1、 數(shù)字系統(tǒng)中的時(shí)鐘脈沖、觸發(fā)脈沖、控制信號(hào)等是由脈數(shù)字系統(tǒng)中的時(shí)鐘脈沖、觸發(fā)脈沖、控制信號(hào)等是由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的。本章介紹幾種脈沖發(fā)生和脈沖變換電路。沖發(fā)生器產(chǎn)生的。本章介紹幾種脈沖發(fā)生和脈沖變換電路。 8.1 概述概述 8.1 .1 脈沖波形產(chǎn)生與變換電路的組成脈沖波形產(chǎn)生與變換電路的組成脈沖脈沖電路電路組成：組成：延遲電路延遲電路正反饋電路正反饋電路開關(guān)元件開關(guān)元件 /teffff )()(0)(t)(-)()(0-)(tfffflnt 我們著重介紹由我們著重介紹由555定時(shí)器組成的脈沖發(fā)生和定時(shí)器組成的脈沖發(fā)生和變換電路變換電路8.1 .2 555定時(shí)器定時(shí)器分分壓壓比比較較RS觸觸發(fā)器

2、發(fā)器+_+_Q5 k 5 k 5 k 8 +UCC452713C1C26DSDRQT+&1.緩沖緩沖輸出輸出8.1 .2 555定時(shí)器定時(shí)器分壓器：分壓器：由由3個(gè)個(gè)5K 電阻組成，當(dāng)電壓控制端電阻組成，當(dāng)電壓控制端(5腳腳)懸空時(shí)，懸空時(shí)，VA=2/3Vcc，VB =1/3Vcc，分別作為兩個(gè)比較器的基準(zhǔn)電，分別作為兩個(gè)比較器的基準(zhǔn)電平。改變平。改變5腳的輸入，可改變腳的輸入，可改變A、B的基準(zhǔn)電平。的基準(zhǔn)電平。2/3 UCC2/3 UCC1/3 UCC011/3 UCC112/3 UCC2/3 UCCRD=1SD=0.uCR1R2.+C充電充電C放電放電100uo1= VoLui3

3、=uth + VoL VoH uthuoVoL ，ucVoL uthuo= VoLC充電，充電，ui3 =uth111G1G2G3R1R2Cuo1uo2ui3u0+ VoLtui3VoHtuoVoHuthuth + VoL VoHVoH VoL+ uth第一暫第一暫態(tài)保持態(tài)保持uoVoH第二暫態(tài)開始，如第二暫態(tài)開始，如此往復(fù)并穩(wěn)定下來。此往復(fù)并穩(wěn)定下來。8.2.2. 8.2.2. 石英晶體時(shí)鐘脈沖發(fā)生器石英晶體時(shí)鐘脈沖發(fā)生器 石英晶體是石英晶體是SiO2結(jié)晶體，其符號(hào)及等效阻抗結(jié)晶體，其符號(hào)及等效阻抗的頻率特性如圖所示。的頻率特性如圖所示。 由圖可見石英晶由圖可見石英晶體具有很強(qiáng)的選頻性體具有

4、很強(qiáng)的選頻性且頻率特性非常穩(wěn)定。且頻率特性非常穩(wěn)定。當(dāng)外加電壓頻率等于當(dāng)外加電壓頻率等于其固有頻率其固有頻率fo時(shí)，其時(shí)，其阻抗最小，而其他頻阻抗最小，而其他頻率信號(hào)經(jīng)過石英晶體率信號(hào)經(jīng)過石英晶體時(shí)嚴(yán)重衰減。時(shí)嚴(yán)重衰減。1. 石英晶體片簡(jiǎn)介：石英晶體片簡(jiǎn)介：8.2.2. 8.2.2. 石英晶體時(shí)鐘脈沖發(fā)生器石英晶體時(shí)鐘脈沖發(fā)生器(1) 從第一暫穩(wěn)態(tài)自動(dòng)翻從第一暫穩(wěn)態(tài)自動(dòng)翻轉(zhuǎn)到第二暫穩(wěn)態(tài)的過程轉(zhuǎn)到第二暫穩(wěn)態(tài)的過程。 電源剛接通時(shí)，電容電源剛接通時(shí)，電容C2兩端電壓為兩端電壓為0，G1輸入輸入為低電平為低電平2. 石英晶體時(shí)鐘脈沖發(fā)生器：石英晶體時(shí)鐘脈沖發(fā)生器：+() 此正反饋過程保證電路進(jìn)入第一

5、暫穩(wěn)態(tài)。同此正反饋過程保證電路進(jìn)入第一暫穩(wěn)態(tài)。同時(shí)高電平時(shí)高電平uo經(jīng)經(jīng)R1對(duì)對(duì)C1、C2充電，當(dāng)充電，當(dāng)C2充電到充電到G1的的開門電平時(shí)，開門電平時(shí)，uo輸出低電平。經(jīng)過同樣的正反饋輸出低電平。經(jīng)過同樣的正反饋過程保證電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)。過程保證電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)。 將石英晶體與多諧振蕩器中的將石英晶體與多諧振蕩器中的C3串聯(lián)。石英晶串聯(lián)。石英晶體對(duì)其固有頻率體對(duì)其固有頻率fo相當(dāng)于阻抗最小的電阻，與相當(dāng)于阻抗最小的電阻，與C3構(gòu)構(gòu)成正反饋電路。成正反饋電路。8.2.2. 8.2.2. 石英晶體時(shí)鐘脈沖發(fā)生器石英晶體時(shí)鐘脈沖發(fā)生器(2) 從第二暫穩(wěn)態(tài)自動(dòng)翻轉(zhuǎn)到第一暫穩(wěn)態(tài)的過程從第二暫穩(wěn)態(tài)自

6、動(dòng)翻轉(zhuǎn)到第一暫穩(wěn)態(tài)的過程。2. 石英晶體時(shí)鐘脈沖發(fā)生器：石英晶體時(shí)鐘脈沖發(fā)生器：+(+) 此正反饋過程保證電此正反饋過程保證電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)。同時(shí)路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)。同時(shí)C1、C2放電，放電，C3充電。當(dāng)充電。當(dāng)C2電壓放到電壓放到G1的關(guān)門電平的關(guān)門電平時(shí)，時(shí)，uo又輸出高電平又輸出高電平 。 這樣的過程周而復(fù)始，電路輸出一系列方波。這樣的過程周而復(fù)始，電路輸出一系列方波。 石英晶體振蕩器的振蕩頻率取決于石英晶體片的石英晶體振蕩器的振蕩頻率取決于石英晶體片的固有頻率，與電路中的電阻電容值無關(guān)。固有頻率，與電路中的電阻電容值無關(guān)。當(dāng)當(dāng)uo輸出低電平時(shí)：輸出低電平時(shí)：。G1G2&uiuc

7、uo1uoCR 在基本在基本RSRS觸發(fā)器的觸發(fā)器的正反饋通道中串聯(lián)一個(gè)正反饋通道中串聯(lián)一個(gè)RCRC微分電路構(gòu)成微分電路構(gòu)成微分型微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。1G1G2&uiucuo1uoCR1 1、未觸發(fā)時(shí)電路處于穩(wěn)定狀態(tài)、未觸發(fā)時(shí)電路處于穩(wěn)定狀態(tài)未觸發(fā)時(shí)，輸入未觸發(fā)時(shí)，輸入u ui i為高電平為高電平( (用用“1”1”表示表示) )。1001 由以上正反饋保證電路處由以上正反饋保證電路處于穩(wěn)定狀態(tài)于穩(wěn)定狀態(tài)u uo o=V=VoHoH。2 2、外加觸發(fā)信號(hào)，電路由穩(wěn)、外加觸發(fā)信號(hào)，電路由穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)0 由以上正反饋保證電路能翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)由以上正反饋保

8、證電路能翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)u uo o=V=VoLoL。由于由于u uo o的低電平送回到的低電平送回到G1G1的輸入端，所以即使此時(shí)的輸入端，所以即使此時(shí)u ui i的觸發(fā)低脈沖的觸發(fā)低脈沖消失，輸出也不會(huì)改變。消失，輸出也不會(huì)改變。3 3、電容充電，電路由暫穩(wěn)態(tài)自、電容充電，電路由暫穩(wěn)態(tài)自動(dòng)返回穩(wěn)定狀態(tài)動(dòng)返回穩(wěn)定狀態(tài) 電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)的同時(shí)，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)的同時(shí)，u uo1o1的高電平對(duì)的高電平對(duì)C C充電。充電。 隨著隨著u uc c ，充電電流減小，電，充電電流減小，電阻阻R R上的電壓也減小，當(dāng)上的電壓也減小，當(dāng)V VA A降低到降低到G G2 2的關(guān)門電平的關(guān)門電平VoVoFFFF時(shí)，時(shí)，

9、G G2 2輸出輸出u uo o由由低電平低電平V VoLoL躍變到高電平躍變到高電平V VoHoH。暫穩(wěn)。暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束，電路返回穩(wěn)定狀態(tài)。態(tài)結(jié)束，電路返回穩(wěn)定狀態(tài)。 G G2 2關(guān)門前一瞬間，電容兩端電壓關(guān)門前一瞬間，電容兩端電壓u uc cV VoHoH - V - Vo oFFFF 。1G1G2&uiucuo1uoCR10010A A4 4、電容兩端電壓的恢復(fù)過程、電容兩端電壓的恢復(fù)過程 暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束時(shí)，暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束時(shí)，u uo1o1為低為低電平。由于電容兩端的電壓不電平。由于電容兩端的電壓不能突變，所以能突變，所以A A點(diǎn)電位躍變?yōu)辄c(diǎn)電位躍變?yōu)閂 VoLoL-(-(V VoHoH-

10、V- Vo oFFFF),),此后電容開始此后電容開始放電，放電結(jié)束時(shí)，放電，放電結(jié)束時(shí)，V VA A約為約為0 0，電容電壓電容電壓u uc c也約為也約為0 0，為觸發(fā)，為觸發(fā)器下次翻轉(zhuǎn)作好準(zhǔn)備。器下次翻轉(zhuǎn)作好準(zhǔn)備。 1G1G2&uiucuo1uoCR10010A A電路中各點(diǎn)電平變化如圖所示。電路中各點(diǎn)電平變化如圖所示。 暫穩(wěn)態(tài)維持的時(shí)間暫穩(wěn)態(tài)維持的時(shí)間T TP P取取決于決于RCRC充電的快慢。而觸發(fā)充電的快慢。而觸發(fā)器由暫穩(wěn)態(tài)回到穩(wěn)態(tài)的恢復(fù)器由暫穩(wěn)態(tài)回到穩(wěn)態(tài)的恢復(fù)時(shí)間時(shí)間TRTR決定于決定于RCRC電路的放電電路的放電時(shí)間。時(shí)間。 為了保證單穩(wěn)態(tài)電路正為了保證單穩(wěn)態(tài)電路正常工

11、作，要求觸發(fā)信號(hào)常工作，要求觸發(fā)信號(hào)u ui i的的周期周期T TTTP P+T+TR RuCR1ui+C1+C2QQRDSD5K5K5KVAVB T1348(復(fù)位端復(fù)位端)uO6527(地地)uCR1ui+C1+C2QQRDSD5K5K5KVAVB T1348(復(fù)位端復(fù)位端)uO6527接通電源接通電源2/3 UCC01101Q=0導(dǎo)通導(dǎo)通1(地地)uCR1ui+C1+C2QQRDSD5K5K5KVAVB T1348(復(fù)位端復(fù)位端)uO65271101Q=1截止截止02/3 UCC1010Q=1010 110Q=0+UCC48562713.0.01FuCCuiuoRuituCtuOt(1/3

12、UCC)Q=0Q=1T導(dǎo)通，導(dǎo)通，C通過通過T放放電電,uC 0接通電源接通電源RD=0SD=1保持保持“0”態(tài)態(tài)RD=1SD=1上升到上升到2/3 UCCuituCtuOt暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)tptp=RC ln3=1.1RC+UCC48562713.0.01FuCCuiuO2/3UCCRD=1SD=0Q=1Q=0T截止截止C充電充電RD=0SD=1Q=0Q=1因此暫穩(wěn)態(tài)的長(zhǎng)短因此暫穩(wěn)態(tài)的長(zhǎng)短取決于取決于RC時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)R單位時(shí)間讓脈沖通過單位時(shí)間讓脈沖通過下降沿延遲下降沿延遲&uiuBuAuouituBtuotuAt短時(shí)用照明燈短時(shí)用照明燈48162357uouiUCCSRCuituo

13、ttpuo按一下按一下按鈕按鈕 S未按未按0KT的線圈的線圈不通電不通電KT 的觸點(diǎn)的觸點(diǎn)斷開斷開燈燈滅滅1通電通電閉合閉合亮亮48162357uOuiUCCCSKTKTD1D2RuCR1ui+C1+C2QQRDSD5K5K5Kab T1348(復(fù)位端復(fù)位端)uO16527R2R3RRS 施密特觸發(fā)器是一種雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。它不同于一般雙穩(wěn)態(tài)施密特觸發(fā)器是一種雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。它不同于一般雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的是：觸發(fā)器的是：它是電平觸發(fā)，普通觸發(fā)器是脈沖觸發(fā)；它是電平觸發(fā)，普通觸發(fā)器是脈沖觸發(fā)；它它具有類似于磁滯回線形狀的電壓傳輸特性。它廣泛應(yīng)用于整形、具有類似于磁滯回線形狀的電壓傳輸特性。它廣泛應(yīng)用于整形

14、、延時(shí)電路。延時(shí)電路。 電路中，電路中， 2端和端和6端接于端接于e點(diǎn)，與點(diǎn)，與a、b點(diǎn)的電位比較。點(diǎn)的電位比較。cc31b32aVV,VccV uCR1ui+C1+C2QQRDSD5K5K5Kab T1348(復(fù)位端復(fù)位端)uO16527R2R3RRSeduCR1ui+C1+C2QQRDSD5K5K5Kab T1348(復(fù)位端復(fù)位端)uO6527R2R3RRSed1 1、接入電源，電路進(jìn)入第一穩(wěn)態(tài)、接入電源，電路進(jìn)入第一穩(wěn)態(tài)設(shè)設(shè)uc(0)=0,(0)=0,接入電源接入電源, ,ui =0=0ud =0=0ueVaVbR=1S=0uO =1同時(shí)電源給電容同時(shí)電源給電容C C充電充電 ud =

15、=ueCC313VRRR VbR=1S=1保持保持 uO =1第一穩(wěn)態(tài)第一穩(wěn)態(tài)uO =11 1、接入電源，電路進(jìn)入第一穩(wěn)態(tài)、接入電源，電路進(jìn)入第一穩(wěn)態(tài)設(shè)設(shè)uc(0)=0,(0)=0,接入電源接入電源, ,ui =0=0ud =0=0ueVaVbR=1S=0同時(shí)電源給電容同時(shí)電源給電容C C充電充電ud = =ueVbR=1S=1保持保持 uO =12 2、輸入電壓變化時(shí)，輸出狀態(tài)相應(yīng)改變、輸入電壓變化時(shí)，輸出狀態(tài)相應(yīng)改變ui 0, 0, ueuc+ +ui , ,VaVbR=0S=1uO =0第二第二穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)若若ui ，使使ue 此后，即使此后，即使ui ，只要只要ue Vb，輸出都保持第二穩(wěn)

16、態(tài)不變，輸出都保持第二穩(wěn)態(tài)不變，只有當(dāng)只有當(dāng)uiVaR=0uO =0若若ui 此后，即使此后，即使ui ，只要只要ui Vb，輸出都保持第二穩(wěn)態(tài)不變，輸出都保持第二穩(wěn)態(tài)不變，只有當(dāng)只有當(dāng)uiVb時(shí)，輸出才回第一穩(wěn)態(tài)。工作波形如圖所示：時(shí)，輸出才回第一穩(wěn)態(tài)。工作波形如圖所示：2/3UCC1/3UCC 波形顯示，波形顯示，Va和和Vb是使觸是使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)的高、低電平，分發(fā)器翻轉(zhuǎn)的高、低電平，分別稱為別稱為上限觸發(fā)門檻電平上限觸發(fā)門檻電平和和下限觸發(fā)門檻電平下限觸發(fā)門檻電平。兩電平。兩電平之間的差值稱為回差電壓之間的差值稱為回差電壓VH。此電路的回差電壓：此電路的回差電壓： VH 2/3UCC 1/3UCC 1/3UCC 由于施密特觸發(fā)器具有回差由于施密特觸發(fā)器具有回差特性，所以具有較強(qiáng)的抗干擾能特性，所以具有較強(qiáng)的抗干擾能力。回差越大抗干擾能