2026/1/309脈沖的產生和整形電路脈沖整形——施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。脈沖產生——多諧振蕩器和石英晶體振蕩器。9.1施密特觸發(fā)器9.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.3多諧振蕩器和石英晶體振蕩器

9.4555定時器及其應用2026/1/309.1施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器概念:輸入信號由低到高與由高到低變化過程中，電路狀態(tài)翻轉對應的輸入電平不同。

V=VT+-VT-電路狀態(tài)改變時，是正反饋，使波形邊沿很陡。具有較強抗干擾能力和整形作用。符號：輸入和輸出為反向關系的施密特觸發(fā)器為反向施密特觸發(fā)器，輸入和輸出為同向關系的施密特觸發(fā)器為同向施密特觸發(fā)器。2026/1/30下圖是用兩個CMOS非門和電阻構成的門級施密特觸發(fā)器。門只有一個閾值，該電路構成了有兩個閾值的施密特觸發(fā)器通過分析該電路理解施密特觸發(fā)器特性：電路結構也有反饋；反饋回路有電阻。2026/1/30上限閥值電壓:UT+=（1+R1/R2）UTUT+UT-

t

tuOuI(b)波形圖假設UT≈VDD/2，且R1<R22026/1/30UT+UT-

t

tuOuI(b)波形圖假設UT≈VDD/2，且R1<R2下限閥值電壓:UT-=（1-R1/R2）UT電路回差電壓:ΔU=UT+-UT-=2UTR1/R22026/1/30UT+UT-

t

tuOuI(b)波形圖改變R1和R2就可調節(jié)回差電壓

U的大小。

11uIuouo’R1R2G1G2uI’(a)電路電路構成了同相施密特觸發(fā)器：上限閥值電壓:UT+=（1+R1/R2）UT下限閥值電壓:UT-=（1-R1/R2）UT電路回差電壓:ΔU=UT+-UT-=2UTR1/R20OvIvOHVOLV+TV-TVUT≈VDD/2，且R1<R22026/1/30實驗驗證波形：2026/1/30（1）輸出為數(shù)字信號，有兩種穩(wěn)定狀態(tài)，且邊沿很陡；

（3）輸入可以為模擬信號；（2）對于正向和負向增長的輸入信號，電路有不同的閾值電平，上限閾值電壓VT+和下限閾值電壓VT-?；夭铍妷?/p>

V施密特觸發(fā)器特點

0OvIvOHVOLV?TV?TV（4）電壓傳輸特性為：(注意：符號有圈即反相斯密特觸發(fā)器）2026/1/309.1.1集成施密特觸發(fā)器

TTL集成施密特觸發(fā)器有：74LS14，74132，7413等。延遲、功耗、回差電壓如下表：型號Tpd（ns）Pw（mW）△UT（V）74141525.50.874LS132158.80.8741316.58.750.8表9.1.1TTL集成施密特觸發(fā)器CMOS集成施密特觸發(fā)器有：CD40106，CD4093和CD4584等。

74HC04數(shù)據手冊功能框圖(六反相施密特觸發(fā)器)2026/1/30注意波形中低電平的高低？？傳承？查資料與門電路器件低電平輸出低電平參數(shù)比較

脈沖整形t脈沖整形波形圖tttuIuOuIuOUT+UT-UT+UT-9.1.2施密特觸發(fā)器

應用舉例2026/1/30

波形變換9.1.2施密特觸發(fā)器

應用舉例2026/1/30

脈沖鑒幅tt00OvtvV6T??VV2T??V

構成多諧振蕩器uIuO鑒幅電路UT+UT–施密特觸發(fā)器

應用舉例用斯密特觸發(fā)器使微處理器可靠復位2026/1/30除基本RS鎖存器消抖外，斯密特觸發(fā)器也可以2026/1/302026/1/309.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在觸發(fā)脈沖的作用下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器從穩(wěn)態(tài)翻轉到暫穩(wěn)態(tài)，輸出端產生一個寬度為tw的矩形脈沖，經過時間tw后又自動翻回穩(wěn)態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器通常由門電路和RC電路元件組成。暫穩(wěn)態(tài)的時間tw取決于電路RC的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度無關。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器常用于數(shù)字系統(tǒng)的整形、延時和定時電路中。2026/1/30用TTL門構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，理解特性微分型單穩(wěn)態(tài)電路的組成。電路結構有反饋，有RC。

G1的輸出經微分電路RC接到G2的輸入端，G2輸出接到G1的輸入端。

應選R<Roff(1kΩ)。

&&CuO1uO2uIR(a)電路圖微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器功能分析：穩(wěn)態(tài)：

Q

=0，=11.微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器*電路：由CMOS門電路和RC微分電路構成。2.積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器暫穩(wěn)態(tài)：uI低觸發(fā)有效，Q=12026/1/30用門構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器暫穩(wěn)態(tài)：G1門的輸出UOH經C和R到地的方向給電容充電，uI2按指數(shù)曲線下降，當uI2下降到閾值電壓UT，暫穩(wěn)態(tài)結束。暫穩(wěn)態(tài)結束后，Q

=0電容兩端電壓不能突變之后，電容經由G1門內飽和晶體管以較大的電流放電，R支路構成放電回路的一部分&&CuO1uO2uIR(a)電路圖圖6.3.1微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器*電路：由CMOS門電路和RC微分電路構成。2.積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2026/1/30用門構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實驗波形暫穩(wěn)態(tài)：G1門的輸出高電平UOH經電容C和電阻R到地的方向給電容充電，uI2按指數(shù)曲線下降，當uI2下降到閾值電壓UT暫穩(wěn)態(tài)結束后，Q

=0電容兩端不能突變=0V，uI2=-UC（電容上電壓左正右負）。之后，電容經由G1門內飽和晶體管以較大的電流放電，R支路構成放電回路的一部分&&CuO1uO2uIR(a)電路圖圖6.3.1微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2026/1/30用門構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實驗波形暫穩(wěn)態(tài)：G1門的輸出高電平UOH經電容C和電阻R到地的方向給電容充電，uI2按指數(shù)曲線下降，當uI2下降到閾值電壓UT暫穩(wěn)態(tài)結束后，Q

=0電容兩端不能突變=0V之后，電容經由G1門內飽和晶體管以較大的電流放電，R支路構成放電回路的一部分&&CuO1uO2uIR(a)電路圖圖6.3.1微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2026/1/309.2.1集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

TTL系列的有74121、74122、74123等；CMOS系列的有4098、4528、4538等。應用外接很少的電阻和電容。2026/1/30通常值取在2kΩ~30kΩ。值取在10~10μF之間，得到的

范圍可達14μs~210ms。DM74121:30ns~28s另外，74121內部2kΩ電阻

可代替

。74121功能表1.TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（74121）74121連接圖和另一種符號圖來自器件手冊中的，內部集成了2kΩ電阻2026/1/302026/1/30

74121兩種不同接法（注意這是實驗連線圖，原理圖不能這么畫）正脈沖觸發(fā)負脈沖觸發(fā)集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器外接電路使用內部電阻使用外部電阻2026/1/3074121波形圖4538是CMOS精密單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器?？傻玫礁呔鹊妮敵雒}沖寬度。

ABCR2026/1/309.2.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用舉例1脈沖的整形圖9.3.9脈沖整形uIuOVCCBQ

A1

A2uOcxCx/RXu12026/1/30單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應用

2.用于定時(或延時、脈沖拓寬)——構成測頻門控信號L集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器補充內容一、非重復觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121非重復觸發(fā)—只能在穩(wěn)態(tài)接受輸入信號。1.圖形符號

1>1

&TR–ATR–BTR+RintCextRICXRX/CXRext

/

Cext

下降沿觸發(fā)輸入上升沿觸發(fā)輸入非重復觸發(fā)外接定時電阻、電容VCC內接定時電阻引出端二、可重復觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74122和74123可重復觸發(fā)—在暫穩(wěn)態(tài)期間,能夠接受新的觸發(fā)信號。1.圖形符號1TR–ATR–BTR+ARintCextRINtCextRext/CextRext

/

Cext

&RTR+BRD直接復位可重復觸發(fā)twtwtw思考下圖74121功能表表頭正確與否？來自器件手冊的變量標注問題？（此表頭是用器件引腳端表示的，表頭的A1A2B是指該引腳輸入信息，表中內容與教材中用變量表示輸入信息是一致的，不能將A1和A2求非作為輸入）2026/1/30課堂練習：2006年試題八、（10分）74LS123是雙可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。它的功能表、符號和按鍵電路如本題表和圖所示(t=0.45RC)。試用74LS123設計(1)脈沖發(fā)生電路，要求每按下一次按鍵(不考慮按鍵抖動)，電路發(fā)出一個脈沖寬度為2ms的脈沖；(按鍵有效性?)(2)要求每按下一次按鍵，電路立刻發(fā)出一個脈沖寬度為2ms的單脈沖，但按鍵抖動或2s以內重復按下按鍵不能發(fā)出多個脈沖。（即按鍵抖動不能影響2ms和2s時間）2026/1/30課堂練習：2006年試題八、（10分）74LS123是雙可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。它的功能表、符號和按鍵電路如本題表和圖所示(t=0.45RC)。試用74LS123設計(1)脈沖發(fā)生電路，要求每按下一次按鍵(不考慮按鍵抖動)，電路發(fā)出一個脈沖寬度為2ms的脈沖；(按鍵有效性?)(2)要求每按下一次按鍵，電路立刻發(fā)出一個脈沖寬度為2ms的單脈沖，但按鍵抖動或2s以內重復按下按鍵不能發(fā)出多個脈沖。（即按鍵抖動不能影響2ms和2s時間）2026/1/30分析該方案是否有問題？

下面的Q端輸出2s信號，該信號是否受按鍵抖動而延長了？2026/1/30課堂練習：2006年試題八、（10分）74LS123是雙可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。它的功能表、符號和按鍵電路如本題表和圖所示(t=0.45RC)。試用74LS123設計(1)脈沖發(fā)生電路，要求每按下一次按鍵(不考慮按鍵抖動)，電路發(fā)出一個脈沖寬度為2ms的脈沖；(按鍵有效性?)(2)要求每按下一次按鍵，電路立刻發(fā)出一個脈沖寬度為2ms的單脈沖，但按鍵抖動或2s以內重復按下按鍵不能發(fā)出多個脈沖。（即按鍵抖動不能影響2ms和2s時間）2026/1/30圖4為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121構成的電路，表1為其功能表，ui為觸發(fā)信號。已知74121的暫穩(wěn)態(tài)脈寬等于0.7RC。（1）根據功能表和電路圖，ui應是上沿還是下沿觸發(fā)有效？（1分）（2）設R1=R2=30kΩ，C1=C2=0.1μF，計算暫穩(wěn)態(tài)脈寬，并畫出在ui觸發(fā)下uo1和uo2的波形（包含ui觸發(fā)前uo1和uo2的狀態(tài)）。（3分）（3）簡述電路的工作原理，并說明其功能。（2分）2026/1/302026/1/30作業(yè)19.29.49.19.59.72026/1/309.3

多諧振蕩器

多諧振蕩器是一種無穩(wěn)態(tài)電路，它在接通電源以后，不需外加觸發(fā)信號，就能自動地不斷來回翻轉，產生矩形脈沖。由于輸出的矩形波中含有很多諧波分量，故通常將它稱為多諧振蕩器，又稱方波發(fā)生器。9.3.1門電路構成的多諧振蕩器9.3.2石英晶體多諧振蕩器2026/1/309.3.1集成門電路構成的多諧振蕩器圖9.3.1表示用三個集成非門構成的方波發(fā)生器。這些門組成一個環(huán)形，所以稱為環(huán)形振蕩器。它是利用門電路的時延tpd來產生方波振蕩的。1圖9.3.1環(huán)型振蕩器11uOuI圖9.3.2環(huán)行單穩(wěn)態(tài)的波形uIuOuFtpd2tpd2026/1/309.3.2石英晶體多諧振蕩器1.石英晶體的基本特性石英晶體的符號如圖9.4.4所示。頻率穩(wěn)定性能達到10-5~10-8，高質量石英晶體振蕩器，頻率穩(wěn)定性可達10-11。QR圖9.3.4石英晶體的電路符號2.CMOS石英晶體多諧振蕩電路

圖9.3.5所示為微處理器的方波發(fā)生器簡化電路，其中虛線以上部分制作在集成電路內，而石英諧振器QR及C1、C2為外接分立元件。在有些集成電路中，C2也做在芯片內。G1RQRC1C21uO圖9.3.5石英晶體多諧振蕩器

有源晶振和無源晶振所謂無源晶振（crystal，即僅有晶體）是指其內部無振蕩電路。有源晶振（oscillator，振蕩器，簡稱為晶振）內部除了石英晶體外，還有晶體管和阻容元件，是一個完整的振蕩器，因此體積較大。2026/1/30圖中所示的電路將以所選晶體所規(guī)定的頻率振蕩。2026/1/30MCS-51單片機的時鐘電路

2026/1/30EGO1電路圖

EGO1有100MHz時鐘芯片，輸出的時鐘信號直接與FPGA全局時鐘輸入引腳（P17）相連。若設計中還需要其他頻率的時鐘，可以采用FPGA內部的MMCM生成。2026/1/302026/1/30構成秒脈沖發(fā)生器CMOS石英晶體多諧振蕩器產生f=32768Hz的基準信號，經T/觸發(fā)器構成的15級異步計數(shù)器分頻后，便可得到穩(wěn)定度極高的秒信號。這種秒脈沖發(fā)生器可做為各種計時系統(tǒng)的基準信號源。2026/1/309.5555定時器及其應用

555定時器是一種中規(guī)模集成電路，目前在儀器、儀表和自動化控制裝置中應用很廣。它可組成定時、延時和脈沖調制等各種電路。本節(jié)先簡單介紹該定時器內部電路原理和參數(shù)，然后著重介紹由它組成的施密特電路、單穩(wěn)態(tài)電路和多諧振蕩電路。9.5.1555定時器

9.5.2555構成的施密特觸發(fā)器9.5.3555構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.5.4555構成的多諧振蕩器2026/1/309.5.1555定時器圖9.5.1NE555集成定時器1+–OUT5627VCCTHC-UDIS3＆＆＆1+–GNDOUT

C-UTHDIS

VCC2026/1/30表9.5.1555功能表不變×THOUT×DISLL導通

HL導通

H不變×HH截止1+–OUT5627VCCTHC-UDIS3＆＆＆1+–當2個觸發(fā)信號高于其域值電壓，基本RS觸發(fā)器清0，輸出為0；當觸發(fā)端處于功能表第三行，RS觸發(fā)端均無效，輸出不變；當同相端觸發(fā)信號低于其域值電壓，基本RS觸發(fā)器置1，輸出為1。2026/1/309.5.2用555構成的施密特觸發(fā)器

VDDRDTHOUTTRC-UuOVDDuI圖9.5.2555構成的施密特電路ttuIuOVDD圖9.5.3三角波變換矩形波電路uOuIUTLUTH圖9.5.4回差特性

UT+=UT=2VDD/3

UT–=UTL=VDD/3

UT=VDD/32026/1/309.5.3用555構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖9.5.5555構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及工作波形(a)電路圖VDDRDTHTRDISC-UOUTVDDGNDuOuICR(b)工作波形VDD/32VDD/3tw充電放電uIuCuOt圖9.5.5555構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及工作波形tttw=1.1RC2026/1/309.5.4用555構成的多諧振蕩器圖9.5.6555定時器構成的多諧振蕩器及工作波形（a）電路圖

VDDRDDISOUTTR555THC-UGND

R1R2CuCuOVDD（b）波形圖ttt1t2t3t4T1T2uCuO圖9.5.7555定時器構成的多諧振蕩器及工作波形2026/1/30充電時間T1為：

T1=(R1+R2)Cln2=0.693(R1+R2)C(6.5.3)放電時間T2為:

T2=R2Cln2=0.693R2C(6.5.4)頻率f為:

f=1/(T1+T2)=1.44/(R1+2R2)C(6.5.5)占空比為:

q=T1/T=T1/(T1+T2)=(R1+R2)/(R1+2R2)>50%(6.5.6)如果R1>>R2，則占空比接近于1，此時，uC近似地為鋸齒波。2026/1/30占空比可調的多諧振蕩器占空比可調的多諧振蕩器如圖9.5.7所示。圖中，T1=0.693RAC，T2=0.693RBC，因此輸出脈沖占空比q=T1/(T1+T2)=RA/(RA+RB)

0.01μFVCCRDDISTHTRuOOUTC-UGNDRARBCD2D1555VCC圖9.5.7占空比可調的多諧振蕩器2026/1/30

思考題555應用如圖所示是一個由555定時器構成的防盜報警電路，a、b兩端被一細銅絲接通，此銅絲置于盜竊者必經之路，當盜竊者闖入室內將銅絲碰斷后，揚聲器即發(fā)出報警聲。說明本報警電路的工作原理。2026/1/30

CircuitforMissing-PulseDetector

（來源NE555手冊）ui為連續(xù)脈沖輸入端，信號周期比該單穩(wěn)電路的脈寬窄A5T3644外部放電管，只要input不丟失脈沖，電容上電壓就達不到2VCC/3，不會輸出低電平

CircuitforPulse-WidthModulation（來源NE555手冊）2026/1/302026/1/30[例7.7.3]試用精密單穩(wěn)電路4538、定時器555、計數(shù)器74290、BCD-七段譯碼器7447和七段數(shù)碼管等元器件設計一個簡易數(shù)字電容測量儀，要求測量范圍0~99nF。[解]

⑴分析設計要求①

利用精密單穩(wěn)電路4538，把待測電容C值轉換為tW，若取電阻R為100k

，則有tW=RC=0.1Cs(μF)在采樣間隔tW時間內，計數(shù)器對已知頻率脈沖信號進行計數(shù)，若選fcp=10kHz，計數(shù)器計數(shù)結果將是N=fcptW=C/nF根據以上分析，可以畫出電路原理框圖如圖7.7.5所示綜合練習⑵

本題各框內均是已學過的邏輯電路，這里不再詳細討論。⑶

略2026/1/30圖7.7.5