数字电路 丁志杰 第八章脉冲信号
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第8章 脉冲信号
( 2 ) 为了保证G2输出高电平时的负载电流不超过最大允许值
IOH（MAX）=1.3mA, 则 IOH（max） ﹥（VOH-VTH）/R2
得：
R2 ﹥（VOH-VTH）/IOH（max）=（VDD-0.5VDD）/IOH（max） =（10-5）/1.3=3.5K
当选择 R2 =15K时，则 R1 =7.5K
vO1 VOH
VOL o VT_
VT+
vI
二、幅度鉴别:
若将一系列幅度各异的脉冲信号加到施密特触发器的输入端 时，只有那些幅度大于VT+的脉冲才会在输出端产生输出信号。 即可以选出幅度大于VT+的脉冲。
vI VT+ VT0 0 t
vO VOH
vO
vO1
VOH
VOH
VOL o VT+ VT-
vI
VOL 0
H L L
B H H L H H H
vo vo’ L H L H L H L H
不可触发，保持稳态不变 B为高电平，A1、A2 中有一个或 两个产生由1到0的负跳变（下降 沿）时电路被触发 A1、A2中有一个或两个为低电平，
在B端输入上升沿时电路被触发
脉宽计算：
tw RC ln
V( ) V( 0 ) V( ) V( t )
指标的计算。
8.1 概述
一、获取矩形脉冲的方法 1. 脉冲波形发生电路 2. 脉冲波形整形电路 二、描述矩形脉冲特性的主要参数
主要参数
周期性数字波形有以下主要参数:
(1)周期T和频率f
(2)脉冲宽度Tw：表示脉冲作用的时间 (3)上升时间tr：从脉冲幅值的10%上升到90%所需要的时间 (4)下降时间tf：从脉冲幅值的90%下降到10%所需要的时间 (5)占空比q：表示脉冲宽度占整个周期的比例
数字电路全部
B3
(11)10=(1011)2
小数部分：
小数部分乘基数取整数、从高位到低位求各位数码 直到小数部分为0或满足精度要求。
取整数 各位数码
0.625×2 = 1.25 1 B-1
0.25×2 = 0.5
0
B-2
0.5×2 =1
1
B-3
(0.625)10=(0.101)2
所以:(11.625)10=(1011.101)2
1、十进制数转换成二进制数
(N)2=
Bn-12n-1+Bn-22n-2+...+B020+B-12 -1+B-22 -2+...+B-m2-m
整数部分
※
小数部分
整数部分除以2: (Bn-12n-1+Bn-22n-2+... +B121 +B020 ) /2 =(Bn-12n-2+Bn-22n-3+...+B120 ) ...... B0
第一次商
余数
第一次商/
2
=(Bn-12n-3+Bn-22n-4+...+B220 第二次商
)
......
余B数1
小数部分乘以2:
(B-12 -1+B-22 -2+...+B-m2-m ) 2
= B-1+ ( B-22 -1+...+B-m2 -m+1 )
整数
第一次小数
第一次小数×2 = B-2+ ( B-32 -1+...+B-m2 -m+2 )
二、带符号二进制代码
n位二进制数值码（真值）加一位符号位构成机器数。
《数字电路脉冲信号》课件
概念
触发器是一种存储器件，用于存储和控制二进制数据。
RS触发器
通过两个输入信号进行控制，实现存储和状态切换。
D触发器
通过输入信号控制和传输数据，实现数据存储和同步控制。
SR触发器的工作原理及应用
SR触发器电路
由逻辑门和触发器构成，实现数 据存储和状态切换。
SR触发器真值表
根据输入信号的不同组合，SR触 发器的状态和输出会发生变化。
异步二进制计数器
通过触发信号异步计数，不受外部时钟限制。
二进制计数器的工作原理及应用
二进制计数器电路
由多个触发器和逻辑门构成，实 现二进制计数功能。
上升沿计数器
下降沿计数器
顺序递增计数，常用于频率分频、 寄存器地址和程序计数等。
顺序递减计数，常用于定时器、 脉冲生成和状态机控制等。
触发器的概念分类
脉冲信号计数器
产生特定频率和宽度的脉冲信号， 用于测试和调试电路。
计数和测量脉冲信号的频率。
脉冲信号序列器
控制和管理多个脉冲信号的出现 顺序。
延时器的原理及类型
1
பைடு நூலகம்
单稳态延时器
2
在输入信号发生变化时，生成一个单脉
冲宽度可控的输出。
3
原理
延时器通过增加信号的延时时间来实现 控制和定时功能。
定时器
根据预设的定时值，生成时序精确的脉 冲信号或触发信号。
《数字电路脉冲信号》 PPT课件
数字电路脉冲信号PPT课件将深入探讨数字电路中脉冲信号的特点、分类、应 用以及与时序电路、延时器、计数器和触发器等的关系。
脉冲信号的定义和特点
脉冲信号是一种短时且幅度突变的信号，在数字电路中起到传输和控制的作 用。它具有快速切换、高频响应和低能耗等特点。
触发器是一种存储器件，用于存储和控制二进制数据。
RS触发器
通过两个输入信号进行控制，实现存储和状态切换。
D触发器
通过输入信号控制和传输数据，实现数据存储和同步控制。
SR触发器的工作原理及应用
SR触发器电路
由逻辑门和触发器构成，实现数 据存储和状态切换。
SR触发器真值表
根据输入信号的不同组合，SR触 发器的状态和输出会发生变化。
异步二进制计数器
通过触发信号异步计数，不受外部时钟限制。
二进制计数器的工作原理及应用
二进制计数器电路
由多个触发器和逻辑门构成，实 现二进制计数功能。
上升沿计数器
下降沿计数器
顺序递增计数，常用于频率分频、 寄存器地址和程序计数等。
顺序递减计数，常用于定时器、 脉冲生成和状态机控制等。
触发器的概念分类
脉冲信号计数器
产生特定频率和宽度的脉冲信号， 用于测试和调试电路。
计数和测量脉冲信号的频率。
脉冲信号序列器
控制和管理多个脉冲信号的出现 顺序。
延时器的原理及类型
1
பைடு நூலகம்
单稳态延时器
2
在输入信号发生变化时，生成一个单脉
冲宽度可控的输出。
3
原理
延时器通过增加信号的延时时间来实现 控制和定时功能。
定时器
根据预设的定时值，生成时序精确的脉 冲信号或触发信号。
《数字电路脉冲信号》 PPT课件
数字电路脉冲信号PPT课件将深入探讨数字电路中脉冲信号的特点、分类、应 用以及与时序电路、延时器、计数器和触发器等的关系。
脉冲信号的定义和特点
脉冲信号是一种短时且幅度突变的信号，在数字电路中起到传输和控制的作 用。它具有快速切换、高频响应和低能耗等特点。
脉冲信号的产生与变换优秀课件
21
6.3.3 施密特触发器的应用
施密特触发器的主要应用 是把缓慢变化的不规则信 号变成良好的矩形波。
1.波形变换和整形
施密特反相器可以把模拟 信号波变成矩形波。图 6.3.6是把规则的三角波变 成矩形波的例子。
脉冲信号的产生与变换优秀课件
22
6.3.3 施密特触发器的应用
图6.3.7是把不规则的波变成规则的矩形波 。
脉冲信号的产生与变换优秀课件
6
1.工作原理 (3)电路自动翻回稳态 电路在暂稳态期间，由于 uo1 不断地对电容C充电，uc 上升，充电电流 ic 逐渐
减小，uR 也随之减小。当 uR 下降到门槛电平UT 时，暂稳态结束。电路自动发生
第二次翻转，其过程为：C充电， uR 减小，输出 uo 增大， uo1 减小，反馈至输入
10
6.1.3 单稳态触发器的应用
1.脉冲整形
无论输入到单稳态触发器的脉冲波形如何 ，只要能使单稳态电路翻转，就能在输出 端得到一定宽度、一定幅度的规则矩形波 。这就是单稳态触发器的整形作用。
2.脉冲定时
由于单稳态触发器能产生一定宽度的矩形 脉冲，利用此脉冲去控制其它电路，可使 其在作用期间动作（或不动作），例如， 利用宽度为的正矩形脉冲作为与门的控制 信号，只有在这脉冲信个号的脉产生与冲变换优存秀课在件 的时间内，与 11
(2)电路在负脉冲触发下翻转到暂稳态
微分型单稳态触发器的波形图如图6.1.2所示，当外加负脉冲触发信号时，其负跳变 经 Rr 、Cr 微分电路产生负尖脉冲，使 G1 由开态变为关态，输出 uo1 低电平变为高电平产生 跳变 uo1。由于电容电压不能跃变， uo1通过电容耦合， uR 产生同样跳变即 uR uo1 ， 使 G2 门由关态变为开态，输出 uo 从高电平3.6V变为低电平0.3V，此低电平反馈至 G1 门输 入，维持 G1 门处于关态。电路进入暂稳态； G1 门为关态，输出高电平， G2 门为开态，输 出低电平。
丁志杰《数字电路》课后习题解答
第一章习题1-1 例1.2.12中转换前后两个数的绝对值哪个大？为什么？答：转换前大。
因为转换后舍去了后边的小数位。
1-2 将下列二进制数分别转换为八进制数、十六进制数和十进制数。
11001101.101，10010011.1111解：(11001101.101)2 =(11 001 101.101)2= ( 315.5)8=(1100 1101.1010)2 =( CD.A)16=(128+64+8+4+1+0.5+0.125)10=(205.625)10(10010011.1111)2 =(1001 0011.1111)2= (93.F)16=(10 010 011.111 100)2 =( 223.74)8=(128+16+2+1+0.5+0.25+0.125+0.0625)10=(147.9375)101-3 将下列十进制数转换为二进制、八进制和十六进制数。
121.56，73.85解：1. 0Å1Å3Å7Å15Å30Å60Å121 0.56Æ0.12Æ0.24Æ0.48Æ0.96Æ0.921 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1所以：（121.56）10=(1111001.10001)2=(171.42)8=(79.88)162. 0Å1Å2Å4Å9Å18Å36Å73 0.85Æ0.7Æ0.4Æ0.8Æ0.6Æ0.2Æ0.41 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0（73.85）10=(1001001.11011)2=(111.66)8=(49.D8)161-4 将下列十六进制数转换为二进制、八进制和十进制数。
89.0F，E5.CD解：(89.0F)16=(10001001.00001111)2=(211.036)8=(8*16+9+15/256)10=(137. 0.05859375)10 1-5 试求例1.2.17的转换误差，比较例1.2.12的转换误差，哪个大？为什么？答：例1.2.12的误差大。
数字电子技术 脉冲电路
13
2 脉冲波的整形 数字系统中的矩形脉冲在传输中经常发生 波形畸变。 波形畸变。经施密特触发器整形后便可获得较 理想的矩形脉冲波。 理想的矩形脉冲波。
14
在传输的信号上出现附加噪声，经整形后 在传输的信号上出现附加噪声， 仍会得到较理想的矩形脉冲波。 仍会得到较理想的矩形脉冲波。
15
3 脉冲鉴幅
8.2 集成555定时器 集成555定时器 555
6
VDD 8 R=5k UTH UCO 6 5 UR2 R UR1 UTR 2 R 1 + C2 ﹣ + C1 ﹣ Uo2 R S Uo1
RD 4 1 ≥1 ≥1 Q Q ≥1 1 1 3 UO
2、强制复位端RD
T
7
D
1、电阻分压器： UCO用来改变参考电压 、电阻分压器： 当控制端5脚悬空时 脚悬空时： 当控制端 脚悬空时：UR1=1/3VDD UR2=2/3VDD 当控制端5脚接 脚接E 当控制端 脚接 CC时：UR1=1/2ECC UR2=ECC
Q=0, T导通，UO=0 导通， 导通
9
VDD 8 UTH 6 R=5k + 5 UR2 ﹣C2 2V U DD/3
CO
RD 4 1 ≥1 ≥1 Q Q ≥1 1 1 3 UO
当RD接高电平时
Uo2 R S Uo1
VDD/3
R UR1
UTR
2 R 1
+ C1 ﹣
T
7
D
UTH < 2 DD/3, UTR > VDD/3时 2V , 时
2
0.9Um
0.1Um
tr
tf
上升时间tr：脉冲上升沿从 Um上升 脉冲上升沿从0.1 上升时间 到 0.9 Um所 需的时间。 需的时间。 下降时间t 脉冲下降沿从0.9Um下降 下降时间 f：脉冲下降沿从 所需的时间。 到 0.1 Um所需的时间。
精品课件-数字电子技术-第8章
第8章 脉冲单元电路
图8-3 施密特触发器电路
第8章 脉冲单元电路
8.2.1 施密特触发器有两个稳态（Uo=0称为0态和Uo=1称为1
态) ，在外加信号的作用下，施密特触发器两个稳态之间可 以相互转换。施密特触发器属于波形变换电路，它可以将正弦
(1) 当输入触发信号达到一定值时，输出电平发生 变化，即由一个稳态转换到另一稳态，因而称其为电平触发电
第8章 脉冲单元电路
图8-8 施密特触发器用作光控开关
第8章 脉冲单元电路
8.3 多 谐 振 荡 器
8.3.1 1. TTL与非门构成的多谐振荡器 1) 图8-9所示为电容正反馈多谐振荡器，它由两级与非门和
电容C
第8章 脉冲单元电路
图8-9 多谐振荡器
第8章 脉冲单元电路
2) 多谐振荡器的工作，主要依靠电容C的充放电，通过引起 电压Ud的变化来完成其功能。当Ub为低电平，Ua为高电平时， 称为第一暂态；当Ub为高电平，Ua为低电平时，称为第二暂态。 设起始为第一暂态，这时Ua通过门电路的内阻R0和电阻R1对电 容C充电，工作波形如图8-9所示。随着电容C的充电, 电压Ud 不断上升。 当Ud上升到Ud>VT=1.4 V时（其中VT为门限电压) ，Ud为 高电平，电路发生翻转。Ua由原来的高电平变为低电平，Ub由
(3) 555定时器构成的施密特触发器用作光控开关。 图8-8所示电路为555定时器构成的施密特触发器用作光 控开关的电路图。图中的RL为光敏电阻，有光照时电阻值小， 无光照时阻值大。有光照时，电路设计（选取合适的可变电阻 值) 使得Ui<1/3VCC，输出Uo为高电平，继电器J不动作; 无光 照时，光敏电阻大，电路设计使得Ui>2/3VCC，输出Uo为低电平， 继电器J吸合,
脉冲信号的产生与变换
6
阈值输入端TH 决定电压比较器C1的同相输入电压
7
放电端口D
作为VT的集电极开路输出，并提供放电通路
555定时器功能表
阈值电压 TH ×
2 3
VCC
2 3 VCC
×
触发输入
×
1 3
VCC
1 3
VCC
1 3 VCC
复位 0 1 1 1
放电管VT 输出OUT
导通
0
导通
0
原状态
原状态
截止
1
6.3 单稳态触发器（Monostable Multivibrator）
－Q
G 1
OUT
(a)
C2
1S
(b)
Δ
∞
—
+
D
TR
+
VT
－
R
(c)
• 555电路主要由以下几部分构成：
1.一个RS触发器
2.两个电压比较电路
3.放电开关与反相输出
6.2.2 555定时器功能描述
555集成电路端口介绍
管脚
表示方法
作用
2
触发输入端 TR 决定电压比较器C2的反相输入电压
5
电压控制端CO 决定电压比较器C1的反相输入电压
•
随着电源电压对C充电的进行，当 vc
2 3 VCC
时，放电管VT导
通，触发器置0，输出变为低电平，电路进入第二暂稳态。
• 此 降时，，当电vc 容13VCCC开时始，通触过发电器阻又R被2 和置导1，通V的T重放新电截管止VT，放电电路，输vc出下 翻转为高电平，回到第一暂稳态。VCC 又开始对电容C充电， 重复以上过程。
数字电路脉冲信号
第3页/共44页
第二暂稳态及其自动翻转
uo (ui1)
的工作过程
0 ui2
t1 t2 t3
t
(uo1)
G1 ui1 &
G2 ui2 & uo2
G3 ui3 &
0 uo uo2
t
R
RS
0
t
ui3
C (a) 电路图
UT
t
0
(b) 波形图
在t2时刻，uo2变为低电平，电容C开始通过电阻R放电。随着放电的进行，ui3逐渐下 降。在t3时刻，ui3下降到UT，使uo（ui1）又由0变为1，第二个暂稳态结束，电路返回 到第一个暂稳态，又开始重复前面的过程。
一、 由门电路构成的多谐振荡器
能产生矩形脉冲的自激振荡电路叫做多谐振荡器。
1、RC环形多谐振荡器
uo (ui1)
0 ui2
t1 t2 t3
t
(uo1)
G1
G2
ui1 & ui2 & uo2
G3 ui3 &
0 uo uo2
t
R
RS
0
t
ui3
C
UT
t
0
(a) 电路图
(b) 波形图
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第一暂稳态及其自动翻转
第21页/共44页
VDD
ui
ui
0 G1 ≥1
1C
uo1
R 1 G2
≥1 uA
0 uo2
0 VDD uo1
t
0
t
(a) 电路
VDD uA
0
t
脉冲宽度：tp=0.7RC
uo2 tP
0
脉冲信号的产生与整形4课件
VI2为低电平，Vo2也为低电平。 当负触发脉冲到来时，VI1由高电平跳到低电平，G1截止，
Vo1由低电平跳到高电平。但由于电容上的电压不能突变， 所以此刻VI2仍为低电平，故G2由导通变为截止，Vo2由低 电平跳变到高电平，电路进入暂稳态。
脉冲信号的产生与整形(4)课件
此后电容C通过R和Ro（G1的输出电阻）放电，VI2呈指数 规律上升，当上升到VT时（假定VI1仍为低电平），G2导 通，Vo2跳变到低电平。
这个正反馈过程使电路快速返回到G1截止、G2导通的稳 定状态。此后电容C通过G2输入端保护电路的二极管及G1 的输出电阻放电，VI2基本保持在VDD，Vo1逐渐上升到VDD。
脉冲信号的产生与整形(4)课件
这种单稳态电路各点工作波形如图12.3所示。
图12.3 微分型单稳电路工作波形
脉冲信号的产生与整形(4)课件
(a) 理想矩形脉冲
（b）矩形脉冲特性参数
图12.1 矩形脉冲
脉冲信号的产生与整形(4)课件
▪ 脉冲信号波形的主要特性参数：
① 脉冲周期T——周期性重复的脉冲序列中，两个相邻脉冲 间的时间间隔。周期T的倒数即单位时间内出现的脉冲数 弥为重复频率f，即f=1/T。
② 脉冲幅度Vm——脉冲电压的最大变化幅度。 ③ 沿时脉间下冲)降。宽到度0T.5wV—m—为从止脉的冲一前段沿时上间升(即到脉0冲.5V幅m度开5始0％，处到的脉持冲续后 ④ 间上。升时间tr——脉冲前沿从0.1Vm上升到0.9Vm所需要的时 ⑤ 间下。降时间tf——脉冲后沿从0.9Vm下降到0.1Vm所需要的时
脉冲信号的产生与整形(4)课件
12.3.3 石英晶体多谐振荡器
▪ 为了得到频率稳定度很高的时钟脉冲，可以采用的一种有 效方法是在多谐振荡器电路中接入石英晶体，组成石英晶 体多谐振荡器。 石英晶体的频率稳定性很高，而且其选频特性也非常好。
Vo1由低电平跳到高电平。但由于电容上的电压不能突变， 所以此刻VI2仍为低电平，故G2由导通变为截止，Vo2由低 电平跳变到高电平，电路进入暂稳态。
脉冲信号的产生与整形(4)课件
此后电容C通过R和Ro（G1的输出电阻）放电，VI2呈指数 规律上升，当上升到VT时（假定VI1仍为低电平），G2导 通，Vo2跳变到低电平。
这个正反馈过程使电路快速返回到G1截止、G2导通的稳 定状态。此后电容C通过G2输入端保护电路的二极管及G1 的输出电阻放电，VI2基本保持在VDD，Vo1逐渐上升到VDD。
脉冲信号的产生与整形(4)课件
这种单稳态电路各点工作波形如图12.3所示。
图12.3 微分型单稳电路工作波形
脉冲信号的产生与整形(4)课件
(a) 理想矩形脉冲
（b）矩形脉冲特性参数
图12.1 矩形脉冲
脉冲信号的产生与整形(4)课件
▪ 脉冲信号波形的主要特性参数：
① 脉冲周期T——周期性重复的脉冲序列中，两个相邻脉冲 间的时间间隔。周期T的倒数即单位时间内出现的脉冲数 弥为重复频率f，即f=1/T。
② 脉冲幅度Vm——脉冲电压的最大变化幅度。 ③ 沿时脉间下冲)降。宽到度0T.5wV—m—为从止脉的冲一前段沿时上间升(即到脉0冲.5V幅m度开5始0％，处到的脉持冲续后 ④ 间上。升时间tr——脉冲前沿从0.1Vm上升到0.9Vm所需要的时 ⑤ 间下。降时间tf——脉冲后沿从0.9Vm下降到0.1Vm所需要的时
脉冲信号的产生与整形(4)课件
12.3.3 石英晶体多谐振荡器
▪ 为了得到频率稳定度很高的时钟脉冲，可以采用的一种有 效方法是在多谐振荡器电路中接入石英晶体，组成石英晶 体多谐振荡器。 石英晶体的频率稳定性很高，而且其选频特性也非常好。
脉冲信号产生电路及应用
EN作为振荡电路允许端，该电路一般用于 对脉冲参数精度要求不高的场合。
9.1.4 石英晶体振荡器
石英晶体振荡器是一个高稳定度的振荡 器，它可以产生几十k~几十MHz的频率。
其稳定度 f f fs 在 105 ~ 1010 以上
其外形：
fs
石英晶体振荡器具有两个谐振频率，一个是 串行谐振频率fs，另一个是并行谐振频率fp 。
QQQ
QL0QL
QQQ
1HQHQ
AL×AL11 AL0AL22 HB1HB QL0QL 1HQHQ
功能 保持
AL×AL11 A×LAL22 HBL0HBL QL0QL 1HQHQ （处于稳态）
AHLAH1L11 AHL1AHL22 ×HBLHBL QL0QL 1HQHQ
HLHL1 H↓LHL H1LHL LL HH
VTH —门电路的 阈值电压
阈值电压可以 看成是门电路 输入高、低电 平的转折点。
9.1.3 用施密特触发器构成多谐振荡器 施密特电路的特点是具有两个阈值电压： VT＋、VT－， VT＋相当于输入高电平， VT－ 相当于输入低电平。
施密特反相器输入/输出波形，逻辑符号， 传输特性
施密特与非门构成多谐振荡器：
H↓H HL1HL 1HLHL LL HH 用A端下降沿触发
H↓H H↓H 1HHLHHL LL HH
HLH0L HL×HL
× HH ↑HHHH H0LHL ↑HHHH
LL
HH 用B端上升沿触发
LL HLHL HH
LL LL HH
LL LL
单稳L态L 触发器延时电路应用方式
74××122是可重触发的单稳触发器，74××123 是双可重触发单稳触发器。可重触发表示在单稳电 路输出脉冲产生过程中，如果再来一个触发脉冲， 则电路重新开始一个完整的单稳电路产生过程，输
9.1.4 石英晶体振荡器
石英晶体振荡器是一个高稳定度的振荡 器，它可以产生几十k~几十MHz的频率。
其稳定度 f f fs 在 105 ~ 1010 以上
其外形：
fs
石英晶体振荡器具有两个谐振频率，一个是 串行谐振频率fs，另一个是并行谐振频率fp 。
QQQ
QL0QL
QQQ
1HQHQ
AL×AL11 AL0AL22 HB1HB QL0QL 1HQHQ
功能 保持
AL×AL11 A×LAL22 HBL0HBL QL0QL 1HQHQ （处于稳态）
AHLAH1L11 AHL1AHL22 ×HBLHBL QL0QL 1HQHQ
HLHL1 H↓LHL H1LHL LL HH
VTH —门电路的 阈值电压
阈值电压可以 看成是门电路 输入高、低电 平的转折点。
9.1.3 用施密特触发器构成多谐振荡器 施密特电路的特点是具有两个阈值电压： VT＋、VT－， VT＋相当于输入高电平， VT－ 相当于输入低电平。
施密特反相器输入/输出波形，逻辑符号， 传输特性
施密特与非门构成多谐振荡器：
H↓H HL1HL 1HLHL LL HH 用A端下降沿触发
H↓H H↓H 1HHLHHL LL HH
HLH0L HL×HL
× HH ↑HHHH H0LHL ↑HHHH
LL
HH 用B端上升沿触发
LL HLHL HH
LL LL HH
LL LL
单稳L态L 触发器延时电路应用方式
74××122是可重触发的单稳触发器，74××123 是双可重触发单稳触发器。可重触发表示在单稳电 路输出脉冲产生过程中，如果再来一个触发脉冲， 则电路重新开始一个完整的单稳电路产生过程，输
精品课件-数字电子技术-第8章
入端 TR
的电压低于
1 3
VDD 时,A2
输出高电平,使基本
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱRS
触发器翻转,Q＝
1。
第8
2、基本 RS 触发器 由两个或非门 G1、G2 组成。当 R 端置 1 时,触发器置 0,输出端 OUT
为 0；当 S 端置 1 时,触发器置 1,输出端 OUT 为 1。当直接复位端 RD 加
低电平时,不管其它输入状态如何,触发器直接置 0,输出端 OUT 为 0；不使
容元件,就可以很方便地构成多谐振荡器、单稳态触发器以及施密特 触发器等脉冲的产生与整形电路。555 还可输出一定功率，可驱动 微电机、指示灯、扬声器等。它在脉冲波形的产生与变换、仪器与 仪表、测量与控制、家用电气与电子玩具等领域都有着广泛的应用。
第8
表8－1 CC7555定时器的逻辑功能表
阈值输入 TH⑥ 触发输入 TR ②
第8
555定时器按内部器件类型可分为双极型（TTL型）和单 极型（CMOS型）。TTL型产品型号的最后3位数码是555或556， CMOS型产品型号的最后4位数码是7555或7556，它们的逻辑功 能和外部引线排列完全相同。555芯片和7555芯片是单定时器， 556芯片和7556芯片是双定时器。TTL型的定时器静态功耗高， 电源电压使用范围为＋5～＋15V；CMOS型的定时器静态功耗 较低，输入阻抗高，电源电压使用范围为＋3～＋18V，且在 大多数的应用场合可以直接代换TTL型的定时器。下面以CMOS 型的CC7555
×
×
2 ＞ 3 VDD
1
1 ＞ 3 VDD
1
2 ＜ 3 VDD
0
1 ＜ 3 VDD
0
2 ＜ 3 VDD
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输出级
UE1< UE2
ui
VCC VE2 VE1
t
uO t ui=0时，T1止，T2通，uE=uE2, uO=1 ui上升，uB1上升; 至uE1时, T1仍止 ui继续上升, 仍为T2通, T1止, uO=1 ui继续上升, 至uE2时, T1通, T2止, uO=0 ui继续上升, 仍为T1通, T2止, uO=0 ui降至uE2时, 仍为T1通, T2止, uO=0 ui开始下降, 仍为T1通, T2止, uO=0 ui降至uE1时, T1止, T2通, uO=1
O uiu 下降 , 至VT时, 翻转
翻转VT-=VT ΔVT=?
CMOS反相器组成的施密特触发器
VOH=VDD VOL=0 VT=VDD/2 R1<R2
ui
ui=0时, uO=0, ui’=uiR2/(R1+R2) ui由0上升, 至 ui’=uiR2/(R1+R2)=VT=VDD/2时, uO翻转 得VT+=VDD(1+R1/R2)/2 ui由VDD下降, 至 ui’=uiR2/(R1+R2)+VDDR1/(R1+R2)=VT时, uO翻转 得VT-=VDD(1-R1/R2)/2 得ΔVT-=VDDR1/R2
R1
R2 uC
C
uC2继续上升至2UCC/3时, uC1=0, uC2=1, uO=0, T通 T导通后, C经过R2, T放电, 使uC下降
uC2降至2UCC/3时, uC2继续下降至2UCC/3时, uC1=1, uC2=1, uO=0, T通 uC1=1, uC2=0, uO=1, T至
555应用—多谐振荡器
施密特触发器(Schmitt Trigger)
7413 T1通时, T2不通，输出低电平 UE1≈(UCC-UCES) RE1/(RC1+RE1)
2K 1.4K
T1止时, T2通，输出高电平 UE2≈(UCC-UCES) RE1/(RC2+RE1)
UE1< UE2
输入级
480
施密特电路 电平偏移级
施密特触发器的应用
特点: 有两个阈值电压, 存在回差电压 输出翻转时有正反馈过程, 使输出边沿陡峭
抗干扰能力强 数据传输中用于数据恢复
ui VCC VT+ VTt uO t
施密特触发器的应用—波形变换
施密特触发器的应用—整形
单片集成电路555定时器
单片集成电路555定时器
分压器: 提供 基准电压
uC
UCC 2UCC/3 UCC/3
t
uO t 充电时间常数: τ1=(R1+R2)C 放电时间常数: τ2=(R1+RTON)C τ1 >τ2 T1 >T2 占空比不等于50%
VO2
t Vi3 VT t
环形振荡器
1 VO1 2 VO2 R Vi3
C
由于Vi3的电位可低于0, 加一RS, 使电流不至于过大
RS
3
VO
对称式多谐振荡器
C2 Vi1
找一个起点 VO2=VOH OL Vi1=VH L VO1=VOH OL Vi2=VH L VH=VT+VOH-VOL 如果C1=C2, R1=R2, 则得到方波
TTL“与非”门组成的施密特触发器
R2<RON 0 0
1
0
此时ui’值为Ui’
ui上升, 过VT时, ui’为ui的分压值 ui继续上升, 使ui’为VT时, 翻转 ui’ =(VT+-VD-VOL)R2/(R1+R2)+V uiOL ’ =VT VT+=VT(1+R1/R2)+VD+(R1/R2)VOL R2
1 R1
VO1 Vi2 C1
2 R2
VO2
3
VO
振荡周期, 占空比由RC决定
Vi2 VO2
VT
t
t VT
Vi1
VO1
t
t
VL=VT+ΔV-VOH+VOL
晶体振荡器
稳定性好 见通信电路
振荡器
矩形波振荡器 方波振荡器 多谐振荡器 无稳触发器
单稳触发器
顾名思义就是只有一个稳态, 而另一个状态 是不稳定状态 可将脉冲宽度整理成所要的宽度 在通信系统中十分有用
输出缓冲
2VCC/3 比较器
R-S锁存器
VCC/3 三极管: 控制充放电
555应用—单稳态触发器
555应用—单稳态触发器
找稳态 “1”高于VCC/3 稳态输出为0
0 1
0 1
1 0
0 1 充电 放电 uC下降 上升 τ=RC Τ 很小 0
1 1 0
1 导通 截止 导通
555应用—施密特触发器
555应用—施密特触发器
ui2降至VT时, 输出翻转
由于Vi=0, Vi2t 在此过 VT, 对输出无影响 t
uA uO 恢复过程结束, 等待 将输入宽脉冲变为窄脉冲 下一个触发脉冲 输出脉宽取决于外接RC
VT t
t
单稳触发器
输出状态中一个为稳态, 另一个为暂态, 故 为单稳态触发器 One shot trigger 输出脉冲宽度由外接ＲＣ决定
555应用—施密特触发器
ui
UCC 2UCC/3 UCC/3
t
uO t
555应用—多谐振荡器
555应用—多谐振荡器
上电时uC=0, uC1=1, uC2=0, uO=1, T截止 UCC经R1, R2向C充电时, 使uC2上升 uC2上升至UCC/3时, uC1=1, uC2=1, uO仍为1
TTL积分型单稳态触发
找稳态
触发沿到 1 0 0 1 ud 1 0 1
uA按指数规律下降
时间常数: (R+ROL)C uA降到VT时, uO翻转 uA按指数规律继续下降 触发脉冲结束
C又充电, 经一段时间回到稳态 等待下一触发脉冲 宽变窄 输出脉宽取决于外接RC
ui 电容电压不突变 , ui2按指数规律下降, τ=(R+R )C u OL O1
V1
V2
VO
t V2
VO
t
环形振荡器
V1 V2
VO
实验室中用示波器观察, VO什么样?
VOH
VO VOL
t
环形振荡器
延迟
VO
R
C R C
VO
VO
环形振荡器
1
找一个起点
VO1
2
VO2 R Vi3 C
3
VO
振荡周期, 占空比由RC决定
VO
VO=VOH OL VO1=VOH OL
t VO1 t
VO2=VOH OL Vi3=VH L VH +V +V -VOL L=VT-V OH OH
脉冲信号的产生和整形
概述
矩形脉冲作为时钟信号或控制信号用来控 制和协调整个数字系统的工作：振荡器 数字信号的恢复：施密特触发器 数字信号的整形：单稳触发器
环形振荡器
传输延迟为tpd
得到矩形波 T=6tpd 如果tpd=10nS 则T=60nS 则f=16.67MHz 如何改变频率? f=100kHz? 偶数个反相器? tpd t V1
ui=0时, uC1=1, uC2=0, uO=1
ui
ui上升至UCC/3时, uC1=1 uC2=1, uO不变,仍为1 ui继续上升至2UCC/3时, uC1=0, uC2=1, uo=0 Ui下降至2UCC/3时, uC1=1 uC2=1, uO不变,仍为0 ui继续下降至UCC/3时, uC1=1, uC2=0, uo=1 ΔVT=UCC/3 VT+=2UCC/3 VT-=UCC/3
CMOS微分型单稳触发器
微分电路
使输入脉冲变窄
CMOS微分型单稳触发器
要分析该电路,只要找出UO与UI的关系, 也就是与Ud的关系即可 要分析单稳电路, 第一步应找出稳态
CMOS微分型单稳触发器
ui ud
把窄脉冲整形成宽脉冲 , t 脉宽由RC决定 t uO1 t ui2 uO
VT t
t
TTL积分型单稳态触发
ui
VCC VE2 VE1
该电路中VT+ =VE2, VT- =VE1 回差电压ΔVT = VT+ - VT-
uO 电压转移特性 uO
t 与普通门的差别: 有两阈值电压 t 是Trigger, 实际上是门, 不是触发器 逻辑符号
V V V E1 T+ V E2 T施密特触发器有两阈值电压
ui
分别称为正向(上限)阈值电压VT+和负向(下限)阈值电压VT-
UE1< UE2
ui
VCC VE2 VE1
t
uO t ui=0时，T1止，T2通，uE=uE2, uO=1 ui上升，uB1上升; 至uE1时, T1仍止 ui继续上升, 仍为T2通, T1止, uO=1 ui继续上升, 至uE2时, T1通, T2止, uO=0 ui继续上升, 仍为T1通, T2止, uO=0 ui降至uE2时, 仍为T1通, T2止, uO=0 ui开始下降, 仍为T1通, T2止, uO=0 ui降至uE1时, T1止, T2通, uO=1
O uiu 下降 , 至VT时, 翻转
翻转VT-=VT ΔVT=?
CMOS反相器组成的施密特触发器
VOH=VDD VOL=0 VT=VDD/2 R1<R2
ui
ui=0时, uO=0, ui’=uiR2/(R1+R2) ui由0上升, 至 ui’=uiR2/(R1+R2)=VT=VDD/2时, uO翻转 得VT+=VDD(1+R1/R2)/2 ui由VDD下降, 至 ui’=uiR2/(R1+R2)+VDDR1/(R1+R2)=VT时, uO翻转 得VT-=VDD(1-R1/R2)/2 得ΔVT-=VDDR1/R2
R1
R2 uC
C
uC2继续上升至2UCC/3时, uC1=0, uC2=1, uO=0, T通 T导通后, C经过R2, T放电, 使uC下降
uC2降至2UCC/3时, uC2继续下降至2UCC/3时, uC1=1, uC2=1, uO=0, T通 uC1=1, uC2=0, uO=1, T至
555应用—多谐振荡器
施密特触发器(Schmitt Trigger)
7413 T1通时, T2不通，输出低电平 UE1≈(UCC-UCES) RE1/(RC1+RE1)
2K 1.4K
T1止时, T2通，输出高电平 UE2≈(UCC-UCES) RE1/(RC2+RE1)
UE1< UE2
输入级
480
施密特电路 电平偏移级
施密特触发器的应用
特点: 有两个阈值电压, 存在回差电压 输出翻转时有正反馈过程, 使输出边沿陡峭
抗干扰能力强 数据传输中用于数据恢复
ui VCC VT+ VTt uO t
施密特触发器的应用—波形变换
施密特触发器的应用—整形
单片集成电路555定时器
单片集成电路555定时器
分压器: 提供 基准电压
uC
UCC 2UCC/3 UCC/3
t
uO t 充电时间常数: τ1=(R1+R2)C 放电时间常数: τ2=(R1+RTON)C τ1 >τ2 T1 >T2 占空比不等于50%
VO2
t Vi3 VT t
环形振荡器
1 VO1 2 VO2 R Vi3
C
由于Vi3的电位可低于0, 加一RS, 使电流不至于过大
RS
3
VO
对称式多谐振荡器
C2 Vi1
找一个起点 VO2=VOH OL Vi1=VH L VO1=VOH OL Vi2=VH L VH=VT+VOH-VOL 如果C1=C2, R1=R2, 则得到方波
TTL“与非”门组成的施密特触发器
R2<RON 0 0
1
0
此时ui’值为Ui’
ui上升, 过VT时, ui’为ui的分压值 ui继续上升, 使ui’为VT时, 翻转 ui’ =(VT+-VD-VOL)R2/(R1+R2)+V uiOL ’ =VT VT+=VT(1+R1/R2)+VD+(R1/R2)VOL R2
1 R1
VO1 Vi2 C1
2 R2
VO2
3
VO
振荡周期, 占空比由RC决定
Vi2 VO2
VT
t
t VT
Vi1
VO1
t
t
VL=VT+ΔV-VOH+VOL
晶体振荡器
稳定性好 见通信电路
振荡器
矩形波振荡器 方波振荡器 多谐振荡器 无稳触发器
单稳触发器
顾名思义就是只有一个稳态, 而另一个状态 是不稳定状态 可将脉冲宽度整理成所要的宽度 在通信系统中十分有用
输出缓冲
2VCC/3 比较器
R-S锁存器
VCC/3 三极管: 控制充放电
555应用—单稳态触发器
555应用—单稳态触发器
找稳态 “1”高于VCC/3 稳态输出为0
0 1
0 1
1 0
0 1 充电 放电 uC下降 上升 τ=RC Τ 很小 0
1 1 0
1 导通 截止 导通
555应用—施密特触发器
555应用—施密特触发器
ui2降至VT时, 输出翻转
由于Vi=0, Vi2t 在此过 VT, 对输出无影响 t
uA uO 恢复过程结束, 等待 将输入宽脉冲变为窄脉冲 下一个触发脉冲 输出脉宽取决于外接RC
VT t
t
单稳触发器
输出状态中一个为稳态, 另一个为暂态, 故 为单稳态触发器 One shot trigger 输出脉冲宽度由外接ＲＣ决定
555应用—施密特触发器
ui
UCC 2UCC/3 UCC/3
t
uO t
555应用—多谐振荡器
555应用—多谐振荡器
上电时uC=0, uC1=1, uC2=0, uO=1, T截止 UCC经R1, R2向C充电时, 使uC2上升 uC2上升至UCC/3时, uC1=1, uC2=1, uO仍为1
TTL积分型单稳态触发
找稳态
触发沿到 1 0 0 1 ud 1 0 1
uA按指数规律下降
时间常数: (R+ROL)C uA降到VT时, uO翻转 uA按指数规律继续下降 触发脉冲结束
C又充电, 经一段时间回到稳态 等待下一触发脉冲 宽变窄 输出脉宽取决于外接RC
ui 电容电压不突变 , ui2按指数规律下降, τ=(R+R )C u OL O1
V1
V2
VO
t V2
VO
t
环形振荡器
V1 V2
VO
实验室中用示波器观察, VO什么样?
VOH
VO VOL
t
环形振荡器
延迟
VO
R
C R C
VO
VO
环形振荡器
1
找一个起点
VO1
2
VO2 R Vi3 C
3
VO
振荡周期, 占空比由RC决定
VO
VO=VOH OL VO1=VOH OL
t VO1 t
VO2=VOH OL Vi3=VH L VH +V +V -VOL L=VT-V OH OH
脉冲信号的产生和整形
概述
矩形脉冲作为时钟信号或控制信号用来控 制和协调整个数字系统的工作：振荡器 数字信号的恢复：施密特触发器 数字信号的整形：单稳触发器
环形振荡器
传输延迟为tpd
得到矩形波 T=6tpd 如果tpd=10nS 则T=60nS 则f=16.67MHz 如何改变频率? f=100kHz? 偶数个反相器? tpd t V1
ui=0时, uC1=1, uC2=0, uO=1
ui
ui上升至UCC/3时, uC1=1 uC2=1, uO不变,仍为1 ui继续上升至2UCC/3时, uC1=0, uC2=1, uo=0 Ui下降至2UCC/3时, uC1=1 uC2=1, uO不变,仍为0 ui继续下降至UCC/3时, uC1=1, uC2=0, uo=1 ΔVT=UCC/3 VT+=2UCC/3 VT-=UCC/3
CMOS微分型单稳触发器
微分电路
使输入脉冲变窄
CMOS微分型单稳触发器
要分析该电路,只要找出UO与UI的关系, 也就是与Ud的关系即可 要分析单稳电路, 第一步应找出稳态
CMOS微分型单稳触发器
ui ud
把窄脉冲整形成宽脉冲 , t 脉宽由RC决定 t uO1 t ui2 uO
VT t
t
TTL积分型单稳态触发
ui
VCC VE2 VE1
该电路中VT+ =VE2, VT- =VE1 回差电压ΔVT = VT+ - VT-
uO 电压转移特性 uO
t 与普通门的差别: 有两阈值电压 t 是Trigger, 实际上是门, 不是触发器 逻辑符号
V V V E1 T+ V E2 T施密特触发器有两阈值电压
ui
分别称为正向(上限)阈值电压VT+和负向(下限)阈值电压VT-