數字電子技術第八章

1、8.1 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,8.2 施密特觸發(fā)器,8.3 多諧器振蕩,8.4 555定時器及其應用,8 脈沖波形的變換與產生,8.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,8.1.1 用CMOS門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,8.1.2 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,8.1.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用,① 電路在沒有觸發(fā)信號作用時處于一種穩(wěn)定狀態(tài)。,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特點：,② 在外來觸發(fā)信號作用下，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉到暫穩(wěn)態(tài)。,③ 由于電路中RC延時環(huán)節(jié)的作用，暫穩(wěn)態(tài)不能

2、長久保持,經過一段時間后，電路會自動返回到穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間僅取與RC參數值有關。,8.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,MSI集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,不可重復觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,可重復觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,用555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,按電路形式不同,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的分類：,,,按工作特點劃分,,不可重復觸發(fā),可重復觸發(fā),被重復觸發(fā),,,,8.1.1 用CMOS門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(難點),1. 電路,CMOS與非門

3、構成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,CMOS或非門構成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,穩(wěn)態(tài)為1,,負脈沖觸發(fā),穩(wěn)態(tài)為0,正脈沖觸發(fā),,2. 工作原理,vth,,vO1,vO,vI2,vI,VDD,VDD,tpi,a)沒有觸發(fā)信號時，電路處于一種穩(wěn)態(tài),0,0,0,1,1,t1,t2,tw,0,2. 工作原理,vth,vO1,vO,vI2,vI,VDD,VDD,tpi,a)沒有觸發(fā)信號時，電路處于一種穩(wěn)態(tài),t1,t2,tw,,1,1,0,0,1,1,0,0

4、,1,1,b)外加觸發(fā)信號后，電路進入暫穩(wěn)態(tài),,0,0,2. 工作原理,vth,vO1,vO,vI2,vI,VDD,VDD,tpi,a)沒有觸發(fā)信號時，電路處于一種穩(wěn)態(tài),t1,t2,tw,b)外加觸發(fā)信號后，電路進入暫穩(wěn)態(tài),,0,1,0,1,0,1,0,0,1,vI2電位是多少,c)電路由暫穩(wěn)態(tài)自動返回到穩(wěn)態(tài)，電容放電,實驗驗證,3. 主要參數的計算,tw≈0.7RC,(1) 輸出脈沖寬度tw,(2) 恢復時間tre,tre

5、 3?d,(3) 最高工作頻率 fmax,?C(0+) = 0; ?C(?) =VDD ? =RC,,不可重復觸發(fā)74121,可重復觸發(fā) MC14528,被重復觸發(fā),,,,8.1.2 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,74121,≥1,G8,G7,&,&,&,&,1,a,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

6、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,A2,A1,B,&,G3,G4,G2,G5,G6,,1,1,G9,G1,a,,,,觸發(fā)信號控制電路,微分型單穩(wěn)觸發(fā)器,輸出緩沖電路,1.不可重復觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121(重點會用),Rint,實驗驗證,≥1,G8,G7,&,&,&,&,1,a,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

7、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,A2,A1,B,&,G3,G4,G2,G5,G6,,1,1,G9,G1,a,,,,Rint,,,,觸發(fā)信號控制電路,微分型單穩(wěn)觸發(fā)器,輸出緩沖電路,1.不可重復觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121(重點會用),實驗驗證,,(1) 工作原理,電路穩(wěn)態(tài) : Q=0,,0,1,0,在暫穩(wěn)態(tài)期間即使有觸發(fā)信號輸入，在a點不產生

8、觸發(fā)脈沖，只有等電路返回穩(wěn)態(tài)后，電路才會被再次觸發(fā)，電路屬于不可重復觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,電路暫穩(wěn)態(tài) : Q=1,,G4門打開，可再次觸發(fā)，脈沖寬度： tw≈0.7RC,≥1,G8,G7,&,&,&,&,1,,Rint,a,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

9、,,,,,,,,,A2,A1,B,&,G3,G4,G2,G5,G6,,1,1,G9,G1,a,0,0,,,1,,,,,,1,Vth,0,0,0,1,0,1,,1,1.不可重復觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121(重點會用),,,74121功能表,,不可觸發(fā)，保持穩(wěn)態(tài)不變,,A1、A2中有一個或兩個為低電平，B端上升沿時電路被觸發(fā),,,B 和A1、A2 中有一個或兩個為高電平，輸入端有一個或兩個下降沿時電路被觸發(fā),1.不可重復觸發(fā)的集

10、成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121(重點會用),實驗驗證,,,,,三態(tài)門,控制電路,輸出緩沖電路,(1)電路,2.可重復觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MC14528(重點會用),(2)功能表,2.可重復觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MC14528(重點會用),實驗驗證,1. 定時,8.1.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用(了解),,2. 延時,8.1.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用(理解),實驗驗證,單穩(wěn)Ⅰ進入暫穩(wěn)態(tài)，脈寬為0.7R1C1,vcc,B,A1,A2,vcc,S,

11、R1,R2,C1,C2,Cext,Cext/Rext,Cext,Cext/Rext,74121 (Ι),74121 (Ⅱ),vo,vcc,vcc,B,A1,A2,vcc,0,0,,0,1,,1,0,,1,0,單穩(wěn)Ⅱ進入暫穩(wěn)態(tài)，脈寬為0.7R2C2,1,0,單穩(wěn)Ⅰ進入暫穩(wěn)態(tài)，脈寬為0.7R1C1,單穩(wěn)Ⅱ進入暫穩(wěn)態(tài)，脈寬為0.7R2C2,T=0.7(R1C1+R2C2),3. 多諧振蕩器,8.1.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用(理解),作業(yè)練

12、習：multisim實現,,,,,,R,C,Cext,Cext/Rext,74121,vo,vcc,B,A1,A2,vI,C1,D,R,,,,,,,,噪聲多表現為尖脈沖，寬度較窄，而有用的信號的寬度較寬。,注意：單穩(wěn)觸發(fā)器的輸出脈寬應大于噪聲寬度 而小于信號脈寬，才可消除噪聲,CP,D(R),,,,4. 噪聲消除電路,,8.1.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用(理解),實驗驗證,施密特觸發(fā)器的工作特點：,① 施密特觸發(fā)器屬于電平觸發(fā)器件，適用于

13、緩慢變化的信號，當輸入信號達到某一定電壓值時，輸出電壓會發(fā)生突變。,② 電路有兩個閾值電壓。 輸入信號增加和減少時，電路的閾值電壓不同，電路具有如下圖所示的傳輸特性。,8.2 施密特觸發(fā)器(重點掌握工作特點),,v I1,,,,,,1,,,,,,vI,vo,疊加定理,8.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器,1.電路組成,,,,,vI1,0,0,,,只要vI1<Vth，則保持vO=0,,,1,當vI=0，,若vI上升， vI1也上升

14、,,Vth1,令：,,8.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器,3.工作原理,,,,,vI1,1,,,只要vI1>Vth，則保持vO=1,當vI下降， vI1也下降,,,0,,回差電壓,Vth1,令：,1,,8.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器,3.工作原理,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,vI,VT+,VT_,vO,0,0,t,t,0,vI,vO,VT+,VT_,VDD,(a) 工作波形,(b) 傳輸

15、特性曲線,,,,,,,,,,,vI1,,,,,8.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器,3.工作波形及電壓傳輸特性,實驗驗證,,,,施密特觸發(fā)器,整形級,輸出緩沖級,,8.2.2 集成施密特觸發(fā)器,,v,I,V,T+,V,T,–,0,,t,,v,O,V,OH,V,OL,0,,t,,,,,,,,,,,v,O,,v,I,,,,,1,,,v,O,,v,I,,,,1,,,v,I,V,T+,V,T,–,0,,t,,v,O,V,OH,V,OL,0,,t

16、,,,,,,,,,,1. 波形變換,8.2.3 施密特觸發(fā)器的應用(了解),2. 波形的整形與抗干擾,8.2.3 施密特觸發(fā)器的應用(了解),實驗驗證,vo,vI,vo,t,t,t,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,在波形的整行時，要合理的選擇回差電壓,2. 波形的整形與抗干擾,8.2.3 施密特觸發(fā)器的應用(了解),?o,υI,3. 幅度鑒別,8.2.3 施密特觸發(fā)器的應用(了解),8.3

17、 多諧振蕩器（了解）,8.3.1 由門電路組成的多諧振蕩器,8.3.2 用施密特觸發(fā)器構成波形產生電路,8.3.3 石英晶體振蕩器,多諧振蕩器的組成？,8.3 多諧振蕩器,1,0,1,0,0,①開關器件,②反饋延遲環(huán)節(jié),,8.3.1 由CMOS門電路組成的多諧振蕩器,1. 電路組成,,,組成的多諧振蕩器,υO1 =1, υO =0 時,電容充電, υI增加;,υO1 =0, υO =1 時,電容放電, υI下降;,υO1與υ

18、o2反相,電容接在υO與υI之間:,充電時間：T1,放電時間：T2,振蕩周期： T ＝ T1 ＋T2,T＝RC 1n4≈1.4RC,振蕩周期的計算,實驗驗證,8.3.2 用施密特觸發(fā)器構成波形產生電路,實驗驗證,8.3.3 石英晶體振蕩器(了解),1. 石英晶體電路符號和選頻特性,當 f = f0 時,電抗 X = 0,,,,,,電阻分壓器,電壓比較器,基本RS觸發(fā)器,復位輸入端(0),輸出緩沖反相器,集電極開路輸出三極

19、管,8.4.1 555定時器,8.4 555定時器及其應用(重點，難點),1.電路組成,閾值輸入,觸發(fā)輸入,放電端,控制電壓,,,,8.4.1 555定時器,1.電路組成,1/3VCC,2/3VCC,,,,R,S,vI1,vI2,,,比較結果,,,,禁止,8.4.1 555定時器,2.工作原理,,,,,R,S,0 1,1 1,T,導通,vO,,保持,,RD,1,1,1,0,X X,Q,Q,X,0,0,0,導通,保 持,8

20、.4.1 555定時器,2.工作原理,555定時器功能表,< 2/3VCC,>1/3VCC,8.4.1 555定時器,3.電路功能,實驗驗證,,,,,,,,,,,,不變,不變,導通,0,,截止,1,,導通,0,×,×,T,VO,VI2,VI1,輸 出,輸 入,,,,,,,,,,,,,0,,1,3,,V,CC,2,3,,,V,CC,v,I,,v,O,V,OH,,,,,,,,,,,,,,,

21、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,V,CC,,8 4,,555,,6,,2,v,I,,v,O,V,IC,,0.01,m,F,,7,,3,,5,,1,,V I1,V I2,t,v,O,1,,V,OH,,,,0,,t,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1,,3,,,V,CC,,2,,3,,,V,CC,,v,I,,,0,,,,,8.4.2 用555定時器組成施密特觸發(fā)器,實驗驗證,T,vo

22、,vI1,vI2,vo’,C2,+,-,-,+,(1),(2),(3),(4),(5),(6),(7),R,S,&,5 k?,5 k?,5 k?,&,&,1,RD 1,VCC,(8),G,C1,Q,VC,vo1,8.4.3 用555定時器組成多單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,T,vo,vI1,vI2,vo’,C2,+,-,-,+,(1),(2),(3),(4),(5),(6),(7),R,S,&,5 k?,5 k?,5

23、k?,&,&,1,RD 1,VCC,(8),G,C1,Q,假設輸入信號V I為高電平1，電源接通瞬間Q=1,則：vo1為低電平，T截止，電容C通過電阻R充電,VC,故R=S=1，觸發(fā)器保持0不變，vo將保持低電平不變，T保持導通狀態(tài),穩(wěn)態(tài)時:R=S=1;Q=0;T導通;vo＝0,vo1,當VC >2/3VCC ,R=0,基本觸發(fā)器被復位:Q=0,T將導通，電容通過三極管T放電，使VC為低電平0，即vI1為低電平0,

24、1,1,0,1,1,0,T,vo,vI1,vI2,vo’,C2,+,-,-,+,(1),(2),(3),(4),(5),(6),(7),R,&,5 k?,5 k?,5 k?,&,&,1,RD 1,VCC(8),G,C1,Q,VC,vo1,1,1,0,0,1,穩(wěn)態(tài)時: R=S=1 ;Q=0; T導通;vo＝0,0,v,,,,,tW,,0,0,1,1,vo1為0，T截止，電容C通過R充電,當VC >2/3VCC

25、 ,R=0,基本觸發(fā)器被復位:Q=0,0,0,電容C通過三極管T放電，使VC為低電平0，即vI1為低電平0,1,,tw=RC1n3≈1.1RC,穩(wěn)態(tài),暫穩(wěn)態(tài),1,0,vo1為1，T導通，VC=0.2V,1,1,S,1,特點：觸發(fā)翻轉發(fā)生在下降沿時刻;不可重復觸發(fā),實驗驗證,T,vo,vI1,vI2,vo’,C2,+,-,-,+,(1),(2),(4),(5),(6),(7),R,S,&,5 k?,5 k?,5 k?,&,

26、&,1,RD 1,VCC,(8),C1,Q,V I,,R,C,vo1,,,V I,,特點：觸發(fā)翻轉發(fā)生在上升沿時刻; 可被重復觸發(fā).,0,實驗驗證,,v,,2,,3,,,V,CC,,1,,3,,,V,CC,,v,C,,,,,,,0,,t,1,,t,2,,,,,,,,,,,,,,,,,,tPL,tPH,tPL=R2C1n2≈0.7R2C,tpH = (R1+R2)C1n2≈0.7(R1+R2)C,,,,,,,,,,,,,不變,不變