清华大学阎石自控原理ppt第五章
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第十清华数字电子技术第五阎石课件
《数字电子技术基础》第五版
tw RlC n V V ( ( ) ) V V ( (0 t) )RlC n V V D D D V D T 0H RlC n 2
tre (3~5 )R (/r /D 1R O)C N(3~5 )R OC N tdtwtre 输出脉 V O 1 时 冲间 宽 V I2 ） 从 度 0 充 等 （ V 电 T的 H 于 至 时间
合IC） 一、电路结构
由电压比较器（C1,C2） 触发器
输出缓冲器（G3,G4） OC输出的三极管（TD） 组成
《数字电子技术基础》第五版
《数字电子技术基础》第五版
二、功能表（输出与输 V I 2 V O
0 XX0
TD
导通
1
2 3
V
CC
1 3 VCC
0
导通
1
2 3
波形和震荡频率。
《数字电子技术基础》第五版
《数字电子技术基础》第五版
(3)当 VI1 至 VTH , 又返回第一个暂稳态。
二、电压波形
《数字电子技术基础》第五版
脉冲宽度计算：
TW T1 T2 T1 : C放 电 ，V从TH VDD放 至VTH T2 : C充 电 ，V从TH VDD充 至VTH
tw
R
ClnV() V()
V(0) V(t)
10.4.3 环形振荡器 一、最简单的环形振荡器
间后自动返回稳态。 ③暂稳态维持的时间长短取决于电路内部参数。
10.3.1 用门电路组成的单稳态触发器 一、积分型 G1和G2为TTL门 1、原理分析
《数字电子技术基础》第五版
* 稳V 态 I 0 ,V O 下 1 ,( V O 1 V O ： )V H A , V O ； H *V I后V ， O0,进入暂 V O 1 稳 0,C 开 态始 ，放电； *当放 VA 至 VTH 后V ， O1,返回稳态； *VI 后， C重新充VO 电 H ,恢 至复初始态；
数电第五版(阎石)第五章课后习题及答案pptx
03
习题三答案ຫໍສະໝຸດ 习题三第1题答案1.1 逻辑函数的表示方法 1.1答案：逻辑函数有多种表示方法， 如真值表、逻辑表达式、波形图和卡
诺图等。
1.2 逻辑函数的化简方法
1.2答案：逻辑函数的化简方法包括代 数法、公式法和卡诺图法等。
1.3 逻辑函数的运算规则
1.3答案：逻辑函数的运算规则包括与、 或、非等基本运算，以及与或、与非、 或非等复合运算。
习题一第3题答案
总结词
卡诺图化简
答案
通过卡诺图化简，我们得到最简的逻 辑表达式为(F = A'B + A'C + BC)。
02
习题二答案
习题二第1题答案
总结词
逻辑函数的表示方法
详细描述
逻辑函数的表示方法有真值表、逻辑表达式、逻辑图和波形图等。这些表示方法各有特 点，可以根据具体需求选择使用。真值表可以清晰地表示输入和输出之间的逻辑关系； 逻辑表达式简化了函数表示，便于分析和计算；逻辑图能够直观地展示逻辑函数的结构
习题三第2题答案
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2.1 逻辑函数的化简步骤
在此添加您的文本16字
2.1答案：逻辑函数的化简步骤包括合并项、消去项和简 化表达式等。
在此添加您的文本16字
2.2 逻辑函数的化简技巧
在此添加您的文本16字
2.2答案：逻辑函数的化简技巧包括利用运算规则、消去 项和合并项等。
在此添加您的文本16字
和功能；波形图则可以反映函数在时间序列上的动态变化。
习题二第2题答案
总结词
逻辑函数的化简方法
详细描述
逻辑函数的化简方法有多种，包括公式化简法、卡诺 图化简法和布尔代数化简法等。公式化简法基于逻辑 代数的基本公式和规则，通过简化表达式得到最简结 果；卡诺图化简法利用卡诺图的性质，通过图形直观 地找出最小项的组合，从而得到最简逻辑函数表达式 ；布尔代数化简法则通过代数运算简化逻辑函数。这 些化简方法各有优缺点，应根据具体情况选择使用。
自动控制原理第五章3PPT课件
2. υ = 1
系统的伯德图：
L(ω)/dB
ω=1
20lgK
-20dB/dec
L(ω)=20lgK
ω0
0 1 ω1 ωc
ω
低频段的曲线与横
-40dB/dec
轴相交点的频率为ω0
因为
20lgK lgω0-lg1
=20
故
20lgK=20lgω0 K=ω0
第三节 用实验法确定系统传递函数
3. υ = 2
12
第三节 用实验法确定系统传递函数
例 已知采用积分控制液位系统的结构
和对数频率特性曲线,试求系统的传
递函数。
L(ω)/dB
20
1
4
0
-20dB/dec -20
φ(ω)
0
-90
-180
hr(t)
1
-S
K h(t) Ts+1
ω
-40dB/dec
ω
解: 将测得的对数 = 0.曲 近25线线S2+近: 11似.25成S+渐1)
φ(s)=
1 (S+1) (S/4+1)
2）若两个系统的幅频特性相同，则>0时，最小相
角系统的相角总小于非最小相角系统的相角。
3）对于最小相角系统，若其传递函数的分子和分母
的最高次数分别为m和n，则时，相频特性()
-(n-m)90°。非最小相角系统不满足此条件。
例：设两个传递函数分别为
1Ts
1Ts
G1(s) 1T1s , G2(s) 1T1s ,
一个稳定系统，若其传递函数在右半s平面无零 点，称为最小相角系统（最小相位系统）；否则， 称为非最小相角系统（非最小相位系统）。
自动控制原理及应用课件(第五章)
系统的相频特性 () G(j) 系统的频率特性 G( j) A()ej() G( j) ejG( j)
事实上，只要将系统传递函数中的s用j 代替，便可得到
系统的频率特性，即有 G( j) G(s )
s j
可见，系统频率特性和系统传递函数之间存在直接的内在联
式中，T=RC为电路的惯 性时间常数。
图5-1 RC电路
设输入为正弦电压信号 r(t) Aim sin(t)
对应的拉普拉斯变换为
R(s) Aim s2 2
则有
C(s) 1 Aim Ts 1 s2 2
进行拉普拉斯逆变换，可得输出量的时域表达式为
c(t)
AimT
(6) 频率特性一般适用于线性系统(元件)的分析，但也可推广到 某些非线性系统的分析。
5.1.3 频率特性的图形表示 常用的频率特性曲线有以下两种。
1．幅相频率特性曲线
幅相频率特性曲线以 为参变量，将幅频特性A( )和相频 特性( )表示在复数平面上，复平面上的模值表示幅频值，
幅角表示相频值，实轴正方向为相角零度线。
值如下：
当 =0时，
A()
1 1
1 2T 2
() arctanT 0
当 =∞时， A() 1 0
1 2T 2
() arctanT 90°
当 =1/T时，A() 1 1 0.707 () arctanT 45°
系。频率特性G(j )是传递函数G(s)的一种特殊形式，它和系
统的微分方程、传递函数一样都反映了系统的固有特性。
频率特性G(j )是 的复变函数，既可分解为幅频特性和相频
特性，也可分解为实频特性和虚频特性，即有
事实上，只要将系统传递函数中的s用j 代替，便可得到
系统的频率特性，即有 G( j) G(s )
s j
可见，系统频率特性和系统传递函数之间存在直接的内在联
式中，T=RC为电路的惯 性时间常数。
图5-1 RC电路
设输入为正弦电压信号 r(t) Aim sin(t)
对应的拉普拉斯变换为
R(s) Aim s2 2
则有
C(s) 1 Aim Ts 1 s2 2
进行拉普拉斯逆变换，可得输出量的时域表达式为
c(t)
AimT
(6) 频率特性一般适用于线性系统(元件)的分析，但也可推广到 某些非线性系统的分析。
5.1.3 频率特性的图形表示 常用的频率特性曲线有以下两种。
1．幅相频率特性曲线
幅相频率特性曲线以 为参变量，将幅频特性A( )和相频 特性( )表示在复数平面上，复平面上的模值表示幅频值，
幅角表示相频值，实轴正方向为相角零度线。
值如下：
当 =0时，
A()
1 1
1 2T 2
() arctanT 0
当 =∞时， A() 1 0
1 2T 2
() arctanT 90°
当 =1/T时，A() 1 1 0.707 () arctanT 45°
系。频率特性G(j )是传递函数G(s)的一种特殊形式，它和系
统的微分方程、传递函数一样都反映了系统的固有特性。
频率特性G(j )是 的复变函数，既可分解为幅频特性和相频
特性，也可分解为实频特性和虚频特性，即有
自动控制原理第五章PPT课件
s (1 0 .1 s)
s1 0 .1 s
比例环节
一阶微分环节
积分环节
惯性环节
.
23
非最小相位环节 ：开环零点、极点位于S平面右 半部分
➢ 比例环节：-K
➢ 惯性环节：1/(-Ts+1)，式中. T>0
24
最小相位系统与非最小相位系统
除比例环节外，非最小相位环节和与之对应的最小相位环节的区别在于开环零极点的 位置，非最小相位环节对应于s右半平面开环零点或极点，而最小相位环节对应于s左半 平面开环零点或极点。
• 对于不稳定系统则不可以通过试验方法来确定，因 为输出响应稳态分量中含有由系统传递函数的不稳
定极点产生的发散或震荡分量。
.
8
线性定常系统的传递函数为零初始条件下，输出与输入的拉氏变换之比
其反变换为
G(s)= C(s) R(s)
g(t) 1 jG(s)estds
2 j j 式中位于G(s)的收敛域。若系统稳定，则可取零，如果r(t)的傅氏变换 存在，可令s=j,则有
d () 是 关 于 的 奇 函 数 。
.
5
.
6
因而
1
G (j) c b 2 2 ( () ) d a 2 2 ( () ) 2 ,
G (j) a r c ta n b ()c () a ()d () a ()c () d ()b ()
G ( j )c a (( )) jjd b ( ( ) )G (j )ej G (j)
Tddut0u0ui
TRC
uo t
取拉氏变换并带入初始条件uo0
1
1 A
U o ( s ) T s 1 [ U i( s ) T u o 0 ] T s 1 [ s 2 2 T u o 0 ]
数字电子技术基础阎石主编第五版第五章 ppt课件
53
第五章
D
D Q Q1
CP
CP D
Q1
数字电子技术基础阎石主编第五版
54
第五章
D
D Q Q2
CP
CP D Q2
数字电子技术基础阎石主编第五版
55
第五章
5.6 触发器的逻辑功能及其描述方法
一、触发器按逻辑功能的分类
按 逻
SR触发器
辑
功
JK触发器
能
可
D触发器
分
为
T和T'触发器
数字电子技术基础阎石主编第五版
21
第五章
例5.2.1
11
11
00 11
00 11
0
00
0
11
11
00
00
11 111 1
0
0
数字电子技术基础阎石主编第五版
22
第五章
二、电平触发的触发器 （同步触发器）
1.电平触发SR触发器
数字电子技术基础阎石主编第五版
23
第五章
同步SR触发器的特性表
特性方程：
Q* S RQ SR 0
特性 方程
Q* S RQ
SR 0
数字电子技术基础阎C石L主K编下第五降版 沿到来时有效
31
第五章
例5.4.1
Q* S RQ SR 0
数字电子技术基础阎石主编第五版
32
第五章
2.主从JK触发器
Q* S RQ
SJQ RKQ JQ (KQ)Q
JQ K Q 主从JK触发器没有数字约电子束技术。基础阎石主编第C五L版K下降沿时有效 33
步置位、复位端的数作字电用子技。术基础阎石主编第五版
《自动控制原理教学课件》第5-1共41页文档
与微分方程及传递函数一样，频率特性也常 称为动态数学模型。
通信技术研究所
四、频率特性的三种图示法
1.极坐标图——Nyquist图（又叫幅相频率特性、
或奈奎斯特图简称奈氏图）
G(j)A()ej()
对于某一特定ω，总可以在复平面上找到一个 向量与G(jω)对应，该向量的长度为A(ω),与实轴 的夹角为φ( ω)。
频率特性 G(j)jej2
幅频特性 A()G(j)
相频特性 ()G(j)
2
对数幅频 L () 2 0 lg A () 2 0 lg
通信技术研究所
L()20lg
j
0
[G]
[20] 表示每10倍频程增加20dB 特征点： =1rad/s，L=0
通信技术研究所
四.惯性环节
传递函数
G(s) 1 Ts 1
频率特性 G(j) 1 =1ej(-2) j
幅频特性 A ( ) 1
相频特性 对数幅频
( )
2
L()20lg 120lg
7
通信技术研究所
L()20lg 120lg
j
0
[G]
[-20] 表示每10倍频程下降20dB 特征点： =1rad/s，L=0
通信技术研究所
三.微分环节
传递函数 G(s) s
3.相频宽 b ： () 2时 对 应 的 频 率
4.零频振幅比A（0）：ω＝0时输出输入振幅比
A( )
Am
A(0)
0.707 A(0)
b
0
b
2
通信技术研究所
3
三、频率特性说明 （1）适用于线性定常系统 （2）适用于稳定系统 （3）由表达式 ( j ) 可知，其包含了系统或元部 件的全部动态动态结构和参数。频率响应是一种 稳态响应，但动态过程的规律性必将寓于其中。
通信技术研究所
四、频率特性的三种图示法
1.极坐标图——Nyquist图（又叫幅相频率特性、
或奈奎斯特图简称奈氏图）
G(j)A()ej()
对于某一特定ω，总可以在复平面上找到一个 向量与G(jω)对应，该向量的长度为A(ω),与实轴 的夹角为φ( ω)。
频率特性 G(j)jej2
幅频特性 A()G(j)
相频特性 ()G(j)
2
对数幅频 L () 2 0 lg A () 2 0 lg
通信技术研究所
L()20lg
j
0
[G]
[20] 表示每10倍频程增加20dB 特征点： =1rad/s，L=0
通信技术研究所
四.惯性环节
传递函数
G(s) 1 Ts 1
频率特性 G(j) 1 =1ej(-2) j
幅频特性 A ( ) 1
相频特性 对数幅频
( )
2
L()20lg 120lg
7
通信技术研究所
L()20lg 120lg
j
0
[G]
[-20] 表示每10倍频程下降20dB 特征点： =1rad/s，L=0
通信技术研究所
三.微分环节
传递函数 G(s) s
3.相频宽 b ： () 2时 对 应 的 频 率
4.零频振幅比A（0）：ω＝0时输出输入振幅比
A( )
Am
A(0)
0.707 A(0)
b
0
b
2
通信技术研究所
3
三、频率特性说明 （1）适用于线性定常系统 （2）适用于稳定系统 （3）由表达式 ( j ) 可知，其包含了系统或元部 件的全部动态动态结构和参数。频率响应是一种 稳态响应，但动态过程的规律性必将寓于其中。
2017年清华大学《自动控制原理》ppt课件合集.pdf
1-1 自动控制的任务
下面通过具体例子来说明自动控制和自动控制系统的概念
控制器
气动阀门
流入
Q1浮子
水箱
H
流出Q2
水位自动控制系统
自动控制即没有人直接参与的控制，其基本任务是：在无人直接参与的情况下，只利用控制装置操纵被控对象，使被控制量等于给定值。
自动控制系统：指能够完成自动控制任务的设备，一般由控制装置和被控对象组成。
1-２自动控制的基本方式
炉温控制系统
飞机自动驾驶系统原理图
1-３对控制系统的性能要求
控制系统动态过程曲线
稳和快反映了系统动态过程性能的好坏。
既快又稳，表明系统的动态精度高。
总结：解析方法适用于简单、典型、常见的系统，而实验方法适用于复杂、非常见的系统。
实际上常常是把这两种方法结合起来建立数学模型更为有效。
北京航空航天大学
2-1控制系统微分方程的建立
2－2 非线性微分方程的线性化
2－3 传递函数(transfer function
⏹传递函数仅适用于线性定常系统，否则无法用
三、传递函数举例说明
四、典型环节。
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J K CLK
Q S 主 R Q’ 从
Q Q’
《数字电子技术基础》第五版
J Q S 主 R Q’ 从 Q
K
CLK
(1)若J 1, K 0则clk 1时， Q* 1, “主”保持 1 * Q 0，“主” 1
Q* 1，“主” 0 * Q 0，“主”保持 0
0 1
0 0
1 1
2.特性方程 : Q* D
3.状态转换图
4.符号
。。。。
《数字电子技术基础》第五版
逻辑功能： 是 Q * 与输入及 Q 在CLK作用后稳态之间的关系 （RS, JK, D, T）
电路结构形式： 具有不同的动作特点（转换状态的动态过程） （同步，主从，边沿）
《数字电子技术基础》第五版
《数字电子技术基础》第五版
5.6 触发器的逻辑功能及其描述方法
5.6.1 触发器按逻辑功能的分类 时钟控制的触发器中 由于输入方式不同（单端，双端输入）、次态（ Q * ）随输 入变化的规则不同
《数字电子技术基础》第五版
一、SR触发器 1. 定义，凡在时钟信号作用下，具有如下功能的触发器称为 SR触发器
2.特性方程 Q* S RQ SRQ SRQ S RQ SR S RQ S R Q Q* SR 0
0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1* 1*
《数字电子技术基础》第五版
S D RD Q Q *
两个或非门接成反馈， 引出输入端用来置 0， 1 0 0 1 1 定义： Q 1, Q 0为“1”状态 Q 0, Q 1为“ 0”状态 RD为置 0输入端， S D为置1输入端 2.根据工作原理得到真值 表
①
0
1 1 0 0 1 1
0
0 0 1 1 1 1
TG1通， TG2断 Q D , 接收新的输入 (3)clk TG3断， TG4 通 Q保持 , 反馈通路接通 直到下个 clk 后，输出才能变化。
《数字电子技术基础》第五版
( 5 )有异步置1，置0端
二、动作特点 Q * 变化发生在 clk的上升沿（或下降沿） ， Q * 仅取决于上升沿到达时 输入的状态，而与此前 、后的状态无关
5.7 触发器的动态特性
一、输入信号宽度
二、传输延迟时间 t PLH , t PHL
假设门传输延时时间为 t pd
一、建立时间 t SETUP 二、保持时间 t HOLD 三、传输延迟时间
《数字电子技术基础》第五版 假设门传输延时时间为 t pd
四、最高时钟频率
3.状态转换图
4.符号
《数字电子技术基础》第五版
二、JK触发器 1.定义
J K Q Q*
2.特性方程 : Q* JQ K Q
3.状态转换图
0 0 0 0
0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1
0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1
4.符号
1
1 1 0
《数字电子技术基础》第五版
《数字电子技术基础》第五版
5.3 电平触发的触发器
一、电路结构与工作原理
CLK S R Q Q *
0 0 X X X X 0 1 0 1
1
1 1 1 1 1 1 1
0
0 1 1 0 0 1 1
0
0 0 0 1 1 1 1
0
1 0 1 0 1 0 1
0
1 1 1 0 0 1* 1*
输入控制门 基本 RS触发器 只有触发信号 CLK到达， S和R才起作用。
5.1 概述
一、用于记忆1位二进制信号 1. 有两个能自行保持的状态 2. 根据输入信号可以置成0或1 二、分类 1. 按触发方式（电平，脉冲，边沿） 2. 按逻辑功能（RS, JK, D, T）
《数字电子技术基础》第五版
5.2 SR锁存器 一、电路结构与工作原理
《数字电子技术基础》第五版
1.工作原理
1. 主从 SR触发器 ( 1 )clk 1时，“主”按 S , R翻转，“从”保持 ( 2 )clk下降沿到达时，“主” 保持， “从”根据“主”的状 态翻转 所以每个 clk周期，输出状态只可能 改变一次
0
1
1 1
1 0
0
1*
1
1 1
1*
《数字电子技术基础》第五版
2. 主从 JK 触发器 为解除约束 即使出现 S R 1的情况下， Q * 也是确定的
0
0 1 0 1 0 1
0
1 1 0 0 0① 0①
S D和QD的“1”信号同时消失后， Q * 不定
所以正常工作下，应遵 循S D RD 0的约束条件。
《数字电子技术基础》第五版
二、动作特点 在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。
例：
S D 和RD 同时为0 Q , Q 同为1
Q 0时，只允许 J 1的信号进入主触发器 Q 1时，只允许 K 1的信号进入主触发器
《数字电子技术基础》第五版
《数字电子技术基础》第五版
5.5 边沿触发的触发器
为了提高可靠性，增强抗干扰能力， 希望触发器的次态仅取决于CLK的下降沿（或上升沿）到来 时的输入信号状态，与在此前、后输入的状态没有关系。
《数字电子技术基础》第五版
《数字电子技术基础》（第五版）教学课件
清华大学 阎石 王红
联系地址：清华大学 自动化系 邮政编码：100084 电子信箱：wang_hong@ 联系电话：(010)62792973
《数字电子技术基础》第五版
第五章
触发器
《数字电子技术基础》第五版
1
1
1
1
1
1
0
1
1*
1*
《数字电子技术基础》第五版
5.4 脉冲触发的触发器
一、电路结构与工作原理
提高可靠性，要求每个CLK 周期输出状态只能改变1次
《数字电子技术基础》第五版
CLK S R Q Q *
X X 0 0 1 1 0 X X 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0
Qn
0 1 1 1 0
(5) 列出真值表
CLK S R Q Q *
《数字电子技术基础》第五版
CLK J K Q Q *
X
X
X X
Q*
X
X 0 0 1 1 0 0 1 1
X X 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1
Q*
0
0 1 1 0 0 1 1
0 0
0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1
Q’
clk 后，“从” 1
( 2)若J 0, K 1则clk 1时， clk 后，“从” 0
(3)若J K 0则clk 1时， Q* 1 * Q 0 “主”保持 clk 后，“从”保持
( 4)若J K 1则clk 1时， 若Q* 1, 则“主”置 0 * 若Q 0, 则“主”置 1 clk 后，“从” (Q* )
TG1通， TG2断 Q D , Q 随着 D而变化 (1)clk 0时， TG3断， TG4 通 Q保持 , 反馈通路接通，自锁 TG 断， TG2 通 “主”保持此前的状态 D ( 2)clk 后， 1 TG3通， TG4断 Q Q , 反馈不通
2. 主从 SR，“主”为同步 SR，clk 1的全部时间 里输入信号对“主”都 起控制作用 但主从 JK在clk高电平期间，“主”只 可能翻转一次
在clk 1期间里输入发生变化时 ，要找出 clk 前Q最后的状态，决定 Q *。
J K CLK Q S 主 R Q’ 从 Q Q’
用CMOS传输门的边沿触发器 维持阻塞触发器 用门电路tpd的边沿触发器 ···
《数字电子技术基础》第五版
一、电路结构和工作原理
1、用两个电平触发D触发器组成的边沿触发器
《数字电子技术基础》第五版
利用CMOS传输门的边沿触发器
(4)列出真值表
CLK D Q Q *
X X X Q 0 1 X 0 X 1
三、T触发器
1. 定义：凡在时钟信号作用下，具有如下功能的触发器
T Q Q*
2.特性方程 : Q* TQ T Q
0 0
1 1
0 1
0 1
0 0
1 0
3.状态转换图
4.符号
《数字电子技术基础》第五版
四、D触发器
1. 定义：凡在时钟信号作用下，具有如下功能的触发器
D Q Q*
0 0
1 1
0 1
《数字电子技术基础》第五版
二、动作特点 在CLK=1的全部时间里， S和R的变化都将引起输出状态的变化。
《数字电子技术基础》第五版
在CLK 1期间， Q和Q可能随 S、R变化多次翻转
《数字电子技术基础》第五版
D触发器
CLK S R Q Q *
0 0 1 1 1 1 1 1 X X 0 0 1 1 0 0 X X 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0
0
1 1 1 0 0 1* 1*
0 1 1 1 0 0 1 0
J K CLK
Q S 主 R Q’ 从
Q Q’
二、脉冲触发方式的动作特点
1. 分两步动作：
《数字电子技术基础》第五版
第一步 clk 1时，“主”接收信号， “从”保持 第二步 clk 到达后，“从”按“主 ”状态翻转 输出状态只能改变一次