脉冲波形的整形

松开按钮后，回到Q＝0。
可见：按钮动作一次，Q端就 输出一个正脉冲。
S
Q
Q
（6-4）
§6.3 连续矩形脉冲波的产生 矩形波发生器又称多谐振荡器。 它可以由分立元件构成，也可以由集成 电路构成，本节只讨论后一种电路。
15.3.1 环形振荡器 利用逻辑门电路的传输延迟时间，将奇
数个与非门首尾相接，就可以构成一个简 单的环形振荡器:
0
uA
UT 0U
T
t t t t
（6-14）
6.3.2 RC耦合式振荡器 uo1
uR1 uo1 uR2
0
C1
1 C2
2 uo2 uR2
R1
R2
UT
0
C2
uo1
1
uR1
R1
C1
uo2
2
uR2
R2
uo2
0
uR1
UT
0
t t
t t
（6-15）
C2
uo1
1
uR1
R1
(a)
C1
uo2
2
uR2
R2
这个电路有两个缺点:
uo
0
uo1
C
0
uo2
当uA=UT时，uo反转， 0 uo1、uo2也一起反转。 uA
UT
0
t t t t
（6-9）
uo
uo1
uo2
A RS
1
2
3
100 R
uo
0
uo1
C
由于电容电压不能
突变,当uo1 发生下跳
时,uA有一突变。
0
uo2
0
uA
UT 0U
t t t t
（6-10）
uo
uo1
uo2
（6-23）
74LS123管脚图
/ VCC 1RT CT 1CT 1Q 2Q 2CLR 2B 2A
16 15 14 13 12 11 10 9
CLR
Q
Q
Q
Q
CLR
123456 7 8
1A 1B 1CLR 1Q 2Q 2CT 2RT /CTGND
（6-24）
74LS123功能表
CLR A
B
Q
0 0
RT 4
7
6
2 1
CT
VCC
8
uo
3
5
若S打开 , 则 ui = 1 ; 若S合上 , 则 ui = 0。
按钮 S 处于打开状态时：
uo = 0 , 555内的管T导通 ,
电容 CT 被短路, TH =0.3V 。
ui
一是不容易起振; 二是电路振荡频率的稳 定 性较差,容易受温度、元 件性能、电源波动等因素 的影响。
uo1
C2
uo2
C1
为便于起振,将两个 电 阻改接成如图( b)示, 只要适当选择它们的大
R1
1
2
R2
小,使两个与非门的静 态工作点均处于放大区,
( b)
起振便比较容易.
（6-16）
C2
uo1
1
uR1
8 VCC
TH 6
CO 5 TR 2
D7
R +-
R +- A1 R A2 1T
4 RD
RQ SQ
阈值端 触发端
RD
TH
TR
1 大于 / 2VCC 3 大于 / VCC 3
uo
晶体管
T
0 导通
1 小于 / 2VCC 3 小于 VCC / 3 1 截止
1 小于 / 2VCC 3 大于 / VCC 3 保持 保持
VCC
RD
8
4
R
TH CO
6
+ 5 R A1
RQ
TR
2
+ -
R A2
SQ
D7
T
1
附录:
RS 触发器功能表
RS Q Q
3 uo 1 0 0
1
01 1 0
0 0 保持 保持 1 1 禁止 禁止
R S Q 晶体管T uo
1 0 1 导通 0 0 1 0 截止 1 0 0 保持 保持 保持
（6-38）
综合以上的 分析结果,便可得 到555的功能表:
（6-2）
§6.2 单脉冲的产生
+VCC
S
F
按钮按放一次，便产生一个单脉冲。
但是，由于按钮 S 机械动作经常伴有抖动 现象，使得输出的方波很不理想，毛刺很大。 这样的方波用到数字系统中很容易引起误动 作。因此，这个电路没有实用价值。
（6-3）
Q
Q
&
&
＋5V
正常时，不按按钮，Q＝0； 按下按钮时，锁定器翻转，Q ＝1；
（6-33）
VCC
RD
8
4
R
TH CO
6
+
-
5
R
A1
RQ
TR
2
+ -
SQ
A2
R
D
7
T
1
3 uo
（6-34）
8 VCC
4 RD
TH 6 R
CO 5 TR 2
D7
R +- A1 R Q R +- A2 S Q
uo
3
1
电 放 阈 电控 源 电 值 压制
电源电压范围: 4.5V ~ 18V
VCC D TH CO
876 5
555
12 3 4
GND TR Uo RD
地 触输复 发出位
（6-35）
VCC
RD
8
4
R
TH CO
6
+ 5 R A1
RQ
TR
2
+ -
A2
SQ
R
D
7
T
1
三个电阻 构成的分压器 给 两个比较器 3 uo 提供基准电压: A1 的为 2VCC / 3 , A2 的为 / VCC 3 。
首先讨论上图中加彩色部分的 电路的工作原理。
uA=UT时，uo2上跳。
UT
0
之后uA继续下降。
uo2
0
t
t
t
t
（6-20）
ui 1
1
uo1 R
1
0 C
2
A 1
uo2
ui
0
uo1
讨论: 对 uA 的放电
快慢有无约束?
0
回答: 有! …...
uA
若C的放电太慢，在 t1 ~ t3 UT
期间, 变 量 uA>UT , 失 去对
0
uo2
uo2 低电平宽度的控制作用，
必须改进电路!
0
t1 t3
t
t
t2
t
t
（6-21）
ui
uo1 R
1
2
A
uo2
(a) C
,
ui
&
3
uo1 R
1
ui
2
A
uo2
4
uo4
( b) C
具体的道理请参见有关教材。
（6-22）
6.4.2 集成单稳组件介绍 集成化的单稳组件的
类型很多,以下以74LS123 为例,作为介绍对象。
它的管脚图和功能表 分别列写在后:
（6-36）
VCC
阈值端
TH 6 CO 5
TR 2
触发端
7
8
R + -
R A1 + A2
R
1
比较的结果
阈值端 触发端
R
TH
TR
RS
大于 / 2VCC 3 大于 / VCC 3 1 0
S
小于 / 2VCC 3 小于 VCC / 3 0 1
小于 / 2VCC 3 大于 / VCC 3 0 0
（6-37）
（6-26）
74LS123输出脉冲的宽度有三种控制方法: 1. 基本脉冲宽度由外接电阻( RT )、电容
( CT )决定，当CT > 1000PF 时，脉宽 tW 应为： tW = 0.45 RT CT
单位 RT：k,CT:pF,tW:nS
2. 在清零端( CLR )加清 0 负脉冲,可提前 终止输出脉冲,如下图所示:
第六章 脉冲波形的产生和整形
§6.1 概述 §6.2 单脉冲的产生 §6.3 连续矩形脉冲波的产生 §6.4 单稳态触发器 §6.5 555定时器的原理和应用
（6-1）
§6.1 概述
数字电路区别于模拟电路的 主要特点之 一是：它的工作信 号是离散时间的脉冲信号。最 常用的脉冲信号是方波(矩形 波)。如何产生方波以及对不理 想的方波如何整形，是本章讨 论的重点。
移位寄存 器清零
t3
（6-32）
§6.5 555定时器的原理和应用
555定时器是将模拟电路和数字电路 集成于 一体的电子器件。它使用方便, 带负载能力较强, 目前得到了非常广泛 的应用。
15.5.1 555定时器的工作原理 555定时器的内部电路包括以下几部
分 : 一个由三个相等电阻组成的分压器; 两个电压比较器: A1、A2 ;一个 RS 触发 器; 一个反相器和一个晶体管T。具体的 结构见后图。
例如“ 延时控制 ” 利用单稳可以取得延
时作用,延长的时间可以通 过 R、C调节。请看下例:
（6-29）
时钟
ABCD
CP QA QB QC QD
74 LS194 (1)
CLR R
S0 S1
+ 5V
移位输入
R2 C2
DW2
Q2
A
EFG H
Leabharlann Baidu
CP QA QB QC QD
74 LS194 (2)
CLR R
ui
ui
uo1 R
1
C
2
A
uo2
0
uo1
t1
t
在ui脉冲到来以前，uo1是 高电平，uo2是高电平。
0
uA
t
当 ui 发生正跳变后, uo1 跟着负跳变;但uA不能突
0
uo2
变，uo2 立即下跳。
0
t
t
（6-19）
ui
ui
uo1 R
1
C
2
A
uo2
0
uo1
t1
uo1下跳后，C放电，uA 下降。
0
uA
S0 S1
R1 C1
Q1
B
DW1
A
（6-30）
用波形图表示如下:
CP A B C D E F G
H t0
Q1 Q2
t1 t2 t3
（6-31）
用波形图表示如下:
CP A B C D E F G
H t0
Q1 Q2
移位寄存 器串行输
入为1
H灯上升 沿触发Q1
Q1的下降 沿触发Q2
循环重 新开始
t1
t2
A RS
1
2
3
100 R
uo
0
uo1
C
0
uo2
uo1>uo2，电容 充电,uA上升。 只要uA<UT，uo就 不反转。
0
uA
UT 0U
t t t t
（6-11）
uo
uo1
uo2
A RS
1
2
3
100 R
uo
0
uo1
C
0
uo2
当uA=UT 时，uo、 uo1、uo2反转
0
uA
UT 0U
t t t t
0 0
1 0
1
0
0
1
1
1
Q 说明 1
1 稳态
1
触发
（6-25）
74LS123 包括两个独立的单稳, 各管脚以字头 1、2相区别。单稳输 出脉冲的宽度，主要由外接的定时 电阻( RT )和定时电容( CT )决定。 单稳的翻转时刻决定于 A、B、CLR 三个输入 相与的结果，具体参见它 的功能表。
如果松开 S2 , 电机仍
不转动 。
（6-41）
(2). 单稳态触发器: 洗相曝光定时器
R D
TH
ui TR
S
RT 4
7
6
2 1
CT
VCC
8
uo
3
5
ui
0
uCT
2VCC /3
0
uo
若S打开 , 则 ui = 1 ; 若S合上 , 则 ui = 0 。
0
TW
t
t
t
（6-42）
R D
TH
ui TR
S
它的突出特点是: 输出端只有一个稳定 状态, 另一个状态则是暂稳态.加入触发信 号后,它可以由稳定状态转入暂稳态,但是 , 经过一定时间以后,它又会自动返回原来的 稳定状态。
由外界触发
暂稳态
自动返回
稳定状态
稳定状态
学习的重点:为什么会自动返回?需多少时间? （6-18）
6.4.1 积分型单稳态触发器的工作原理
& uo1 & uo2 &
uo3
1
2
3
（6-5）
设 uo3 的初始状态为0:
& uo1 & uo2 &
uo3
1 1 02 0
3
1
0
1
用波形图来表示,则为: uo3
t
0
优点: 电路结构简单,所用元件少。 缺点: 频率太高,并且不可调整。
（6-6）
uo1
uo2
uo3
1
2
3
在原电路的基础上添加RC延时电路, 便可以克服上图的不足:
1 大于2VCC /3 大于VCC /3 0 导通
1 小于 2VCC /3 小于 VCC /3 1 截止
1 小于 2VCC /3 大于 VCC /3 保持 保持
0
0 导通
如果仅按下按钮 S2 , TH > 2VCC / 3 , 未按 S1 , 当然TR > VCC / 3 , 这时
uo = 0 , 电机停止运行。
C
仅按下起动按钮 S1 , 则
TR < VCC / 3 ; 未按 S2 , 当然
TH < 2VCC / 3 , 故 uo =1 , 电
机转动 。
即使放开 S1 , TR > VCC / 3 ,
TH < 2VCC / 3 , uo 保持为 1 ,
电机继续转动 。
u RD
阈值端
TH
触发端
TR
晶体管
o T
uo1
uo2
A RS
1
2
3
100 R
uo
C
下面将结合它的工作波形说明其工作 原理:
（6-7）
假设：开始时uo=0
uo
uo1
uo2
A RS
1
2
3
100 R
uo
0
uo1
C
0
uo2
电容上的电流，
0
uA下降
uA
UT
uA<UT时，uo不反转。 0
t t t t
（6-8）
uo
uo1
uo2
A RS
1
2
3
100 R
R1
(a)
uo1
C2
R1
1
C1
uo2
2
uR2
为获得稳定的振荡频 率, 可在振荡电路中串接 石英晶体,组成石英晶体 振荡器, 如图( c )所示.
R2
石英晶体振荡器常用
作数字系统的基准信号.
uo2
C1
2
R2
R1
R2
C2
1
2
uo
( b)
石英晶体 C1 ( c)
（6-17）
§6.4 单稳态触发器
单稳态触发器简称单稳。
0
0 导通
uo
3
（6-39）
6.5.2 555定时器的应用 (1). 双稳态触发器: 微电机起动停车控制电路。
VCC S2
R TH R
TR
S1
48
6
uo 微电机
555 3
M
2
15 C
S1 : 起动按钮
S2 : 停车按钮
（6-40）
VCC S2
R TH R TR
S1
48
6
555
3
uo 微电机
M
2 15
CLR
Q
tW
（6-27）
3. 通过在 A 端或 B 端加再触发脉冲, 可使输出脉冲的宽度加宽:
B
Q
tW tW
由于这种单稳可以通过加再触发 脉冲增大输出脉冲的宽度,所以,它 被称为可再触发式单稳。
（6-28）
6.4.3 单稳态触发器的应用 单稳的应用多种多样,如:整形、延
时控制、定时顺序控制等等。
（6-12）
uo
uo1
uo2
A RS
1
2
3
100 R
uo
0
uo1
C
0
电流方向
uo2
由于uo1上跳，电容 电压不能突变，所以 uA上跳，然后uA开始 下降
0
uA
UT 0U
t t t t
（6-13）
uo
uo1
uo2
A RS
1
2
3
100 R
uo
C
0
uo1
0
uo2
输出信号的周 期近似为:
T = 2.2 RC