1、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(shí)器,在數(shù)字系統(tǒng)中，矩形脈沖作為時(shí)鐘信號(hào)控制和協(xié)調(diào)著整個(gè)數(shù)字系統(tǒng)的工作，所以時(shí)鐘脈沖的好壞直接關(guān)系整個(gè)系統(tǒng)能否正常工作，實(shí)際矩形波信號(hào)如圖所示。其特征主要由以下幾個(gè)參數(shù)來(lái)表征。,8.1 概述,主要要求：,了解脈沖信號(hào)產(chǎn)生與整形的方法。,了解 555 定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)，掌握其符號(hào)和功能。,掌握用 555 定時(shí)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。,1、矩形波信號(hào)的參數(shù),Um脈沖幅度，脈沖電壓最大值。,tW脈

2、沖寬度，從脈沖前沿上升到0.5Um開(kāi)始 到脈沖后沿下降到0.5Um為止的一段時(shí)間。,tr上升時(shí)間，脈沖前沿從0.1Um上升到0.9Um所需的時(shí)間。,tf下降時(shí)間，脈沖后沿從0.9Um上升到0.1Um所需的時(shí)間。,T脈沖周期，在周期性脈沖序列中，兩個(gè)相鄰脈沖間的 時(shí)間間隔。,f脈沖頻率，單位時(shí)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。,理想的矩形脈沖波參數(shù)如下：tr=tf=0，tW、Um和T也是穩(wěn)定的。,實(shí)際的矩形脈沖波tr和tf都不等于0， tW、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

3、有的周期性信號(hào)，通過(guò)整形電路變換為所需的矩形波信號(hào)。,8.2 集成555定時(shí)器,8.2.1 概述,集成定時(shí)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(shū)上把它描述為：模擬電路與數(shù)字電路的的完美結(jié)合。,在其外部配接上少許阻容定時(shí)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(gè)CMOS比較器,一個(gè)基本RS觸發(fā)器,一個(gè)NMOS開(kāi)關(guān),1、電阻分壓器,2、電壓比較器,3、基本RS觸發(fā)器,4、CMOS開(kāi)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(shí)，/R=1。 當(dāng)/Q=0時(shí)，D2=1，D3=0，V截 止；

4、 當(dāng)/Q=1時(shí)，D2=0，D3=1，V導(dǎo)通。,8.2.3 工作原理,8.3 555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器（Schmitt Trigger）,UT+ = 2/3 VCC UT- = 1/3 VCC UT = UT+ - UT- = 1/3 VCC,例 試對(duì)應(yīng)輸入波形畫(huà)出下圖中輸出波形。,+12V,解：,UT+ = 2/3 VCC = 8 V,UT- = 1/3 VCC = 4 V,因此可畫(huà)出輸出波形為,電路構(gòu)成反相輸出的施密特觸發(fā)器,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),(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 VCC 經(jīng)

5、 R 向 C 充電，使 uC 上升。,該電路觸發(fā)信號(hào)為負(fù)脈沖，不加觸發(fā)信號(hào)時(shí)，uI = UIH (應(yīng) 1/3 VCC)。,工作原理,導(dǎo)通,2. 觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài),(二)工作原理、工作波形與參數(shù)估算,3. 自動(dòng)返回穩(wěn)定狀態(tài),(二)工作原理、工作波形與參數(shù)估算,2. 觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài),這時(shí) uI 必須已恢復(fù)為高電平,例 用上述單穩(wěn)態(tài)電路輸出定時(shí)時(shí)間為1 s 的正脈沖，R = 27 k，試確定定時(shí)元件 C 的取值。,(二)工作原理、工作波形與參數(shù)估算,輸出脈沖寬度 tW 即為暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)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 tWI 小于輸出脈寬 tWO 。,

6、解：,因?yàn)?tWO 1.1 RC,故 可取標(biāo)稱值 33 F。,估算公式 tWO 1.1 RC,8.5 555構(gòu)成的多諧振蕩器（ Astable Multivibrator ）,（一）電路結(jié)構(gòu),(二)工作原理、工作波形與周期估算,UOH,工作原理,(二)工作原理、工作波形與周期估算,UOL,工作原理,(二)工作原理、工作波形與周期估算,工作原理,(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。,周期與占空比估算,tWH 0.7 (R1 + R2)C tWL 0.7 R2C T = tWH + tWL 0.7 (R1 + 2R2)C,例 指出右圖中控

7、制揚(yáng)聲器鳴響與否和調(diào)節(jié)音調(diào)高低的分別是哪個(gè)電位器？若原來(lái)無(wú)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：,R1、R2、RP1 和 C 共同構(gòu)成定時(shí)元件，因此調(diào)節(jié) RP1 可調(diào)節(jié)音調(diào)高低。,欲提高音調(diào)，則應(yīng)減小 RP1 ，因此觸頭應(yīng)下移。,RP2,RP1,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(hào)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(gè)穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，有兩個(gè)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(hào)的波形和回差電壓的大小。施密特觸發(fā)器還可用來(lái)進(jìn) 行幅度鑒別、構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩 器等。

8、實(shí)用中，常選用集成施密特觸發(fā)器 或 采用555 定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器。,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)和一個(gè)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(shí)元件的數(shù)值，與輸入信號(hào)沒(méi)有關(guān)系。輸入信 號(hào)只起到觸發(fā)電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)的作用。改變 R、 C 定時(shí)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(shí)、整形和展寬等。,實(shí)用中，常選用集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 或 采用 555 定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。,在振蕩頻率穩(wěn)定度要求很高的情況下， 可采用石英晶體振蕩器。,多諧振蕩器沒(méi)有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。 暫穩(wěn)態(tài)間的相互轉(zhuǎn)換完全靠電路本身電容的充 電和放電自動(dòng)完成。因此，多諧振蕩器接通電 源后就能輸出周期性的矩形脈沖。改變 R、C 定時(shí)元件數(shù)值的大小，可調(diào)節(jié)振蕩頻率。,555 定時(shí)器是一種多用途的集成電路。只需外接 少量阻容元件便可構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài) 觸發(fā)器和多諧振蕩器等。此外，它還可組成其 它多種實(shí)用電路。由于 555 定時(shí)器使用方便、 靈活，有較強(qiáng)的負(fù)載能力和較高的觸發(fā)靈