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数字电路与逻辑设计第六章

发布时间:2019-07-02 05:15 来源:未知 编辑:admin

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  第6章 脉冲产生电路及集成定时器 章 6.1 多谐振荡器 能够产生脉冲方波的自激振荡器称为多谐振荡器。 能够产生脉冲方波的自激振荡器称为多谐振荡器。 称为多谐振荡器 这种振荡器在接通电源之后,不需外加输入信号,就能自动产生连续的周期性方波。 这种振荡器在接通电源之后,不需外加输入信号,就能自动产生连续的周期性方波。 多谐振荡器多由TTL门电路和 门电路和CMOS门电路构成。 门电路构成。 多谐振荡器多由 门电路和 门电路构成 由于TTL门电路的速度比 门电路的速度比CMOS门电路的速度快,故TTL门电路适用于构成频率较高的 门电路的速度快, 由于 门电路的速度比 门电路的速度快 门电路适用于构成频率较高的 多谐振荡器, 门电路适用于构成频率较低的多谐振荡器。 多谐振荡器,而CMOS门电路适用于构成频率较低的多谐振荡器。 门电路适用于构成频率较低的多谐振荡器 6.1.1 TTL门电路构成的多谐振荡器 门电路构成的多谐振荡器 TTL非门、与非门与RC电路或石英晶体结合可以构成各种形式的多谐振荡器。 非门、与非门与 电路或石英晶体结合可以构成各种形式的多谐振荡器 电路或石英晶体结合可以构成各种形式的多谐振荡器。 非门 1. 环形多谐振荡器 . 2.TTL门电路构成的晶体振荡器 . 门电路构成的晶体振荡器 6.1.2 CMOS门电路构成的多谐振荡器 门电路构成的多谐振荡器 6.2 单稳态触发电路 单稳态电路的特点是其状态为一个稳态和一个暂稳态。 单稳态电路的特点是其状态为一个稳态和一个暂稳态。 电路的特点是其状态为一个稳态和一个暂稳态 在外触发信号的作用下,电路从稳态翻转到暂稳态,经过一段时间后再自动返回到稳态。 在外触发信号的作用下,电路从稳态翻转到暂稳态,经过一段时间后再自动返回到稳态。 电路处于暂稳态的时间由电路的定时元件(R、 决定 与触发信号无关。 决定, 电路处于暂稳态的时间由电路的定时元件 、C)决定,与触发信号无关。 6.2.1 门电路和 触发器构成的单稳态电路 门电路和D触发器构成的单稳态电路 Vi CD4013 S Q R C VC Q R V0 D Vi D CLK 用D触发器构成的单稳态电路 V0 暂稳态 稳态 触发信号从置位端S输入,输出端 接一个 接一个RC 触发信号从置位端 输入,输出端Q接一个 输入 网络,二极管D为电容 为电容C在 网络,二极管 为电容 在Q=0时的放电提供 时的放电提供 快速通路,以减少复位脉冲的恢复时间。 快速通路,以减少复位脉冲的恢复时间。 端出现正触发脉冲, 端变为 端变为“ ” 当S端出现正触发脉冲,Q端变为“1”,并通 端出现正触发脉冲 过电阻R对电容 充电,电路处于暂稳态; 过电阻 对电容C充电,电路处于暂稳态; 对电容 充电 VC 上的电压上升到R 当C上的电压上升到 端的复位电平时,Q端 上的电压上升到 端的复位电平时, 端 由“1”恢复为“0”时的稳态。 ”恢复为“ ”时的稳态。 该电路的暂稳态持续时间约为0.7RC。 。 该电路的暂稳态持续时间约为 6.2.2 集成化的单稳态电路 非重复触发型 当单稳态电路被触发并进入暂稳态后, 当单稳态电路被触发并进入暂稳态后,在暂稳态未结束时间内再 次触发将不起作用,这种单稳态电路称为非重复触发型( 次触发将不起作用,这种单稳态电路称为非重复触发型(74121) ) 单 稳 态 电 路 可重复触发型 当单稳态电路被触发并进入暂稳态后, 当单稳态电路被触发并进入暂稳态后,在暂稳态未结束时间内再 次被触发,单稳态电路再重新进入暂稳态, 次被触发,单稳态电路再重新进入暂稳态,这种单稳态电路称为 可重复触发型( 可重复触发型(74123) ) 74121线 × 1 1 1 ↑ ↑ Q 0 0 0 0 输出 __ Q 1 1 1 1 RC Q 74121 C A1 Q A2 B × 1 1 ↓ ↓ 0 × 稳 态 暂 稳 态 R1 V CC R2 V CC Q RC Q C1 74121 C (1) A1 Q A2 B S RC Q C2 74121 C (2) A1 Q A2 B 由74121组成的方波发生电路 组成的方波发生电路 利用Q1的下降沿使第二个 反转, 的上升沿又使第一个74121反转,如此周而 反转, 利用 的下降沿使第二个74121反转,而Q2的上升沿又使第一个 的下降沿使第二个 反转 的上升沿又使第一个 反转 复始,便可得到一个连续输出的方波,其周期大约为: 复始,便可得到一个连续输出的方波,其周期大约为: T=0.7(R1C1+R2C2) ( ) S合上,B2=0,Q2=0,/Q2=1;B1=1,Q1=0 合上, 合上 , , ; , 0.7R2C2后, Q2由1到0,/Q2由0到1 后 由 到 , 由 到 B1产生上升沿,Q1由0到1, 0.7R1C1后, Q1由1到0,A1、A2产生下降沿 产生上升沿, 由 到 , 产生上升沿 后 由 到 , 、 产生下降沿 Q2由0到1,下一个循环开始。 由 到 ,下一个循环开始。 S打开 暂稳态 0.7R2C2 稳态 暂稳态 0.7R1C1 稳态 S打开,暂稳态开始。B2产生上升沿,Q2由0到1,/Q2由1到0; 打开,暂稳态开始。 产生上升沿 产生上升沿, 由 到 , 打开 由 到 ; Q2 6.3 施密特触发电路 施密特触发电路是一种特殊的电路。 施密特触发电路是一种特殊的电路。 是一种特殊的电路 有两个使其输出状态发生变化的输入信号的转折电压, 它有两个使其输出状态发生变化的输入信号的转折电压,即在输出状态发生变化时所需 要的触发信号电平不同,表现出回差特性。 要的触发信号电平不同,表现出回差特性。 该电路具有很强的抗干扰性,广泛用于波形的变换与整形以及脉冲幅度的鉴别。 该电路具有很强的抗干扰性,广泛用于波形的变换与整形以及脉冲幅度的鉴别。 运算放大器、电压比较器、门电路等均可构成施密特触发电路, 运算放大器、电压比较器、门电路等均可构成施密特触发电路,此外还有集成化的施密 特触发器。 特触发器。 6.3.2 集成化的施密特触发器及应用 1 1 2 2 3 1 2 2 1 3 74LS14 74LS132 CD4584 CD4093 VC R VC C 74LS14 V0 U2 U1 V0 t t 施密特触发器的应用-----构成多谐振荡器 Vi U2 U 1 CD40106 Vi 1 2 V 0 V 0 施密特触发器的应用-----整形和消抖动 6.4 集成 集成555定时器及其应用 定时器及其应用 定时器是大多数数字系统的重要部件之一。 定时器是大多数数字系统的重要部件之一。 是大多数数字系统的重要部件之一 555定时器组件的推出,极大地简化了定时器电路的设计。 定时器组件的推出,极大地简化了定时器电路的设计。 定时器组件的推出 555集成定时器按制造工艺分有 集成定时器按制造工艺分有TTL型和 型和CMOS型。 集成定时器按制造工艺分有 型和 型 TTL型的定时器其数字代码为 型的定时器其数字代码为555,而CMOS型的定时器其数字代码为 型的定时器其数字代码为7555。 型的定时器其数字代码为 , 型的定时器其数字代码为 。 TTL型的定时器的静态功耗较高,电源电压范围通常为4.5~16V; 型的定时器的静态功耗较高,电源电压范围通常为 ~ V; V;CMOS型的定时器的 型的定时器的静态功耗较高 型的定时器的 静态功耗较低,电源电压范围通常为2~ 静态功耗较低,电源电压范围通常为 ~18V,且输入阻抗高,在大多数的应用场合可以 ,且输入阻抗高, 直接代换TTL型的定时器。 型的定时器。 直接代换 型的定时器 6.4.1 7555集成定时器的工作原理 集成定时器的工作原理 8 VCC ICM7555 8 4 R 6 5 4 A R R R Q 驱 动 3 7 DIS VCC Q 3 R 2 B R S Q N 7 6 2 GND 1 CVolt THR TRIG 5 1 THR(6) ( ) × (2/3)VCC (2/3)VCC (2/3)VCC (2/3)VCC TRIG(2) ( ) × (1/3)VCC (1/3)VCC (1/3)VCC (1/3)VCC R(4) ( ) 0 1 1 1 1 Q(3) ( ) 0 0 不变 1 不允许 N 导通 导通 不变 断开 6.4.2 7555集成定时器的典型应用 集成定时器的典型应用 V CC R1 6 V CC 8 4 Vi 1V 3 CC R A R B R S Q N 7 V C 5 R R Q 驱 动 3 V 0 t C Vi 2 V0 V CC T1 t VC 2 V CC t 1 3 555定时器构成单稳态触发器 定时器构成单稳态触发器 已放电完毕, 和 均为低电平 均为低电平。 (1)稳态:电路处于复位状态,电容 已放电完毕,VC和V0均为低电平。 )稳态:电路处于复位状态,电容C已放电完毕 输出为高电平, 触发器置1, (2)状态翻转:当Vi的下跳窄脉冲低于 Vcc/3时,下比较器 输出为高电平,使RS触发器置 ,电路 )状态翻转: 的下跳窄脉冲低于 时 下比较器B输出为高电平 触发器置 输出V0变为高电平 放电管N截止 电路进入暂稳态,定时开始。 变为高电平, 截止, 输出 变为高电平,放电管 截止,电路进入暂稳态,定时开始。 通过R1向 充电 电容C上的电压 按指数规律上升,趋向VCC。 充电, 上的电压VC按指数规律上升 (3)暂稳态阶段:VCC通过 向C充电,电容 上的电压 按指数规律上升,趋向 )暂稳态阶段: 通过 。 输出为高电平, 触发器置0, (4)状态再翻转:当VC上升到超过 2Vcc/3时,上比较器 输出为高电平,使RS触发器置 ,电路输 )状态再翻转: 上升到超过 时 上比较器A输出为高电平 触发器置 变为低电平, 饱和导通, 出V0变为低电平,放电管 饱和导通,定时结束。 变为低电平 放电管N饱和导通 定时结束。 很快放电, 下降到低电平 输出V0维持在低电平 电路返回稳态。 下降到低电平, 维持在低电平, (5)恢复阶段:电容 经N很快放电,VC下降到低电平,输出 维持在低电平,电路返回稳态。 )恢复阶段:电容C经 很快放电 暂稳态的输出脉冲宽度T1根据 电路过渡过程的公式可得 暂稳态的输出脉冲宽度 根据RC电路过渡过程的公式可得:T1=1.1R1C。 根据 电路过渡过程的公式可得: 。 V CC ICM7555 8 4 R 1 R VCC 7 R V C C 2 6 2 GND 1 CVolt THR TRIG DIS Q 3 V 0 V C 2V 3 CC 1V 3 CC t V 0 555定时器构成多谐振荡器 定时器构成多谐振荡器 当电源电压VCC刚接通时,电容C上的电压 为零,定时器内部的下比较器输出高电平, 刚接通时,电容 上的电压 为零,定时器内部的下比较器输出高电平, 上的电压VC为零 当电源电压 刚接通时 上比较器输出低电平,电路处于置位状态,即输出V0为高电平,内部放电管N截止。 上比较器输出低电平,电路处于置位状态, 即输出 为高电平,内部放电管 截止。 为高电平 截止 这时VCC经R1和R2向电容 充电,VC电位不断上升。当VC≥ 2Vcc/3时,定时器内部的 向电容C充电 电位不断上升。 这时 经 和 向电容 充电, 电位不断上升 时 上比较器输出高电平,电路翻转为复位状态,输出V0变为低电平 此时,内部放电管N 变为低电平, 上比较器输出高电平,电路翻转为复位状态,输出 变为低电平,此时,内部放电管 由截止变为导通, 经 和 放电 放电, 电位开始逐渐下降 电位开始逐渐下降。 由截止变为导通,C经R2和N放电,VC电位开始逐渐下降。 当VC≤ Vcc/3时,定时器内部的下比较器输出高电平,电路回到置位状态,输出 回到 时 定时器内部的下比较器输出高电平,电路回到置位状态,输出V0回到 高电平。 高电平。 然后,上述充、放电过程被再次重复,从而形成连续的多谐振荡。 然后,上述充、放电过程被再次重复,从而形成连续的多谐振荡。 显然,充电的时常数为τ1=(R1+R2)C,而放电的时常数为 显然,充电的时常数为 ( ) ,而放电的时常数为τ2=R2C。 。 5 t V CC ICM7555 4 R 8 VCC V i 2V 3 CC 1V 3 CC V 0 t V 0 7 V DIS Q i 6 2 CVolt GND 1 THR TRIG 3 555定时器构成施密特触发器 定时器构成施密特触发器 在定时器的内部有两个被分别设置在2Vcc/3 和Vcc/3 参考基准上的比较器,而这两个比 参考基准上的比较器, 在定时器的内部有两个被分别设置在 较器的输出又分别作为后随的RS触发器的复位和置位端 因此,将定时器的第2脚和第 触发器的复位和置位端。 脚和第6 较器的输出又分别作为后随的 触发器的复位和置位端。因此,将定时器的第 脚和第 脚短接并作为信号输入端,则定时器就具有施密特触发器的功能。其回差电压为: 脚短接并作为信号输入端,则定时器就具有施密特触发器的功能。其回差电压为: 2 1 1 V CC ? V CC = V CC 3 3 3 在定时器的第5脚上外加一控制电压, 在定时器的第 脚上外加一控制电压,改变此控制电压的电压值就能改变内部比较器的参 脚上外加一控制电压 考基准,从而改变回差电压的大小。 考基准,从而改变回差电压的大小。 5 t

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