈沖寬度,t,W,即為暫穩(wěn)態(tài)維持時間，主要取決于充放電元件,R,、,C,。,該單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為不可重復(fù)觸發(fā)器，且要求輸入脈寬,t,WI,小于輸出脈寬,t,WO,。,解：,因為,t,WO,

11、1.1,RC,故,可取標(biāo)稱值,33,F。,估算公式,t,WO,1.1,RC,例 用上述單穩(wěn)態(tài)電路輸出定時時間為1 s 的正脈沖，R,8.5 555構(gòu)成的多諧振蕩器（,Astable Multivibrator,）,（一）電路結(jié)構(gòu),8.5 555構(gòu)成的多諧振蕩器（Astable Mult,(二)工作原理、工作波形與周期估算,u,C,O,t,O,u,O,t,U,OL,U,OH,t,WH,t,WL,充電,U,OH,TH,=,TR,=,u,C,很小,接通,V,CC,后,，開始時,TH,=,TR,=,u,C,0,，,u,O,為高電平，,放電管截止，,V,CC,經(jīng),R,1,、,R,2,向,C,充電，,u,

12、C,上升,，這時,電路,處于暫穩(wěn)態(tài),。,工作原理,(二)工作原理、工作波形與周期估算 uCOtOuOtUOLU,(二)工作原理、工作波形與周期估算,u,C,O,t,O,u,O,t,U,OL,U,OH,t,WH,t,WL,U,OL,TH,=,TR,2/3,V,CC,當(dāng),u,C,上升到,TH,=,TR,=,u,C,2/3,V,CC,時，,u,O,躍變?yōu)榈碗娖剑?同時放電管 V 導(dǎo)通，,C,經(jīng),R,2,和 V,放電，,u,C,下降,，電路進入,暫穩(wěn)態(tài),。,工作原理,接通,V,CC,后,，開始時,TH,=,TR,=,u,C,0,，,u,O,為高電平，,放電管截止，,V,CC,經(jīng),R,1,、,R,2,向

13、,C,充電，,u,C,上升,，這時,電路,處于暫穩(wěn)態(tài),。,放電,(二)工作原理、工作波形與周期估算 uCOtOuOtUOLU,當(dāng),u,C,下降到,TH,=,TR,=,u,C,1/3,V,CC,時，,u,O,重新躍變?yōu)楦唠娖?，同時放電管 V 截止，,C,又被,充電，,u,C,上升,，電路又,返回到暫穩(wěn)態(tài),。,(二)工作原理、工作波形與周期估算,u,C,O,t,O,u,O,t,U,OL,U,OH,t,WH,t,WL,TH,=,TR,1/3,V,CC,工作原理,當(dāng),u,C,上升到,TH,=,TR,=,u,C,2/3,V,CC,時，,u,O,躍變?yōu)榈碗娖剑?同時放電管 V 導(dǎo)通，,C,經(jīng),R,2,和

14、 V,放電，,u,C,下降,，電路進入,暫穩(wěn)態(tài),。,接通,V,CC,后,，開始時,TH,=,TR,=,u,C,0,，,u,O,為高電平，,放電管截止，,V,CC,經(jīng),R,1,、,R,2,向,C,充電，,u,C,上升,，這時,電路,處于暫穩(wěn)態(tài),。,當(dāng) uC 下降到 TH=TR=uC 1/3,(二)工作原理、工作波形與周期估算,電容,C,如此循環(huán)充電和放電，使電路產(chǎn)生振蕩，輸出矩形脈沖。,u,C,O,t,O,u,O,t,U,OL,U,OH,t,WH,t,WL,周期與占空比估算,t,WH,0.7(,R,1,+,R,2,),C,t,WL,0.7,R,2,C,T,=,t,WH,+,t,WL,0.7(,R

15、,1,+2,R,2,),C,(二)工作原理、工作波形與周期估算 電容 C 如此循環(huán)充,GND,V,CC,R,D,OUT,CO,555,TH,TR,DIS,V,CC,0.01,F,R,1,C,+,R,2,R,P1,R,P2,例 指出右圖中控制揚聲器鳴響與否和調(diào)節(jié)音調(diào)高低的分別是哪個電位器？若原來無聲，如何調(diào)節(jié)才能鳴響？欲提高音調(diào)，又該如何調(diào)節(jié)？,解：,R,1,、,R,2,、,R,P1,和,C,共同構(gòu)成定時元件，因此調(diào)節(jié),R,P1,可調(diào)節(jié)音調(diào)高低。,欲提高音調(diào)，則應(yīng)減小,R,P1,，因此觸頭應(yīng)下移。,R,P2,調(diào)節(jié),R,P2,可控制,R,D,為 0 或 1，從而控制振蕩器工作與否，因此能控制揚聲器

16、鳴響與否。,調(diào)節(jié),R,P2,使觸頭左移至適當(dāng)位置，可使,R,D,=1，使揚聲器鳴響。,R,P1,GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01,本章小結(jié),施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是兩種常用的整形電路，,可將輸入的周期信號整形成符合要求的同周期矩形脈沖。,施密特觸發(fā)器具有回差特性，它有兩個穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，有兩個不同的觸發(fā)電平。,施密特觸發(fā)器,可將任意波形變換,成矩形脈沖，輸出脈沖寬度取決于輸入信號的波形和回差電壓的大小。,施密特觸發(fā)器還可用來進,行幅度鑒別、構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩,器等。實用中，常選用集成施密特觸發(fā)器,或 采用555 定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器。,本章小結(jié)施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是兩種常用的整形電路，可將,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個穩(wěn)定狀態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)。,其輸出脈沖的寬度只取決于電路本身,R,、,C,定,時元件的數(shù)值，與輸入信號沒有關(guān)系。,輸入信,號只起到觸發(fā)電路進入暫穩(wěn)態(tài)的作用。改變,R,、,C,定時元件的數(shù)值可調(diào)節(jié)輸出脈沖的寬度。,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,可將輸入的觸發(fā)脈沖變換,為,寬度和幅度都符合要求的矩形脈沖，,因此，常,用于脈沖的定時、整形和展寬等。,實用中，常選用集