第九章 脉冲波形的产生与变换
数字电子技术-脉冲波形的产生与变换

3
锯齿波变换的应用
在数字电子技术中,锯齿波的变换常用于产生矩 形波等脉冲波形,这些波形在信号处理、测量和 控制等领域有广泛的应用。
04
脉冲波形产生与变换的方法
数字方法
数字方法是指通过数字电路和数字信号处理技术来产生 和变换脉冲波形。
数字方法可以通过编程实现各种不同的脉冲波形,如矩 形波、三角波、正弦波等。
数字电子技术-脉冲波形 的产生与变换
• 引言 • 脉冲波形的产生 • 脉冲波形的变换 • 脉冲波形产生与变换的方法 • 脉冲波形产生与变换的实际应用 • 结论
01
引言
主题简介
01
脉冲波形是指具有特定形状、幅 度、宽度和重复频率的波形,广 泛应用于数字电子技术中。
02
脉冲波形的产生与变换是数字电 子技术中的重要内容,涉及到信 号处理、通信、控制等多个领域 。
光纤通信
在光纤通信中,脉冲波形产生与变换技术用于生成高速光脉冲,实现大容量、高速的光信号传输。通 过调制技术,将数字信号加载到光脉冲上,提高通信系统的传输效率和可靠性。
在测量技术中的应用
时间测量
利用脉冲波形产生与变换技术,可以生成精确的时间间隔和频率,用于时间测量和计时 应用。例如,高精度计数器和频率计等测量仪器利用脉冲波形产生与变换技术实现高精
数字方法具有精度高、稳定性好、易于实现复杂波形等 优点。
数字方法还可以实现脉冲波形的调制和解调,广泛应用 于通信、雷达、测控等领域。
模拟方法
01
模拟方法是指通过模拟 电路和模拟信号处理技 术来产生和变换脉冲波 形。
02
模拟方法具有简单、直 观、易于实现等优点。
03
模拟方法可以通过简单 的RC电路、LC电路等实 现矩形波、锯齿波等基 本脉冲波形。
脉冲波形的产生与变换教学课件

脉冲信号的产生方式
总结词
可以通过多种方式产生脉冲信号,如逻辑门电路、晶体管开关电路、数字IC等。
详细描述
产生脉冲信号的方式有多种,可以根据具体的应用需求选择合适的方式。常见的产生脉冲信号的方式包括使用逻 辑门电路、晶体管开关电路和数字IC等。这些电路可以通过组合和配置,产生不同形状和特性的脉冲信号,以满 足不同的应用需求。
根据观察和测量结果,调整电 路参数,实现脉冲波形的变换 。
实验结果与分析
实验结果记录
详细记录示波器显示的脉冲波形图像以及相关测量数据。
结果分析
根据记录的数据,分析脉冲波形的变化规律以及电路参数对波形的 影响。
结论总结
总结实验结果,得出脉冲波形变换的原理以及实现方法。
05
总结与展望
脉冲波形产生与变换的重要意义
。
电源:为电路提供稳定的直流 电压或交流电压。
实验步骤与操作方法
构建电路
根据实验要求,使用电子元件 构建脉冲波形变换电路。
观察与测量
使用示波器观察脉冲波形,并 记录相关数据。
准备实验器材
根据实验需求选择合适的电子 元件和测量仪器。
信号源设置
设置信号发生器,使其输出所 需的脉冲波形信号。
变换电路调整
脉冲波形产生与变换是电子工程、通信和控制工程等领域中 的重要技术,广泛应用于信号处理、雷达、无线通信、电力 电子和电机控制等领域。
脉冲波形产生与变换技术的不断发展和创新,对于推动相关 领域的技术进步和产业升级具有重要意义,能够促进社会经 济的发展和提高人们的生活水平。
当前研究现状与发展趋势
未来,脉冲波形产生与变换技术将继续向着高精度、 高稳定性和高效率的方向发展,同时将更加注重与其 他技术的融合和创新,如物联网、云计算和边缘计算 等。
脉冲波形的产生与变换

脉冲波形的产生与变换脉冲信号是数字电路中最常用的工作信号。
脉冲信号的获得经常采用两种方法:一是利用振荡电路直接产生所需的矩形脉冲。
这一类电路称为多谐振荡电路或多谐振荡器;二是利用整形电路,将已有的脉冲信号变换为所需要的矩形脉冲。
这一类电路包括单稳态触发器和施密特触发器。
这些脉冲单元电路可以由集成逻辑门构成,也可以用集成定时器构成。
下面先来介绍由集成门构成的脉冲信号产生和整形电路。
9.1 多谐振荡器自激多谐振荡器是在接通电源以后,不需外加输入信号,就能自动地产生矩形脉冲波。
由于矩形波中除基波外,还含有丰富的高次谐波,所以习惯上又把矩形波振荡器叫做多谐振荡器。
多谐振荡器通常由门电路和基本的RC电路组成。
多谐振荡器一旦振荡起来后,电路没有稳态,只有两个暂稳态,它们在作交替变化,输出矩形波脉冲信号,因此它又被称作无稳态电路。
9.1.1门电路组成的多谐振荡器多谐振荡器常由TTL门电路和CMOS门电路组成。
由于TTL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。
(1)由TTL门电路组成的多谐振荡器由TTL门电路组成的多谐振荡器有两种形式:一是由奇数个非门组成的简单环形多谐振荡器;二是由非门和RC延迟电路组成的改进环形多谐振荡器。
①简单环形多谐振荡器uo(a) (b)图9-1 由非门构成的简单环形多谐振荡器把奇数个非门首尾相接成环状,就组成了简单环形多谐振荡器。
图9-1(a)为由三个非门构成的多谐振荡器。
若uo的某个随机状态为高电平,经过三级倒相后,uo跳转为低电平,考虑到传输门电路的平均延迟时间tpd,uo输出信号的周期为6tpd。
图9-1(b)为各点波形图。
简单环形多谐振荡器的振荡周期取决于tpd,此值较小且不可调,所以,产生的脉冲信号频率较高且无法控制,因而没有实用价值。
改进方法是通过附加一个RC延迟电路,不仅可以降低振荡频率,并能通过参数 R、C控制振荡频率。
最新9脉冲波形的产生与变换

5kΩ
C1
5k Ω
v I 2 ( 2)
触发输入
v
, O
( 7)
放电端
C2
5k Ω
( 1)
RD 复位
( 4)
R&
& S
T
G
&
1 ( 3)
vO
二.工作原理
(1)4脚为复位输入
端( RD ),当RD
VCC 电 源
为低电平时,不管
( 8)
其他输入端的状态
5kΩ
控制电压
如何,输出vo为低 电平。正常工作时,
v I 2 ( 2)
C2
触发输入
v
, O
( 7)
放电端
5k Ω
( 1)
RD 复位
( 4)
R&
& S
T
G
&
1 ( 3)
vO
(3)基本RS触发器,
(4)放电三极管T及缓冲器G。
电路符号
VC C
RD
v IC
8 5
4
v I1 6
v I2 2
v
, O
7
555 3 vO
1
VCC 电 源
( 8)
控制电压
v I C ( 5) vI 1 ( 6)
7
vC
vI1 6
3 vO
vI
v I2 2 555
C
15
0 .0 1μ F C1
(2)vI下降沿触发 当vI下降沿到达时,vO由0跳变为1,电路由稳态转入暂稳态。
vI
VC C
R
VC C R D
O
84
t
9脉冲波形的产生与变换

③基本RS触发器:其置0和置1端为高电平有效触发。 是低 电平有效的复位端。正常工作时,必须使 处于高电平。
④ 放电管V:相当于一个受控电子开关。 输出为0时,V导通,输出为1时,V截止。
⑤ 缓冲器:缓冲器由G2和G3构成,用于提高电路的负载 能力。
(2)CC7555的功能
见P200表9-1
利用半导体二极管的单向导电特性,把电容C充电和放电回路隔离 开来,再加上一个电位器,便可构成占空比可调的多谐振荡器。
可计算得: T1=0.7R1C T2=0.7R2C 占空比:
R1 VDD RD 4 555 6 uC C 2 1 5 0.01uF C1 3 uO 8 VDD
T T1 q= 1 = T T1 + T2 0.7 R1C = 0.7 R1C + 0.7 R2 C = R1 R1 + R2
CO
CO
TR GND R C
TR GND R
补充举例15 问以下电路是用555构成何种应用电路。 根据输入ui,画出输出uo波形。
EC V R R
ui
TH OUT TR D
uO
C
CO GND
uo波形
T+ T-
O C
vI
vI
1
vO
&
vO
单稳
vF
与门
(2)定时
当v/O=1时,与门打开, vO= vF。当v/O=0时, 与门关闭,vO为低电平。 显然与门打开的时间是 恒定不变的,就是单稳 输出脉冲v/O的宽度tW。
vO vF vO
tW
(2) 不规则的脉冲整形为矩形波
单稳态触发器能够把不规则的输入信号vI,整形成为幅 度和宽度都相同的标准矩形脉冲vO。vO的幅度取决于单稳态 电路输出的高、低电平,宽度tW决定于暂稳态时间。
09章 脉冲波形的产生与变换

1
uI
单稳
uO
&
uO
uF
uO
与门
tW
uF uO
单稳态触发器的定时波形
数字电子技术
施密特触发器是又一种常用的脉冲信号整形电路。 工作特性: ① 具有两个稳态; ② 属于电平触发,缓慢变化的信号也可以作为输入信号, 当输入信号达到某一特定值时,输出电平就发生突变; ③ 输入信号从低电平上升时,电路状态转换时对应的输入 电平,与输入信号从高电平下降时对应的输入转换电平不同。
vI 0 vd 0 vO
1
tW
t
vC(0+) = 0;vC() =VDD =RC, VTH = VDD /2 V DD 0 t w RC ln V DD V TH = RCln2
t
0 vI2 VDD VTH 0 vO
t
tw≈0.7RC
(2) 恢复时间tre
t tW
tre 3d
vO1 G1
vO 1 D v v I2 C R C
1
1
vd Rd
G2
t
vI
Cd
0
t1
t2
t
VDD
数字电子技术
c)电容充电,
vI
I2
vO1
t
I2 =VTH 产生如下正反馈过程:
vI2 vO vO1
vR
0 vd
v o2
迅速使 o1 = 1 o =0 电容放电 c =0 电路由暂稳态自动返回到稳态
uo
9.3 施密特触发器
电 压 传 输 特 性
0 U- U+ u
I
①输入信号上升时对应的转换电平U+ , 称为正向阈值电压; ②输入信号下降时对应的转换电平U- , 称为负向阈值电压; ③差值Δ U=U+-U-,称为回差电压。
脉冲波形产生与变换

随着技术的不断发展,对高速脉冲波形的 处理能力要求也越来越高,需要开发更高 效、高速的信号处理方法。
波形转换效率
波形产生与变换的集成化
在将一种脉冲波形转换为另一种脉冲波形 时,需要提高转换效率,以减少能量损失 和信号失真。
为了实现更小体积、更低成本的应用,需 要将脉冲波形产生与变换集成在一个小型 化、便携式的设备中。
脉冲波形的应用领域
01
02
03
04
通信
脉冲波形在数字通信中用于传 输数据,如脉冲编码调制 (PCM)和脉冲位置调制 (PPM)。
测量
利用脉冲波形进行时间、速度 、距离等物理量的测量,如雷
达测速仪和激光测距仪。
控制
脉冲波形用于控制各种电子设 备和系统,如电机驱动、开关
电源和自动控制系统。
医学成像
超声成像和核磁共振成像等医 学成像技术中,脉冲波形用于
缩小脉冲
通过减小脉冲的幅度,使其在幅度上 得到缩小。
脉冲的平移与翻转
平移脉冲
通过改变脉冲的时间位置,使其在时 间上得到平移。
翻转脉冲
通过改变脉冲的极性,使其在波形上 得到翻转。
脉冲的调制与解调
调制脉冲
通过将一个信号(如音频信号或视频信号)附加到脉冲上,使其在频率、相位或幅度上得到调制。
解调脉冲
通过将调制信号分离出来,还原出原始信号。
三角脉冲的幅度和频率可以通过调节电子元件的参数进行调 节,以满足不同的应用需求。
锯齿波的产生
锯齿波是一种特殊的脉冲波形,其特点是幅值从零线性增 加到最大值,然后又线性减小到零。与三角脉冲不同的是 ,锯齿波的上升沿和下降沿不光滑,呈现出锯齿状。
锯齿波可以通过模拟电路或数字电路等电子元件产生。锯 齿波的幅度和频率可以通过调节电子元件的参数进行调节 ,以满足不同的应用需求。
脉冲波形的产生与变换

02
脉冲波形的产生
矩形脉冲的产生
矩形脉冲:通过将电压快速地加到高 电平然后减到低电平,再重复这个过 程,可以产生矩形脉冲。
矩形脉冲的宽度和高度可以通过改变 电压的上升和下降速度以及高低电平 的电压值来调整。
三角脉冲的产生
三角脉冲:三角脉冲可以通过比较器电路产生,当输入信号大于某个阈值时,比 较器输出高电平,否则输出低电平。
脉冲波形产生与变换技术的实际应用
为了更好地发挥脉冲波形产生与变换技术的优势,未来研究可以加强该技术在各领域的实 际应用研究。通过与产业界的合作,推动脉冲波形产生与变换技术的成果转化,为经济发 展和产业升级提供技术支持。
感谢您的观看
THANKS
压力传感器
通过检测压力变化产生的 脉冲波形,实现对压力的 测量。
温度传感器
利用热敏元件产生的脉冲 波形,实现对温度的测量。
在医学领域的应用
超声成像
利用超声波产生的脉冲波形,通 过接收反射回的脉冲信号进行成
像。
核磁共振成像
通过施加脉冲磁场和射频脉冲, 获取组织中的氢原子核磁矩信息,
重建图像。
脉冲激光治疗
目的和意义
随着科技的发展,脉冲波形在各个领 域的应用越来越广泛,对脉冲波形产 生与变换的研究具有重要的实际意义。
此外,脉冲波形的产生与变换也是信 号处理领域的重要研究方向之一,对 于推动相关领域的发展具有重要意义。
研究脉冲波形的产生与变换,有助于 深入了解信号的特性和传播规律,为 信号处理、通信系统设计等领域提供 理论支持和技术指导。
够将输入的脉冲波形进行变换,得到所需的输出波形。实验结果表明,
该算法具有快速、准确和稳定的特点。
03
脉冲波形在各领域的应用
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R
1 0 0
S
0 1 0
大于 2VCC / 3 大于 VCC / 3 小于 2VCC / 3 小于 VCC / 3 小于 2VCC / 3 大于 VCC / 3
触发端
R
1
19
VCC
8 6 5 2 7
RD
4
R + R + A1
TH CO TR D
R Q S Q A2 T
3
uo
R
1
R 1 0 0
晶体管T uo 晶体管 0 1 0 导通 1 0 1 截止 0 保持 保持 保持
24
简易电子琴电路: 简易电子琴电路: 简易电子琴就是通过改变R 简易电子琴就是通过改变 2 的阻值来改变输出 方波的周期 , 使外接的喇叭发出不同的音调 。
VCC R1 S8 R28 7 S1 R21 C 4 8
555 3
6 2 1 5
uo
简易电子琴电路图
25
(4). 施密特触发器(温度控制电路) 施密特触发器(温度控制电路)
全高出低 全低出高 不同保持
返回目录
回差电压: 回差电压:∆ UT = UT+ - UT26 = 2VCC /3 -VCC /3 = VCC /3
8 1 7 6 5 4
8 VCC
4 RD
TH 6 CO 5 TR 2 D
7
R R R
1
+ -
A1
RQ SQ
+ - A2
uo
3
555
2 3
GND TR
Uo
RD
地 触 输 复 发 出 位
18
比较的结果
VCC
阈值端
TH R A1 S A2
触发端
TR
阈值端
TH CO TR
6 5 2 7
8
R + R + -
R1 C2 1 2 R2
uo
石英晶体 C1
14
UO
6.3 施密特触发器
UT- UT+ Ui Uo2 UI
正向增长的阈值: 正向增长的阈值: UT+ =(1+R1/R2) UT 负向增长的阈值 UT- = UT
R1 Uo1 Ui2 R2
回差电压: 回差电压:∆ UT = UT+ - UT=(R1/R2) UT
16
电源
VCC
8
复位
RD
4
阈值 TH
CO
6 5 2 7
R + R + A1
R Q S Q A2 T
3
uo uo
输出
电压控制 触发 TR 放电 D
R
1
地
555定时器的原理电路图 定时器的原理电路图
17
电源电压范围: 电源电压范围 4.5V ~ 18V
电 放 阈 电压 源 电 值 控制
VCC D TH CO
15
§6.4 555定时器的原理和应用 定时器的原理和应用
6.4.1 555定时器的工作原理 定时器的工作原理 555定时器的内部电路包括以下几部分 : 定时器的内部电路包括以下几部分 一个由三个相等电阻组成的分压器 两个电压比较器: 两个电压比较器 A1、A2 一个 RS 触发器 一个反相器和一个晶体管T 一个反相器和一个晶体管
S Q
20
555的功能表 的功能表: 的功能表
阈值端
RD TH 同高出低 同低出高 不同保持 复位 1 1 1 0 TR 0 1
触发端
uo
晶体管
T
大于 2VCC / 3 大于 VCC / 3 小于 2VCC / 3 小于 VCC / 3
导通 截止 保持 导通
21
小于 2VCC / 3 大于 VCC / 3 保持
8
6.1.4 单稳态触发器的应用 1.定时 定时 2.消噪声 消噪声 3.方波发生器 方波发生器 单稳的应用多种多样,如 整形 整形、 单稳的应用多种多样 如:整形、延 时控制、定时顺序控制等等。 时控制、定时顺序控制等等。
9
§6.2 连续矩形脉冲波的产生 矩形波发生器又称多谐振荡器。 矩形波发生器又称多谐振荡器。 多谐振荡器 6.2.1 环形振荡器 利用逻辑门电路的传输延迟时间,将奇 利用逻辑门电路的传输延迟时间, 数个与非门首尾相接, 数个与非门首尾相接,就可以构成一个简 单的环形振荡器: 单的环形振荡器 uo1 uo2 uo3
u1 uo1 R C uo2
12
6.2.2 多谐振荡器
uo1
0
t t t t T
13
uo2
u1 uo1 R C A uo2
0
uo2
0
uA 输出信号的周 期近似为: 期近似为 T = 1.4 RC
UT
0
U
6.2.3 石英晶体振荡器 为获得稳定的振荡频率, 为获得稳定的振荡频率 可在振荡电路中 串接石英晶体,组成 组成石英晶体振荡器 串接石英晶体 组成石英晶体振荡器 。 石英晶体振荡器常用 作数字系统的基准信号 作数字系统的基准信号.
10
& 1
& 2
& 3
& 1
uo1
& 2
uo2
& 3
uo3
优点: 电路结构简单,所用元件少 所用元件少。 优点 电路结构简单 所用元件少。 缺点: 频率太高,并且不可调整 并且不可调整。 缺点 频率太高 并且不可调整。f=1/6tpd
11
在环形振荡器的基础上添加RC延时电路 在环形振荡器的基础上添加 延时电路, 延时电路 便可以克服上述不足: 便可以克服上述不足
VCC R1 D R2 7 4 8
uC
2VCC /3 VCC /3
uC
TH 555 3 6 TR 2 1 5 C
uo
t
0
uo
输出波形
0
t
23
uC
2VCC /3 VCC /3
0
t
Байду номын сангаас
VCC R1 D R2 7 4 8
uo
0
uC
TH 6 TR 2 1 C
555 3
5
uo
T1 T2
t
输出方波的周期 的计算 的计算: 输出方波的周期 T的计算 T = T1 + T2 = 0.7 ( R1 + 2R2 ) C
φ
φ
0
6.4.2 555定时器的应用 定时器的应用 (1)单稳态触发器 单稳态触发器: 单稳态触发器
R D TH TR RT 7 6 2 1 S CT 5 4 8 3
VCC
ui
0
uo
t t t
22
uC
T
ui
2VCC /3
0
uo
0
TW
(3). 多谐振荡器 多谐振荡器: 首先说明如何用555 定时器构成多谐振荡器 定时器构成多谐振荡器: 首先说明如何用
3
6.1.1 积分型单稳态触发器的工作原理 ui
0
uo1
1
t1
t3
t t t t
4
ui
1
uo1 R
0 A C 1
2
0
1
uo2 uA
UT
0
uo2
0
t2
6.1.2 微分型单稳态触发器的工作原理
0
ui
10
+
uo1 C
0 R
1
0 + A1
uo2
01
5
6.1.3 集成单稳组件介绍
VCC 1RT /CT 1CT 16 14 15 1Q 13 2Q 2CLR 12 11 2B 10 2A 9
2
§6.1 单稳态触发器 单稳态触发器简称单稳。 单稳态触发器简称单稳。 单稳 特点是: 输出端只有一个稳定状态 稳定状态, 特点是 输出端只有一个稳定状态 另一个 暂稳态.外加触发信号后 状态是暂稳态 外加触发信号 它可以由稳态 状态是暂稳态 外加触发信号后,它可以由稳态 跳入暂稳态,但是 经过一定时间后,它又会 它又会自 跳入暂稳态 但是 , 经过一定时间后 它又会自 动返回原来的 稳态。 动返回原来的 稳态。 由外界触发 稳定状态 暂稳态 自动返回 稳定状态
第九章 脉冲波形的产生 与变换
1
概述 数字电路区别于模拟电路的主要特点 一是: 之 一是:它的工作信号是离散时间的脉 冲信号。最常用的脉冲信号是方波(矩形 冲信号。最常用的脉冲信号是方波 矩形 波)。如何产生方波以及对不理想的方波 。 如何整形,是本章讨论的重点。 如何整形,是本章讨论的重点。 脉冲信号的产生与整形电路: 脉冲信号的产生与整形电路 单稳态触发器 多谐振荡器 施密特触发器
74LS123 管脚图
Q Q
CLR
CLR
Q Q
1 1A
2 1B
3 4 1CLR 1Q
5 2Q
6 7 8 2CT 2RT /CT GND
6
74LS123功能表 功能表
CLR
φ φ
1 1
0
φ φ
1 0 0
A
φ
0
B
Q 0 0 0
Q 1 1 1
说
明
φ
1 1
稳态
触发
7
74LS123 包括两个独立的单稳 包括两个独立的单稳, 相区别。 各管脚以字头 1、2相区别。单稳输 、 相区别 出脉冲的宽度, 出脉冲的宽度,主要由外接的定时 电阻( 和定时电容( 决定。 电阻 RT )和定时电容 CT )决定。 和定时电容 决定 单稳的翻转时刻决定于 A、B、CLR 、 、 相与的结果, 三个输入 相与的结果,具体参见它 的功能表。 的功能表。