數(shù)字電路脈沖波形的產(chǎn)生與變化ppt課件

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8.1 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,8.2 施密特觸發(fā)器,8.3 多諧振蕩器,8.4 555定時(shí)器及其應(yīng)用,8 脈沖波形的變換與產(chǎn)生,1,4、掌握由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器的電路、工作原理及參數(shù)指標(biāo)的計(jì)算。,1、正確理解單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器和多諧振蕩器的電路組成及工作原理。,2、掌握單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器和多諧振蕩器的邏輯功能及主要指標(biāo)計(jì)算。,3、掌握555定時(shí)器的工作原理。,本章要求：,2,① 電路在沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)作用時(shí)處于一種穩(wěn)定狀態(tài)。,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特點(diǎn)：,② 在外來(lái)觸發(fā)信號(hào)作用下，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài);,③ 由于電路中RC延時(shí)環(huán)節(jié)的作用，電路的暫穩(wěn)態(tài)在維持一段時(shí)間后，會(huì)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間僅取決于RC參數(shù)值。,8.1 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被廣泛用于脈沖的變換、延時(shí)和定時(shí)等場(chǎng)合。,3,門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,MSI集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,,不可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,用555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,按電路形式不同,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的分類,,,按工作特點(diǎn)分類,4,8.2.1 門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,1. 電路結(jié)構(gòu),CMOS或非門和非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,,5,電路處于一種穩(wěn)態(tài),0,0,1,1,設(shè)定CMOS反相器的閾值電壓,2. 工作原理,6,2)外加觸發(fā)信號(hào),,電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài),,,,,,0,t,0,t,t,t,0,,VDD,t1,0,vI,,,vI2,,vO1,,,,,,vO,,,,VDD,,0,1,0,1,7,3)電容充電,電路由暫穩(wěn)態(tài)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài),,,,,,,,,,,0,t,,0,t,t,t,0,,VDD,t1,0,vI,,,vI2,,vO1,,,,,,vO,Vth,,,,,,,,t2,,,,電容充電,,VDD +Vth,8,,tw≈0.7RC,（1） 輸出脈沖寬度tw,3、 主要參數(shù)的計(jì)算,,vC(0+) = 0；vC(?) =VDD ? = RC；vC(t) = Vth = VDD /2,9,(2) 恢復(fù)時(shí)間tre,tre 3~5?,(3) 最高工作頻率 fmax,,,10,CMOS與非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,穩(wěn)態(tài)為1,11,4. 討論,1) 在暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束瞬間，門G2的輸入電壓?R達(dá)到VDD+Vth，可能損壞G2門，怎么辦？,,2) 用TTL門電阻R的取值可以是任意的嗎？,3) 當(dāng)輸入脈沖寬度大于輸出脈沖寬度時(shí)，則在vO變?yōu)榈碗娖胶?，G1沒(méi)有響應(yīng)，不能形成正反饋，使得vO輸出沿變緩，怎么辦？,12,8.1.2 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,,不可重復(fù)觸發(fā),可重復(fù)觸發(fā),被重復(fù)觸發(fā),13,不可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74121,,,,觸發(fā)信號(hào)控制電路,微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,輸出緩沖電路,14,,,,74121功能表,,74121引腳圖,15,74121引腳圖,使用內(nèi)部電阻 的電路連接,使用外部電阻 的電路連接,輸出脈沖寬度： tw≈0.7RC,16,8.1.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用,1. 定時(shí),該電路可用于頻率計(jì),,17,,2. 延時(shí),18,3. 組成噪聲消除電路,單穩(wěn)觸發(fā)器的輸出脈寬應(yīng)大于噪聲寬度而小于信號(hào)脈寬，才可消除噪聲。,如用?I作為計(jì)數(shù)器觸發(fā)脈沖，干擾信號(hào)會(huì)造成計(jì)數(shù)錯(cuò)誤。,,,vO,,,,,,,19,8.2 施密特觸發(fā)器,① 施密特觸發(fā)器屬于電平觸發(fā)器件，當(dāng)輸入信號(hào)達(dá)到某一定電壓值時(shí)，輸出電壓會(huì)發(fā)生突變。,② 電路有兩個(gè)閾值電壓。 輸入信號(hào)增加和減少時(shí)，電路的閾值電壓分別是正向閾值電壓（VT+）和負(fù)向閾值電壓（VT-） 。,同相輸出施密特觸發(fā)器,反相輸出施密特觸發(fā)器,,施密特觸發(fā)器的工作特點(diǎn)：,20,1、電路組成,2、工作原理,8.2.1 用CMOS門電路組成的施密特觸發(fā)器,21,(1) ?I上升, ? I1 也上升,vI = 0V ，vI1 = 0V，vO = 0V,正向閾值電壓 (VT+): ?I 在增加過(guò)程中，使輸出電壓產(chǎn)生跳變時(shí)所對(duì)應(yīng)的?I的值。,(2)當(dāng) υI1 = VTH:,,,,vO = VOH,,22,,(3) ?I繼續(xù)上升，? I1＞VTH ，電路維持 vO = VOH 不變,,,,,(4)υI下降, ? I1 也下降，只要? I1＞VTH ，則保持 vO = VOH,(5)當(dāng) υI1 = VTH:,,,,vO = VOL,,負(fù)向閾值電壓 (VT-): ?I 在減小過(guò)程中，使輸出電壓產(chǎn)生跳變時(shí)所對(duì)應(yīng)的?I的值。,回差電壓,23,,24,8.2.2 集成施密特觸發(fā)器,,25,8.2.3 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用,1. 波形變換,,,,,,,,,,,,,,,,26,2. 波形的整形,,,,,27,?o,υI,3. 幅度鑒別,28,多諧振蕩器在接通電源后，就能產(chǎn)生一定頻率和一定幅值的矩形波的自激振蕩器。,開關(guān)器件：產(chǎn)生高、低電平,反饋延遲環(huán)節(jié)（ RC電路）：利用RC電路的充放電特性實(shí)現(xiàn)延時(shí)，輸出電壓經(jīng)延時(shí)后，反饋到開關(guān)器件輸入端，改變電路的輸出狀態(tài)，以獲得所脈沖波形輸出。,8.3 多諧振蕩器,29,,8.3.1 由CMOS門電路組成的多諧振蕩器,1. 電路組成,vo = 0, vo1 = 1 時(shí),電容充電, vI增加,vo = 1, vo1 = 0時(shí),電容放電, vI下降,vo1與vo反相，電容接在vo與vI之間,,,30,2. 工作原理,假定,（1）第一暫穩(wěn)態(tài)（vo = 0, vc = 0）,,電路自動(dòng)翻轉(zhuǎn)到第二暫穩(wěn)態(tài),,,電容充電,當(dāng)vI = vTH,,,迅速使vo1 = 0, vo = 1,0,t,vI,,,,,0,t,vO,,,,VDD,,,,VTH,,VDD +ΔV+,t1,31,（2）第二暫穩(wěn)態(tài) (vo = 1, vc = VTH),電容放電,,,,,,當(dāng)vI = vTH,電路自動(dòng)返回第一暫穩(wěn)態(tài),,,迅速使vo1 = 1, vo = 0,,,,,t1,,t2,-ΔV-,vI,32,,由門電路組成的多諧振蕩器的振蕩周期T取決于R、C電路和 VTH，頻率穩(wěn)定性較差。,3. 振蕩周期的計(jì)算,T1 :,vI(0+) = 0；vI(?) =VDD ； ? =RC, VTH = VDD /2,vI(0+) ≈ VDD；vI(?) = 0； ? =RC, VTH = VDD /2,T2 :,33,用施密特觸發(fā)器構(gòu)成多諧振蕩器,,,,,,,34,8.4 555定時(shí)器及其應(yīng)用,8.4.1 555定時(shí)器,8.4.2 用555定時(shí)器組成施密特觸發(fā)器,8.4.3 用555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,8.4.4 用555定時(shí)器組成多諧振蕩器,35,,,,8.4 555定時(shí)器及其應(yīng)用,,電阻分壓器,電壓比較器,基本SR鎖存器,輸出緩沖反相器,放電三極管,1、電路結(jié)構(gòu),8.4.1 555定時(shí)器,36,1、電路結(jié)構(gòu),1—GND 接地端,3—vo 輸出端,5—vIC 控制電壓端,6—vI1 閾值輸入端,7—v’o放電端,8—VCC 電源端,37,2、工作原理,不變,不變,導(dǎo)通,0,截止,1,導(dǎo)通,0,0,×,×,放電管T,輸出(vO),復(fù)位(RD),觸發(fā)輸入(vI2),閾值輸入(vI1),輸 出,輸 入,,,,,,,,,,,,,,,38,8.4.2 用555定時(shí)器組成施密特觸發(fā)器,,,,,39,工作原理,,,,40,8.4.3 用555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,41,1,0,放電,1,0,1,1,1,0,充電,0,電路處于穩(wěn)態(tài)，輸出為0;,42,③觸發(fā)信號(hào)消除后，,電路轉(zhuǎn)換到暫態(tài)，輸出為1,0,1,1,0,1,充電,0,0,1,0,電容充電電路自動(dòng)轉(zhuǎn)換到穩(wěn)態(tài)輸出為0,43,tw=RC1n3≈1.1RC,工作波形及輸出脈寬的計(jì)算,,vC(0+) = 0；vC(?) =VCC ； ? =RC, vC(t) = 2VCC /3,44,8.4.4 用555定時(shí)器組成多諧振蕩器,1）電路第一暫態(tài)， 輸出為1。,2）電路第二暫穩(wěn)態(tài),電容充電，電路轉(zhuǎn)換到第二暫態(tài),輸出為0。,電容放電，電路轉(zhuǎn)換到第一暫態(tài),45,工作波形與振蕩頻率計(jì)算,tPL=R2C1n2≈0.7R2C,tpH = (R1+R2)C1n2≈0.7(R1+R2)C,,,tpL : vC(0+) = 2VCC /3 ；vC(?) =VCC ； ? =R2C, vC(t) = VCC /3,tpH : vC(0+) = VCC /3 ；vC(?) =VCC ； ? =(R1+R2)C, vC(t) =2VCC /3,46,用555定時(shí)器組成占空比可的調(diào)多諧振蕩器,tPL=RBC1n2≈0.7RBC,tpH = RAC1n2≈0.7RAC,,,,47,