实验一门电路逻辑功能及测试

实验六脉冲波形的产生与变换

一、实验目的

1．学习利用集成逻辑门、555定时器设计脉冲信号产生电路。

2．掌握影响脉冲波形参数的定时元件参数的计算方法。

3．学习脉冲波形整形和分频方法。

二、实验用元器件

555定时器×1

CD4060计数器×1

CD4017计数译码器×1

电阻：10MΩ、10kΩ×2

电位器：100kΩ×1

电容器：20pF×2，0.01μF×1，22μF×1

晶体振荡器：32.768k×1

1．555集成定时器

555集成定时器是模拟功能和数字逻辑功能相结合的一种双极型中规模集成器件。外加电阻、电容可以组成性能稳定而精确的多谐振荡器、单稳电路、施密特触发器等。

TTL集成定时器555定时器的外引线排列图和内部原理框图如图6-1、6-2所示。它是由上、下两个电压比较器、三个5kΩ电阻、一个RS触发器、一个放电三极管 T以及功率输出级组成。比较器 C1的同相输入端⑤接到由三个5 kΩ电阻组成的分压网络的2/3Vcc处，反相输入端⑥为阀值电压输入端。比较器C2的反相输入端接到分压电阻网络的1/3Vcc处，同相输入端②为触发电压输入端，用来启动电路。两个比较器的输出端控制RS触发器。RS触发器设置有复位端R④，当复位端处干低电平时，输出③为低电平。控制电压端⑤是比较器C1的基准电压端，通过外接元件或电压源可改变控制端的电压值，即可改变比较器C1、C2的参考电压。不用时可将它与地之间接一个O．01μF的电容，以防止干扰电压引入。555的电源电压范围是+4.5～+18V，输出电流可达100～200mA，能直接驱动小型电机、继电器和低阻

抗扬声器。CMOS集成定时器CC7555的功能和TTL集成定时电路完全一样，但驱动能力小一些，内部结构也不同，555定时器的功能表见表6-1。

图 6-1 555电路引脚图图6-2 TTL电路555电路结构

表6-1 555芯片功能表

2．555定时器的应用

①单稳态电路

单稳态电路的组成和波形如图6-3所示。当电源接通后，Vcc通过电阻R向电容C充电，

待电容上电压Vc上升到2/3Vcc时，RS触发器置0，即输出Vo=0，同时电容C通过三极管T

放电，RS触发器输入变位1、1，输出保持不变。当触发端②的外接输入信号电压Vi＜1/3Vcc

时，RS 触发器置1,即输出Vo=1，同时，三极管T 截止。电源Vcc 再次通过R 向C 充电。输出电压维持高电平的时间取决于RC 的充电时间，待电容上电压Vc 上升到2/3Vcc 时，RS 触发器置0，即输出Vo=0，当t=t W 时，电容上的充电电压为；

CC RC t CC

C V e V v w 32

1=⎪⎪⎭

⎫ ⎝

⎛

-=- 所以输出电压的脉宽 t W =RCln3≈1.1RC 一般R 取1k Ω～10M Ω，C ＞1000pF 。

值得注意的是：t 的重复周期必须大于t W ，才能保证每一个负脉冲起作用。由上式可知，单稳态电路的暂态时间与VCC 无关。因此用555定时器组成的单稳电路可以作为精密定时器。

图 6-3单稳态电路的电路图和波形图

②多谐振荡器

多谐振荡器的电路图和波形图如图6-4所示。电源接通后，Vcc 通过电阻R 1、R 2向电容C 充电。当电容上电V C =2/3Vcc 时，阀值输入端⑥受到触发，比较器C 1翻转，输出电压Vo=0，同时放电管T 导通，电容C 通过R 2放电；当电容上电压Vc=1/3Vcc 时，比较器C 2输出0，输出电压Vo=1。C 放电终止、又重新开始充电，周而复始，形成振荡。其振荡周期与充放电的时间有关：

充电时间：C R R V V V V C R R t CC CC

CC

CC PH

)(7.0323

1ln )(2121+≈⎪⎪⎪⎪

⎭

⎫

⎝

⎛

--⋅+=

放电时间：C R V V V V C R t CC CC

CC

CC PL

227.0323

1ln ≈⎪⎪⎪⎪

⎭

⎫

⎝

⎛

--= 振荡周期：T=t PH +t PL ≈0.7(R 1+2R 2)C 振荡频率：f=1/T=

C

R R t t PL

PH )2(43.1121+≈

+

占空系数： 2

1212R R R R T

t D PH ++=

=

当R 2>>R 1时，占空系数近似为50％。

图6-4 多谐振荡器的电路图和波形图

由上分析可知：

a ）电路的振荡周期T 、占空系数D ，仅与外接元件R 1、R 2和C 有关，不受电源电压变化的影响。

b ）改变R 1、R 2，即可改变占空系数，其值可在较大范围内调节。

c ） 改变C 的值，可单独改变周期，而不影响占空系数。

另外，复位端④也可输入1个控制信号。复位端④为低电平时，电路停振。

③ 施密特触发器

施密特触发器电路图和波形图如图6-5所示，其回差电压为1/3Vcc 。当输入电压大于2/3Vcc 时输出低电平，当输入电压小于1/3Vcc 时输出高电平，若在电压控制端⑤外接可调

电压Vco （1.5～5V ），可以改变回差电压ΔV T 。

施密特触发器可方便的地把非矩形波变换为矩形波，如三角波到方波。 施密特触发器可以将一个不规则的矩形波转换为规则的矩形波。 施密特触发器可以选择幅度达到要求的脉冲，虑掉小幅的杂波。

图6-5 施密特触发器电路图和波形图

3. CD4060是14位二进制串行计数器，其

引脚图如图6－6。

① 由14级二进制计数器和非门组成的振荡器组成，外接振荡电路可以做时钟源。

② 1CP ：时钟输入端，下降沿计数；CP0：时钟输出端；0CP ：反向时钟输出端。

③ R D 清零端为异步清零。 ④ 作为2Hz 、4Hz 、8Hz 等时钟脉冲

源时，典型接线方法如图6-7，从计数器输出端可以得到多种32.678kHz 的分频脉冲。 ⑤ 可以加上RC 回路构成时钟源。

图6-7 4060作为时钟源 图6—6 CD4060引脚图