用施密特触发器对脉冲整形
第6章 脉冲产生、整形电路
6.3 多谐振荡器 6.3.1 用555定时器构成的多谐振荡器 一、电路组成及其工作原理
1.电路组成：仿真图6.3.1所示是用555定时器构成的 多谐振荡器。 2.工作原理：起始状态 （1）暂稳态I （2）自动翻转I （3）暂稳态Ⅱ （4）自动翻转Ⅱ
二、振荡频率的估算和占空比可调电路
6.1.2 集成施密特触发器 一、CMOS集成施密特触发器
1.引出端功能图：仿真图6.1.4所示是国产CMOS集成 施密特触发门电路CC40106（六反相器）和CC4093 （四2输入与非门）的引出端功能图。 2.主要静态参数
二、TTL集成施密特触发器
1.外引线功能图：仿真图6.1.5所示是几种常用的国产 TTL集成施密特触发逻辑的外引线功能图。 2.几个主要参数的典型值
1.振荡频率的估算 2.占空比可调电路：如仿真图6.3.3所示。
6.3.2 石英晶体多谐振荡器
一、石英晶体的选频特性 二、石英晶体多谐振荡器 1.电路组成：仿真图6.3.5所示是一种比较典型的石英 晶体振荡电路。 2.工作原理 3.CMOS石英晶体多谐振荡器：仿真图6.3.6所示是更 简单、更典型的CMOS石英晶体振荡电路。
二、阈值探测、脉冲展宽
1.用作阈值电压探测器 图 6.1.8所示是用作阈值电压探测器时，施密 特触发器的输入、输出波形，显然，凡是幅值达 到UT+的输入电压信号，均可被探测出来并形成相 应的输出脉冲。 2.用作脉冲展宽 图 6.1.9所示是用施密特触发器构成的脉冲展 宽器的电路及工作波形图。 3.用作多谐振荡器 仿真图 6.1.10 所示是用施密特触发反相器构 成的多谐振荡器。
二、可重触发单稳态触发器74122 74122 是一种比较典型的可重触发 TTL 单稳态触发器。 1.图形符号与功能表 （1）图形符号：仿真图6.2.4所示是可重触发单稳态 触发器74122的国标图形符号。 （2）功能表：见表6.2.2 2.功能说明及主要参数 （1）功能说明 （2）主要参数
脉冲电路的产生和整形电路
2
3.几种常见的脉冲波形
常见的波形有矩形波、锯齿波、钟形波、尖峰波、阶梯波等。
3
如何获得矩形脉冲信号？ （1）利用整形电路对不符合要求的脉冲信号 进行整形；
（2）利用脉冲振荡器直接产生脉冲信号；
矩形脉冲的特性： 为了定量描述矩形脉冲的特性通常给出几个主要参数。
2)暂稳态： ui负脉冲到来时刻，因ui＜VCC/3为0， uc 仍为0， ∴ uo由0变为1，放电管T截止，VCC经R对C充电，电路进入暂稳态。
3）暂稳态自动恢复到稳态：当uc充电到2VCC/3为1时， ui负脉冲已消 失ui =1， ∴输出uo＝0，T导通，C放电，电路自动恢复到稳态。
VCC
ui
0 twH twL
t
电路
工作波形
接通VCC后，VCC经R1和R2对C充电。当uc上升到2VCC/3时，uo=0， T导通，C通过R2和T放电，uc下降。当uc下降到VCC/3时，uo又由0 变为1，T截止，VCC又经R1和R2对C充电。如此重复上述过程，在 输出端uo产生了连续的矩形脉冲。
2.电路组成、工作原理
振荡后,电路没有稳态,只有两个暂稳态在作交替变化， 是无稳态电路。
属于脉冲产生电路。
二.电路组成、工作原理
1、方法
①先构成施密特触发器; ②加R2在VI和VO之间，VI 和地之间接C;
2.电路组成、工作原理
VCC
uc
R1
84
2VCC/3
7
3
uo
VCC/3
R2
6 555
0
t
uc
2
5
uo
C
1
0.01μF
《数字电子技术》教学课件(高教社) 第五章 脉冲的产生与整形 知识点：用555定时器组成施密特触发器-
（a）数字测速系统图
（b）测速系统各处的工作波形
图5-35 数字测速系统的原理
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谢 谢！
2．施密特触发器的应用
（2）施密特触发器的幅度鉴别作用 在图5-34中，555定时器组成施密特触发器，配合其他器件组成一个能
根据环境亮度情况自动开启和关断照明灯的控制电路。K为继电器，T为三极 管，LDR是硫化镉光敏电阻。光敏电阻LDR的阻值与环境光线强度成反比，即 光线越强阻值越小，光线越弱阻值越大。RRP为可调电阻，用于调节灵敏度。
（1）第一种稳定状态输出UOH （2）第二种稳定状态输出UOL （3）回差电压
U U T U T
(5.10)
2．施密特触发器的应用
（1）施密特触发器的整形和波形变换作用 由图5-33所示的工作波形可见，若输入信号 uI 的波形不规则，通过施密特触 发器整形后，其输出是一个几乎理想的矩形波。也可以说，施密特触发器具有 波形变换的作用。施密特触发器的这种作用被广泛地应用于电子线路中。
2．施密特触发器的应用
（2）施密特触发器的幅度鉴别作用
图5-34 用施密特触发器组成的照明灯自动控制电路
至此，前面的章节将数字电路的基本器件和基本单元电路都做了介绍，利 用这些器件和单元电路可以组成各种实用的数字系统。例如，图5-35（a）所 示是数字测速系统的原理框图。通过这张图，可以将模拟电路、组合逻辑电路 和时序逻辑电路的内容有机地联系起来。图5-35（a）中非电量转换电路的作 用是将非电量转速信号转换成电信号(利用传感器)。
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主 讲：
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讲授内容
第5章： 脉冲波形的产生和整形
电子技术应用实验(数字电路综合实验)_电子科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
电子技术应用实验2（数字电路综合实验）_电子科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.用数字示波器双踪测量不同频率的相关信号时，应选哪个信号为触发源？参考答案:频率低的信号2.约束文件中“set_property PULLDOWN true [get_ports {col[3]}]”是？参考答案:将第3列下拉至低电平3.若工程中只使用矩阵键盘中的一个按键,则参考答案:可以不需要按键扫描4.在本次实验示例中，将行列式键盘的行值定义为参考答案:输出信号5.如果要求不仅能显示16进制数，还要包括"-"，那么显示译码器接收的数据至少应为参考答案:5位6.实现6位数码管动态显示16进制数时，可以不改写哪部分的代码？参考答案:显示译码器部分7.如果你要在一个工程中添加自定义的IP核，首先应在Project manager中点击参考答案:Settings8.IP核的意思是参考答案:知识产权核9.如果实现5位数码管动态显示，则电路中计数器的位数至少为参考答案:310.所介绍的555多谐振荡器电路中，振荡周期的改变与（）有关。
参考答案:电容C_电阻R2_电阻R111.所介绍的555多谐振荡器电路中，占空比的改变与（）无关。
参考答案:电容C12.对于本次实验中的多谐振荡器电路，若要实现其输出矩形波的振荡频率约为160Hz，占空比约为89%。
所选择的电阻R1和R2的比值约为（）。
参考答案:7:113.对于本次实验中的多谐振荡器电路，若要实现其输出矩形波的振荡频率约为4700Hz，可供选择的电阻R1和R2值约为10千欧姆，则电容C应选取（）。
参考答案:0.01微法14.所介绍的555多谐振荡器电路中，当VCC（引脚8端）为9V，电压控制端（引脚5）悬空，则该多谐振荡器Vc（2、6脚）处三角波的幅度大约为（）。
参考答案:3V15.用视频中介绍的方法产生占空比为50%的分频信号输出，将50MHz信号分频为2KHz，如果计数器计数值从0依次加一到999循环，那么输出频率为？参考答案:25KHz16.假如clr是清零端，通过语句always@(posedge CP or posedge clr)，可以知道clr是哪一种清零？参考答案:异步清零17.在过程块中哪种赋值语句必须按照编写顺序依次执行？参考答案:阻塞式赋值18.非阻塞式赋值的赋值运算符是？参考答案:<=19.在always块中，应该采用哪种赋值？参考答案:过程赋值20.在verilog语言中，下面哪个符号不能用作设计源文件或约束文件里的注释符号？参考答案:*21.本实验中门电路构成的单稳触发器输出信号的脉冲幅度和以下哪些因素有关？参考答案:门电路的电源电压_最后一个与非门的器件类型22.根据实验电路中给出的参数，这个单稳触发器最大定时时间可能是？参考答案:约4uS23.本实验中门电路构成的单稳触发器电路对输入信号的触发条件为？参考答案:下降沿触发24.施密特触发器和单稳态触发器都可以对脉冲实现整形，这两种电路对脉冲整形后，那种电路可以得到相同的脉宽？参考答案:单稳态触发器25.在Verilog语言中关于if-else语句说法不正确的是？参考答案:有一条if语句就有一条对应的else语句26.实验开发板的时钟为50MHZ，实验中要求设计的计数器时钟为5HZ，则分频器的分频比应为多少？采用实验介绍的分频方法，verilog语句中的分频计数范围应设为多少？参考答案:10M, 0~499999927.在本实验内容一的顶层模块连接图中，对应模块u2正确的例化语句应该是？参考答案:counter10 u2(。
脉冲信号的产生和整形
B
G1
R G2
C
≥1
1
vO＇
1
1
vO
G3
G4
输出缓冲
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↗1； （2）若B=1，A1、A2中至少有一个由1↗0。
集成单稳态触发器
74LS121内部结构和逻辑符号
Cext Rext/Cext Rext 10 11 9
单稳态触发器主要有两类： （1）微分型单稳态触发器 （2）积分型单稳态触发器
微分型单稳态触发器
电路组成
门电路+RC微分电路→微分型单稳态触发器
触发脉冲
vI
RC微
VDD
分电路
R
≥1
C
1
vO1
vI2
vO
G1
G2
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
1
N1状态 导通 截止 导通 不变 截止
用555构成的施密特触发器
电路结构
VDD RD
48
vI
vI1 7 vI2 6
555
3
vO
2
1
vI
vO
15
VCO
0.01μF
用555构成的施密特触发器
原理分析
vI
2VDD/3 VDD/3
2VDD/3
vI ⑥
－
+ C1
R
0
t
vO
0
VDD/3
vI ②
+
－
单稳态触发器
数字电路复习题含答案
一、填空题：1．在计算机内部，只处理二进制数；二制数的数码为1 、0两个；写出从（000）2依次加1的所有3位二进制数：000、001、010、011、100、101、110、111 。
2．13=（1101）2；（5A）16=（）2；（）2=（8C）16。
完成二进制加法（1011）2+1=（1100）23．写出下列公式：= 1 ；= B ；= A+B ；=BA 。
4．含用触发器的数字电路属于时序逻辑电路（组合逻辑电路、时序逻辑电路）。
TTL、CMOS电路中，工作电压为5V的是TTL ；要特别注意防静电的是CMOS 。
5．要对256个存贮单元进行编址，则所需的地址线是8 条。
6．输出端一定连接上拉电阻的是OC 门；三态门的输出状态有1 、0 、高阻态三种状态。
7．施密特触发器有 2 个稳定状态.，多谐振荡器有0 个稳定状态。
8．下图是由触发器构成的时序逻辑电路。
试问此电路的功能是移位寄存器，是同步时序电路（填同步还是异步），当R D=1时，Q0Q1Q2Q3= 0000 ，当R D=0，D I=1，当第二个CP脉冲到来后，Q0Q1Q2Q3= 0100 。
(图一)1．和二进制数(111100111.001)等值的十六进制数是( B )A．(747.2)16B．(1E7.2)16C．(3D7.1)16D．(F31.2)161D C1FF01DC1FF01DC1FF01DC1FF0R D R D R D R D Q3Q2Q1Q0D IRCP2．和逻辑式B A C B AC ++相等的式子是( A )A ．AC+BB ． BCC ．BD ．BC A +3．32位输入的二进制编码器，其输出端有( D )位。
A. 256B. 128C. 4D. 5 4．n 位触发器构成的扭环形计数器,其无关状态数为个( B )A ．2n -nB ．2n -2nC ．2nD ．2n -15．4个边沿JK 触发器,可以存储( A )位二进制数A ． 4B ．8C ．166．三极管作为开关时工作区域是( D )A ．饱和区+放大区B ．击穿区+截止区C ．放大区+击穿区D ．饱和区+截止区7.下列各种电路结构的触发器中哪种能构成移位寄存器（ C ） A ．基本RS 触发器B ．同步RS 触发器C ．主从结构触发器8．施密特触发器常用于对脉冲波形的（ C ）A ．定时B ．计数C ．整形1．八进制数 (34.2 ) 8 的等值二进制数为 11100.01 ；十进制数 98 的 8421BCD 码为 10011000 。
施密特触发器
施密特触发器实验 3.9 施密特触发器及其应⽤⼀、实验⽬的1．掌握施密特触发器的特点。
2．学会测试集成施密特触发器的阈值电压。
3．了解施密特触发器的应⽤。
⼆、实验原理1．施密特触发器施密特触发器⼜称施密特反相器，是脉冲波形变换中经常使⽤的⼀种电路。
它在性能上有两个重要的特点：第⼀，输⼊信号从低电平上升的过程中，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过程中对应的输⼊转换电平不同。
第⼆，在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程使输出电压波形的边沿变得很陡。
利⽤这两个特点不仅能将边沿变化缓慢的信号波形整形为边沿陡峭的矩形波，⽽且可以将叠加在矩形脉冲⾼、低电平上的噪声有效地清除。
施密特触发器可以由门电路构成，也可做成单⽚集成电路产品，且后者最为图3.9.1 CMOS施密特触发器逻辑符号及施密特电路的电压传输特性曲线226227常⽤。
图3.9.1是CMOS 集成施密特触发器CD40106逻辑符号与电压传输特性曲线。
2．施密特触发器的应⽤⑴⽤于波形变换利⽤施密特触发器状态转换过程中的正反馈作⽤，可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。
图3.9.2的例⼦中，输⼊信号是由直流分量和正弦分量叠加⽽成的，只要以信号的幅度⼤于V T+即可在施密特触发器的输出端得到同频率的矩形脉冲信号。
图3.9.2 ⽤施密特触发器实现波形变换⑵⽤于脉冲的整形在数字系统，常常需要将窄脉冲进⾏展宽，图3.9.3是⽤CD40106来展宽脉冲宽度的电路及输⼊、输出波形，它是利⽤R 、C 充电延时的作⽤来展宽输出脉冲的，改变R 、C 的⼤⼩，即可调节脉宽展宽的程度。
V I V t （ms ）t （ms ）228图图 3.9.3 施密特触发器实现窄脉冲展宽电路及其波形⑶⽤于单稳态触发器单稳态触发器的⼯作特性具有如下的显著特点：第⼀，它有稳态和暂稳态两个不同的⼯作状态；第⼆，在外界触发脉冲作⽤下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持⼀段时间以后，再⾃动返回稳态；第三，暂稳态维持时间的长短取决于电路本⾝的参数，与触发脉冲的宽度和幅度⽆关。
脉冲信号产生与整形施密特触发器的电压传输特性施密特触发器
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2
第5章 脉冲信号产生与整形
u u1/
R2 R1 R2
uI
u1/
UTH
R1
R2 R2
UT
I
所以UT
(1
R1 R2
)U
TH
同理
uI
UT
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(1
R1 R2
)UTH
3
2．工作原理
第5章 脉冲信号产生与整形
施密特触发器有两个稳定状态，而这两个稳定状态的维持和转换完全取决于输入电压 的大小。只要输入电压uＩ上升到略大于UＴ+或下降到略小于UＴ－时，施密特触发 器的输出状态就会发生翻转，从而输出边沿陡峭的矩形脉冲。
施密特触发器可用于将三角波、正弦波及其它不规则信号变换成矩形脉冲。
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第5章 脉冲信号产生与整形
2．用于脉冲整形
当传输的信号受到干扰而发生畸变时，可利用施密特触发器的回差特性，将受到干 扰的信号整形成较好的矩形脉冲。
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3．用于脉冲幅度鉴别
第5章 脉冲信号产生与整形
tＷ２为电容电压由
降到
所需的时间。
tＷ２＝R２Cln 2≈0.7R２C
多谐振荡器的振荡周期T为: T＝tＷ１+tＷ２≈0.7（R１+2R２）C
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占空比可调的多谐振荡器
第5章 脉冲信号产生与整形
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多谐振荡器的振荡周期T为: T＝tＷ１+tＷ２≈0.7（R１+2R２）C
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第5章 脉冲信号产生与整形
第5章 脉冲信号的产生与整形
脉冲信号的产生与整形是在实际工作和较大规模的电路系统中经常遇到的技术环节。 通过本章的学习要掌握脉冲信号产生与整形的原理、方法以及用于脉冲信号整形和产 生的器件的工作方式和实际应用。
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我们知道，门电路有一个阈值电压，当输入电压从低电平上升到阈值电压或从高电平下降到阈值电压时电路的状态将发生变化。
施密特触发器是一种特殊的门电路，与普通的门电路不同，施密特触发器有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压。
在输入信号从低电平上升到高电平的过程中使电路状
态发生变化的输入电压称为正向阈值电压（），在输入信号从高电平下降到低电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为负向阈值电压（）。
正
向阈值电压与负向阈值电压之差称为回差电压（）。
普通门电路的电压传输特性曲线是单调的，施密特触发器的电压传输特性曲线则是滞回的[图
6.2.2(a)(b)]。
图6.2.1 用CMOS反相器构成的施密特触发器
（a）电路（b）图形符号
图6.2.2 图6.2.1电路的电压传输特性
（a）同相输出（b）反相输出
用普通的门电路可以构成施密特触发器[图6.2.1]。
因为CMOS门的输入电阻很高，所以的输入端可以近似的看成开路。
把叠加原理应用到和构成的串联电路上，我们可以推导出这个电路的正向阈值电压和负向阈值电压。
当时，。
当从0逐渐上升到时，从0上升到，电路的状态将发生变化。
我们考虑电路状态即将发生变化那一时刻的情况。
因为此时电路状
态尚未发生变化，所以仍然为0，，于是，。
与此类似，当时，。
当从逐渐下降到时，从下降到，电路的状态将发生变化。
我们考虑电路状态即将发生变化那一时刻的情况。
因为此时电路状态尚未发生变化，所以仍然为，，于是，。
通过调节或，可以调节正向阈值电压和反向阈值电压。
不过，这个电路有一个约束条件，就是。
如果，那么，我们有
及，这说明，即使上升到或下降到0，电路的状态也不会发生变化，电路处于“自锁状态”，不能正常工作。
图6.2.4 带与非功能的TTL集成施密特触发器
集成施密特触发器比普通门电路稍微复杂一些。
我们知道，普通门电路由输入级、中间级和输出级组成。
如果在输入级和中间级之间插入一个施密特电路就可以构成施密特触发器[图6.2.4]。
集成施密特触发器的正向阈值电压和反向阈值电压都是固定的。
利用施密特触发器可以将非矩形波变换成矩形波[图6.2.8]。
图6.2.8 用施密特触发器实现波形变换利用施密特触发器可以恢复波形[图6.2.9(a)(b)(c)]。
图6.2.9 用施密特触发器对脉冲整形利用施密特触发器可以进行脉冲鉴幅[图6.2.10]。