《定时器的应用》PPT课件.ppt

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1、概述,单稳态触发器,施密特触发器,555定时器,脉冲产生和整形电路,多谐振荡器,数字电路常常需要用到各种幅度、宽度以及具有陡峭边沿的脉冲信号，如触发器就需要时钟脉冲（CP）。,脉冲信号产生要用多谐振荡器。,本章将介绍常用的施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器，同时介绍一种多用途的定时电路555定时器。,获取这些脉冲信号的方法通常有两种：直接产生；利用已有信号整形或变换得到。,脉冲信号整形则要用单稳态触发器和施密特触发器,本章基本内容,一、脉冲信号的定义及参数,（不对称方波）,三角波：,锯齿波：,微分窄脉冲：,概 述,按非正弦规律变化的信号均可称脉冲信号。,方波：,（对称方波）,脉冲信号的参数

2、,q=TW/T 占空比,T 脉冲周期 f=1/T 频率,Tw 脉冲宽度,Vm 幅值,概 述,二、微分电路（高通滤波电路）,概 述,当微分电路输入方波信号时，输出波形应如何？设RCTW,概 述,三、积分电路,概 述,施密特触发器,问题的提出电冰箱温控系统,输入输出波形,实际温控波形,施密特触发器是具有滞后特性的数字传输门。,施密特触发器,什么是施密特触发器？,逻辑符号,输入输出波形,思考：施密特触发器有什么特点？,施密特触发器,施密特触发器特点：,（1）输出有两种状态（输出为数字信号）；,（2）输入采用电平触发（输入为模拟信号）；,（3）对于正向和负向增长的输入信号，电路有不同的阈值电平（VT+

3、和VT-）。,采用施密特触发器后的实际温控波形,施密特触发器有同相传输和反相传输两种电路,施密特触发器的电压传输特性,施密特触发器,G1、G2为CMOS门电路，其阈值电压为1/2VDD。电路中要求R1R2。,由门电路构成的施密特触发器,电路构成,工作原理分析（教材P139）,（1）当vI=0V时，vO1 VDD，vO 0V，vI 0V；,由门电路构成的施密特触发器,（2）当vI升高时，vI 也升高。当vI 达到1/2VDD时，G1、G2输出状态将发生翻转。此时对应的vI值称为VT+。,（3）当vI大于VT+时，电路转到另一稳态：vO1 0V，vO VDD。,VT+,=1/2VDD,0,1,（4

4、）当vI由高变低时，vI 也由高变低。当vI 1/2VDD时，电路又将发生转换。此时对应的vI称为VT。,由门电路构成的施密特触发器,（5）当vI小于VT时，电路转到另一稳态：vO1=VDD，vO 0V。,1,0,VT,=1/2VDD,工作波形,由门电路构成的施密特触发器,施密特触发器 应用举例,脉冲变换,脉冲整形,施密特触发器 应用举例,脉冲鉴幅,构成多谐振荡器,施密特触发器 应用举例,思考题,试举出施密特触发器在实际生活中的应用实例，并尽可能说明其原理。,有两种状态：0态和1态，但只有一种状态能长久保持，故名单稳态触发器。,例子楼道灯控制系统,单稳态触发器的特点：,（1）有稳态和暂稳态两种

5、状态；,（2）平时处于稳态，在外部触发脉冲作用下，由稳态进入 暂稳态；,（3）暂稳态维持一定时间后自动回到稳态。,单稳态触发器,什么是单稳态触发器？,单稳态触发器主要有以下三类：,（1）微分型单稳态触发器,（2）积分型单稳态触发器,（3）集成单稳态触发器,单稳态触发器的分类,门电路+RC微分电路微分型单稳态触发器,G1、G2为CMOS或非门，vO1、vO分别为G1、G2的输出，vI2为G2输入。,微分型单稳态触发器,电路结构（教材P142）,RC微分电路,触发脉冲,1.单稳态触发器的稳态,触发器的稳态为 vO1 VDD，vO 0V。此时，电容两端的电压相等，无充放电。,工作原理分析,微分型单稳

6、态触发器,稳态时，无触发脉冲输入，vI 为低电平，C 没有充放电，相当于断开。,0,1,0,1,作用：改善vO1、vO边沿。,微分型单稳态触发器,暂稳态：vO1=0V，vO VDD,2.当vI 加一正脉冲时，由稳态进入暂稳态。,这里有一正反馈现象：,工作原理分析（续）,3.暂稳态自动回到稳态,作用：改善vO1、vO边沿。,随着VDD通过电阻向电容C的充电，vI2逐渐上升，当vI2 上升到VT时，vO 0V，vO1 VDD，电路回到稳态。,正反馈现象：,微分型单稳态触发器,0,工作原理分析（续）,微分型单稳态触发器,工作波形分析,1.暂稳态维持时间Tw,电容C充电电压方程：,参数计算,微分型单稳

7、态触发器,将VC（0）0V，VC（）VDD，T=RC 代入上式得：,当vC（t）=VT=1/2VDD时，t=Tw，代入上式可求得：,2.恢复时间Tre,Tre（35）RC,3.最高工作效率fmax,Td=Tw+Tre,fmax=,微分型单稳态触发器,在暂稳态期间Tw和恢复时间Tre内，电路不得响应触发信号。因此，2个触发信号之间的最小时间间隔为：,参数计算（续）,思考题,微分型单稳态触发器,若触发脉冲宽度大于TW时，电路能否正常工作？如何解决？,静态时a、b、d、e各点的电位如何？,控制电路用于产生窄脉冲。当输入满足以下条件时，控制电路产生窄脉冲：,（1）若A1、A2中至少有一个为0时，B由0

8、1；,74LS121的原理框图,集成单稳态触发器,微分型单稳态触发器,输出缓冲,（2）若B=1，A1、A2中至少有一个由10。,74LS121内部结构和引脚图：,集成单稳态触发器,74LS121的功能表（教材P144）,集成单稳态触发器,两种不同接法（教材P145）,集成单稳态触发器,单稳态触发器应用,用于定时,单稳态触发器应用,用于整形,多谐振荡器就是方波发生器。由于方波中除基波外还包含了许多高次谐波，因此，又称为多谐振荡器。,多谐振荡器,什么是多谐振荡器？,多谐振荡器不需要外加信号，只要一上电就会产生方波信号。,电路组成及工作原理,由门电路构成多谐振荡器,（1）设电路的初态为vO1=1,v

9、O2=0，这种状态下不可能持久维持；,（2）通过vO1RCvO2向C充电，使vI1不断上升；,（3）当vI1VT时，G1输出低电平，G2输出高电平，即vO1=0，vO2=1。,工作原理,由门电路构成多谐振荡器,（4）vO1=0，vO2=1这个状态也不能持久；,（5）通过vO2CRvO1对电容C反向充电，vI1逐步减少；,（6）当vI1VT时，G1输出高电平，G2输出低电平，即又回到vO1=1，vO2=0的状态。,（7）周而复始产生方波。,工作波形,由门电路构成多谐振荡器,T1,T2,T1、T2的计算公式请同学自己推导。,其它形式的多谐振荡器,环形多谐振荡器,石英晶体多谐振荡器,R=5k,2/3

10、VDD,1/3VDD,555定时器的内部结构及逻辑符号（教材P146）,555定时器的工作原理,基本RS触发器,比较器,555定时器的功能表,555定时器的工作原理,用555构成的施密特触发器,电路结构,（1）当vI1/3VDD时，,R=0，S=1，Q=1，vO=1；,（2）当1/3VDD vI2/3VDD时，,R=0，S=0，Q=1，vO=1；,（3）当 vI2/3VDD时，,R=1，S=0，Q=0，vO=0；,（4）当1/3VDD vI2/3VDD时，,R=0，S=0，Q=0，vO=0；,（5）当vI1/3VDD时，,R=0，S=1，Q=1，vO=1；,原理分析,用555构成的施密特触发器

11、,主要参数,用555构成的施密特触发器,1.阀值电平,VT+=2/3VDD,VT-=1/3VDD,2.回差电压=VT+VT-=1/3VDD,用555构成的多谐振荡器,电路结构（教材P148）,用555构成的多谐振荡器,工作原理,1.上电时，vC=0，得R=0，S=1，Q=1，N1管截止,vO=1。,3.当vC 2/3VDD时，R=1，S=0，基本RS触发器被置0，Q=0，N1管导通，vO=0。,2.当VDD通过R1、R2向C充电，vC 逐渐上升;,用555构成的多谐振荡器,工作原理（续）,5.当vC下降到vC 1/3VDD时，R=0，S=1，RS 触发器置成1态，Q=1，T1管截止，vO=1。

12、对电容C充电又重新开始。,4.电容C将通过R2和N1管放电，vC逐渐下降；,T1,T2,工作波形,用555构成的多谐振荡器,主要参数计算,从占空比q 的表达式可知，占空比始终大于50。,通过vC的暂态方程，求得：,T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C,T1=0.7(R1+R2)C,T2=0.7R2C,占空比任意可调的 多谐振荡器,用555构成的多谐振荡器,T1=0.7R1C,T2=0.7R2C,思考题,用555构成的多谐振荡器,如图所示是一个由555定时器构成的防盗报警电路，a、b两端被一细铜丝接通，此铜丝置于盗窃者必经之路，当盗窃者闯入室内将铜丝碰断后，扬声器即发出报警声。说明本报警电路

13、的工作原理。,用555构成的单稳态触发器,电路结构,最后又回vO=0V。,工作原理分析,接通电源时R=0,S=0；,假设RS触发器初态为1；,假设RS触发器初态为0；,结论：接通电源后，不管起始状态如何，最终触发器处于稳态 vO=0。,用555构成的单稳态触发器,2/3VDD,1,0,1,导通,0,0,0,0,1.什么是稳态？,vO=0V，此状态能长久保持；,工作原理分析（续）,截止,1,导通,0,0,2.当vI加一个负脉冲；,3.触发器自动回到稳态，vO=0,2/3VDD,1,0,1,用555构成的单稳态触发器,1,0,0,0,0,0,1,电路进入暂稳态，vO=VDD；,TW,工作波形,用555构成的单稳态触发器,主要参数（教材P148）,1.基本RS触发器具有两个稳态、单稳态触发器具有一个稳态，而多谐振荡器没有稳态。,2.无论电路的具体结构如何，凡是含有RC元件的脉冲电路，分析的关键就是电容的充放电，而关键连接点就是与电容相连的门电路的输入端。,3.555定时器是一种应用广泛的集成电路，它是早期模拟电路和数字电路结合的典范。,小 结,P7.8,T7.5,P7.7,教材270页,华以冬灡,