时钟电路的设计与测试

+5 V
V Uo R5
自举式锯齿波产生器
二、施密特触发器
1. 特性 施密特触发器在两个稳定状态 1）把变化十分缓慢的不规则的波形变换为数字
电路所需的矩形脉冲，属电平触发，其维持和转
换完全取决于输入电压的大小。 2）输入电压增大或减小时，电路具有不同的阈 值电压UT+、UT-（UT+为上限阈值电压，UT-为下 限阈值电压），两者之差为回差电压△UT。
R 1 1 uo R C1 C2
C1
1
uo
C2
R
(c)
(d)
任务3：脉冲整形电路的设计和测试
一、单稳态触发器 二、施密特触发器
一、单稳态触发器
１．特点 １）它有一个稳态和一个暂稳态； ２）无外加触发脉冲时，电路保持稳态；在外加 触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳态；在
暂稳态维持一段时间后，将自动返回稳态，暂稳
- ∞ Uo2 A2 + (S) +
& G2
Q
三、 555定时器的功能分析
1.R=0，输出为低电平，D通过V导通 2.R=1，S通过０.０１μＦ电容接地
+VDD 8 5 k TH S 6 UR1 5 5 k UR2 TR D 2 5 k 7 1 GND 100 4 - ∞ (R) A1 + Uo1 + & Q G1 G3 1 3 OUT R
2）分频
+UDD
SA C 50 F 8 6 3 2 R 2 M KA 1 5 0.01 F VD 4
+UCC R0 R2 R1 US C 7 6 2 RP 8 7555 5 4 3 1 uo
压控振荡器
VCC +5 V
R1
C2
R2 4 3 1 5 8 R4 7 R3 6 2 C 0.01 F C1 0.01 F
当R=1，S=0时，Q=1； 当R=0，S=1时，Q=0； 当R=1，S=1时，Q保持 原状态。
- ∞ Uo2 A2 + (S) +
& G2
Q
R 为直接复位端
R =0，则无论触发器是 什么状态，将强行复位， 使Q=0
4．放电开关及输出缓冲 缓冲器由G3构成，V是集电极开路的三极管，相当 于一个受控电子开关。
态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与外 加触发信号无关。 例：楼道的路灯 。
ui
2. 电路组成
+UDD R R D TH ui C 7 8 4 uo
UDD 1U 3 DD uC
3. 工作原理 t
P
o t 稳态：当未加输入脉冲时，ui
2U 3 DD
6 555 3 1 5 C0 0.01 µ F
为高电平，即 U TR ＞1/3UDD。
器则不必考虑这些因素。
555定时器功能测试
复位 阈值电压 任意 >2/3VDD <2/3VDD 触发电压 任意 >1/3 VDD >1/3 VDD 输出
测试电路
5.1kΩ VDD=+5V R
0 1 1
100kΩ
8 6 555
4 3
1
1
<2/3VDD
<2/3VDD
<1/3 VDD
>1/3 VDD
5
o t 接通直流电源UDD后，C经电 u
o
TR 2
UDD
t 阻R充电。当uC上升至
W
ui UDD 1U 3 DD uC o tP t
o 2/3UDD时，输出为0，内部 t
放电管V导通，C通过放电 管迅速放电，直到uC=0。此
2U 3 DD o uo UDD
时，因UTH＜2/3UDD，电路保
t tW t
内部电路
+VDD 8 5 k TH S 6 UR1 5 5 k UR2 TR D 2 5 k 7 1 GND 100 4 - ∞ (R) A1 + Uo1 + & Q G1 G3 1 3 OUT R
符号图
电源端 VCC 清零端
R1
放电端
8 4 7 6 555 2 1
地
2V 3
uo 输出端
电压 控制端
V
R2 高触发端
低触发端 u
c
5
C
- ∞ Uo2 A2 + (S) + & G2
0.01μ F
管脚排列
QHale Waihona Puke Baidu
VDD (a) 电路 S D TH 8 7 6 5
5G555
1 2 3 4
GND TR OUT R
555定时器主要由电阻分压器、电压比较器、基本 RS触发器和放电开关、输出缓冲等部分构成。
1．分压器 由３个５ｋΩ的电阻串联组成。 Ｓ为控制端
从而产生自激振荡，无需外触发。 输出周期性的矩形脉冲信号，由于含有丰富的谐 波分量，故称作多谐振荡器。
二、多谐振荡器的组成 三、多谐振荡器的原理 u
c
UDD R1 D R2 TH TR C 7 8 4 OUT uo R
2UDD 3 1UDD 3 o
6 555 3 2 1 5
0.01 µ F (a)
持原稳态0不变。
o
暂稳态：当加入负脉冲时， TR =ui＜1/3UDD， U 且UTH=0，则输出由0翻转为1。V管截止，暂稳态 开始。负脉冲消失，ui恢复为高电平，电源经R
对C充电，UTH（=uC）按指数规律上升。当UTH=uC
＜2/3UDD时，维持1态不变，这一阶段电路处于 暂稳态。 当UTH=uC上升到2/3UDD时，电路由暂稳态1自 动返回稳态0，V管由截止变为导通，C快速放电
1.555定时器（时基电路）是一种用途广泛的模拟数
字混合集成电路。1972年由西格尼蒂克斯公司
（Signetics）研制；设计新颖、构思奇巧，备受 电子专业设计人员和电子爱好者青睐。 2.555定时器只要其外部配接少量阻容元件就可构成 施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。
一、 555定时器的特点、分类、引脚
2. 电路组成
UDD TH ui 2 TR 1 5 C 8 4 3 uo OUT
ui 2U 3 DD 1U 3 DD
U R2
US 2
2．比较器 比较器是由两个结构相同的集成运放A1、A2构成的。 R +V 集成运放A1输出为Uo1 8 4 集成运放A2输出为Uo2 5 k
DD
TH S
6 UR1 5 5 k UR2
- ∞ (R) A1 + Uo1 +
& Q G1
G3 1
OUT 3
UTH>UR1时，Uo1=0(R=0)； UTH<UR1时，Uo1=1（R=1)。
TR D
2 5 k 7 1 GND
- ∞ Uo2 A2 + (S) +
& G2
U TR ＞U 时，U =1（S=1）； R2 o2
Q
100
U TR＜UR2时，Uo2=0（S=0）。
3．基本RS触发器 它由两个与非门组成，其输出状态Q取决于两个比较 器的输出。
+VDD 8 5 k TH S 6 UR1 5 5 k UR2 TR D 2 5 k 7 1 GND 100 4 - ∞ (R) A1 + Uo1 + & Q G1 G3 1 3 OUT R
TR
- ∞ Uo2 A2 + (S) +
& G2
Q
3.R=1，S外接电压US时 UTH＞US，U TR ＞1/2US， OUT为低电平，D与地导通；
100
UTH＜US， U TR＞1/2US，保持，
U UTH＜US， TR＜1/2US，
OUT为高电平，V管截止。
功能表：
四、 555定时器的主要参数
uc UDD 2UDD 3 1UDD 3 o uo UDD o
t
t1
t2
假设电容C初始电压为零，在接 U TR 通直流电源VDD瞬间，UTH=uC= 1 t =0V＜ 3 V ，则OUT=1，即第一暂 u 稳态，内部放电管V截止，电源 U t UDD经R1、R2t对电容C充电，电容 o t 电压逐渐上升。当uC达到2/3UDD (b) 时，输出由1跳变为0，电路进入 第二暂稳态，同时V管导通，使 电容C通过R2及V管放电，uC下降。 当uC下降至1/3UDD时，输出又由0 跳变为1，电路又回到第一暂稳 态，同时V管截止，C又重新充电。
1）UTH＞
，U U TR＞ VDD o2=1（S=1） Q=0，OUT为低电平， D与地导通；
1 3
2 VDD ，Uo1=0(R=0)， 3
- ∞ Uo2 A2 + (S) +
& G2
Q
2 2）UTH＜ 3 VDD ，Uo1=1(R=1)， 1 U TR＞ VDD，U =1（S=1） o2 3
保持
+VDD 8 5 k TH S 6 UR1 5 5 k UR2 TR D 2 5 k 7 1 GND 100 4 - ∞ (R) A1 + Uo1 + & Q G1 G3 1 R
- ∞ Uo2 A2 + (S) +
& G2
Q
若通过０.０１μＦ电 容接地，则 2 OUT U R1 U DD 3 3 1 U R 2 U DD 3 若S外加控制电压Us， 则 U R1 U S
+VDD 8 5 k TH S 6 UR1 5 5 k UR2 TR D 2 5 k 7 1 GND 100 4 - ∞ (R) A1 + Uo1 + & Q G1 G3 1 3 OUT R
当Q=1时，V导通，相当 于开关合上，D与地导通
当Q=0时，V截止，相当 于开关断开，D与地断开 输出缓冲：提高电流驱动 能力，隔离负载对定时器 的影响。
项目三
时钟电路的设计与测试
任务1：555定时器功能分析及测试
任务2：时钟电路的设计和测试
任务3：脉冲整形电路的设计和测试
任务4：A/D和D/A电路的了解
任务1：555定时器功能分析及测试
一、555定时器的特点、分类、引脚 二、555定时器的电路组成
三、555定时器的功能分析
在数字系统中，获得时钟脉冲信号(矩形 波）的方法主要有两种：
按内部元件分：双极型——内部采用晶体管 单极型——内部采用场效应管 按单片电路中包含定时器的个数分：单时基 双时基 常见的555定时器的型号： 5G555——单时基双极型 CC755——单时基CMOS型 5G556——双时基双极型 CC756——双时基CMOS型
典型 封装
二、555定时器的电路组成
改进电路
充电回路为UDD→R1→VD2→C→地， 放电回路为C→VD1→R2→放电管V→地， 周期T= 0.7（R1+R2）C 占空比q=t1/T=R1/(R1+R2) 可用电位器调节占空比
R2 VD1 C1 R1 RP 7 6 2
VD2
+UDD
8 555 1
4 3 5 C2 uo
其它多谐振荡器
至0。
４. 暂稳态时间——输出脉冲时间 u tW=1.1RC
i
5．典型应用 1）定时、延时 R
D TH 6 555 3 uo TR 2 +UDD o uo tW o t t 8 4 7 uO 的 下 降 沿 比 uI 的 下
降沿延迟了tw的时间。
1 5 C0 0.01 µ F
单稳态触发器能够产生一定宽度tw的矩形脉冲， 利用这个脉冲去控制某一电路，则可使它在tw时间 内动作(或者不动作)。
DD
o DD 1 2
UDD
振荡周期 充电时间t1=0.7（R1+R2）C
放电时间t2=0.7R2C 周期T= t1+ t2=0.7（R1+2R2）C 频率f=1/T
C (a) R1 D R2 TH TR 7 8 4 R
UDD
6 555 3 2 1 5
OUT uo
0.01 µ F
占空比q=t1/T=(R1+R2)/(R1+2R2)>50%
+VDD 8 5 k TH S 6 UR1 5 5 k UR2 2 5 k D 7 1 GND 4 - ∞ (R) A1 + Uo1 +
R
& Q 1 G1
G3 3
OUT
2 3）UTH＜ VDD ，Uo1=1(R=1)， 3 U TR＜1 VDD，U =0（S=0） o2 3
Q=1，OUT为高电平， V管截止。
100kΩ 2 1 0.01µF
任务2：时钟电路的设计和测试
一、多谐振荡器的特点 二、多谐振荡器的组成 三、多谐振荡器的原理
一、多谐振荡器的特点
能产生矩形脉的自激振荡器，是一种无稳态 电路，两个暂稳态交替变换。 多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳态。
通过电容的充电和放电，使两个暂稳态相互交替，
从上表可见：
(1) 二者的工作电源电压范围不同。
(2) 双极型定时器输入输出电流较大，驱动能力
强，可直接驱动负载，适宜于有稳定电源的场
合使用。 (3) 单极型定时器输入阻抗高，工作电流小，功 耗低且精度高，多用于需要节省功耗的领域。 注意：CMOS型定时器在储存、使用中要防止静电
危害，注意多余输入端的处理，而双极型定时
（1）利用多谐振荡器直接产生；
（2）利用施密特触发器和单稳态触发器构 成的整形电路对已有信号进行整形、变换 得到。
常见的几种脉冲信号波形
矩形脉冲波形的主要参数
Vm：脉冲幅度
tw
tw：脉冲宽度 T：脉冲周期
Vm
tr：上升时间 tf：下降时间
占空比q=tw/T 通常用百分比表示
tr
T
tf
555定时器简介