脉冲波形的变换与产生
数字电子技术10脉冲波形的产生与变换资料
vR
vO2
vO1
vo1
t1
t
所以,一旦 vR = Vth ,立即 0 回到稳态：vO2= 0, vO1=1。 vR
vO1
vO2
Vth
0
t
t
G1 ≥1
C
1 G2 vR
R
VDD
vo2
vI
0
t
21
vO1 G1 ≥1
C
vO2 1 G2 vR
R VDD
vi
vo 1
vR
0
t1
t
vI
0
t
t tW
2. 主要参数计算：
常用的整形电路有单稳态触发器和施 密特触发器 。
3
图10.1.1 描述矩形脉冲特性的主要参数
1、脉冲周期T; 2、脉冲幅度Vm 3、脉冲宽度tw 4、上升时间tr
5、下降时间tf
6、占空比q q = tw / T
4
10. 2 施密特触发器 施密特触发器(Schmitt Trigger)的特点：
（1）属于电平触发，当输入信号达到一定电压值时，输 出电压会发生突变，输入信号增加和减少时，电路有不 同的阈值电平。 （2）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。 VO VOH
1
G2
vI
vO1
vR
vR VDD
vO1 ＝ 0 ，vO2 ＝ 1, 同时： +5V
R4
vI
电容C应 该充电
vo2
vR
0
T4 T5
t
vo 1
C
R
VDD
t 只要 vR < Vth ，仍 然维持暂稳态。
0
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。
脉冲波形变换和产生
可重复触发型电—路—在暂稳态中仍然可以接受触发信号， 每触发一次，电路暂稳态会继续保持tW。
tW
tW
不被再次触发 脉冲波形变换和产生
tW
tW
被再次触发
1. 不可重复触发的集成单稳态触发器 74121 Rext
B
G1
A1
&
A2
G4 &
vO1
vI2 VTH
vO2
tW=RC ln
0 ‒ 3.6 0 ‒ 1.4
≈ 0.96 RC
脉冲波形变换和产生
vO1
vO2
vI
G1
1 G2
vO1
vI2
R
vI
亦有 tre= (3~5)RC
vI2 VTH
(2)触发脉冲的间隔（周期） vO2
不得小与 tw+tre
fMAXT1
tW
1 tre
脉冲波形变换和产生
TmintWtre
经过（3~5)RC时间， 电容已经放电完毕
即
tre=(3~5)RC
vI 的最大工作频率：
fMAXTm 1intW1tre脉冲波形变换和产生
或非门组成的微分性单稳态触发器
vI
vO1
vO2
G1 ≥1
1 G2
vO1
C
vI2
vI
VDD
vI2
若输入脉冲过宽，vo2输出边沿变缓 vO2 可在输入端加微分电路
a
G2 &
Cext10 Rext/Cext11 Rint9
G5
G6
& ≥1 &
Rint G7 1
脉冲波形的变换与产生
t
t
t
0
0
0
v0
v0
vI
幅度鉴别
01
t
02
t
03
0
04
0
05
vo
06
vI
07
VT+
08
VT-
09
幅度大于VT+的脉冲被保留
多谐振荡器
多谐振荡器（无稳态电路）是一种自激振荡电路，用来产生一定频率和幅度的矩形脉冲波或方波。 一、门电路组成的多谐振荡器 1 1 R C vo 振荡周期的计算：
二、用施密特触发器构成多谐振荡器
没有触发脉冲作用时电路处于一种稳态
1
在触发脉冲作用下。电路由稳态翻转到暂稳态。暂稳态是一种不能长久保持的状态
2
由于电路中RC的延时环节的作用，电路的暂稳态在维持一段时间后，会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间决定于电路中RC的参数值
3
单稳态触发器的这些特性被广泛地应用于脉冲的整形、延时和定时等。
4
单稳态触发器的工作特性
VCC
C
T
vO
当vI 输入负向脉冲后，电路进入暂稳态， T导通，C放电。
当vI 为高电平时，T截止，C充电，当C未充到 之前，电路处于暂稳态；若此期间，vI 输入负向脉冲， T导通，C放电，输出仍维持在暂稳态。只有在触发脉冲撤除后且在输出脉宽tw间隔内没有新的触发脉冲，电路才返回到稳定状态（vo=0)
1
1
G1
G2
Rd
R
VDD
D
C
Cd
CMOS门电路组成的微分型单稳态触发器
1
分类：可重复触发；不可重复触发。
01
不可重复触发单稳态触发器工作波形
202X年数电-07-脉冲波形的变换与产生
※ 11
1 vO 1
vO
vI
0
G1 ≥1
00
≥1 G2
vO1
－ + vI2Vth
vI
VDD
vI2
vO由1变0vO1=1(注意(zhù yì)：
∵此时vI的正脉冲已撤消)
VTH
VDD+VTH VDD+Δ+
电容电压不能突变(tūbiàn)vC=Vth
vO
vI2上升到VDD+Vth
暂态过程结束
v如果G2是CMOS门，由于保护二极管的钳位作用 vI2只能(zhī nénɡ)上升到VDD+Δ+
预备知识：
TTL与非门
1、门坎(ménkǎn)电平（阈值电压)：VTH
TTL与非门或反相器的电压传输(chuán shū)特性为：
输出低电平（逻辑0） ——与非门开通 输出高电平（逻辑1） ——与非门关闭
开门电平VON：使与非门开通的输入高电平的最小值。 关门电平VOFF：使与非门关闭的输入低电平的最大值。
(4)用TTL与非门组成微分型单稳态触发器，考虑到输入(shūrù)电流，
则应R ＜Roff，而Rd ＞Ron。CMOS门组成的单稳态触发器中R、
Rd 不受此限制。
第十七页，共九十二页。
※ 16
二、 积分(jīfēn)型单稳态触发器
两个与非门+RC积分电路 工作(gōngzuò)原理：
1 vO1 R
输出宽脉冲。
第十四页，共九十二页。
VDD+VTH VDD+Δ+
※ 13
3、主要参数计算(jìsuàn)：
vO
vO
1
பைடு நூலகம்
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。
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。
第十二章 脉冲波形的产生与变换
第12章脉冲波形的产生与变换本章要求了解集成定时器的工作原理，了解用集成定时器组成的单稳态触发器和多谐振荡器的工作原理。
本章内容在数字电路或系统中，常常需要各种脉冲波形，例如时钟脉冲、控制过程的定时信号等。
这些脉冲波形的获取，通常采用两种方法：一种是利用脉冲信号产生器直接产生；另一种则是通过对已有信号进行变换，使之满足系统的要求。
本章以中规模集成电路555定时器为典型电路，主要讨论555定时器构成的施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器以及555定时器的典型应用。
教学手段在课堂教学中，多采用黑板粉笔、电子教案和实物投影相结合的方式电子教案中包含讲课的梗概、要点、元器件结构、基本电路、电路的演变等等，具有系统性，可以成为学生课后复习的参考资料。
“粉笔＋黑板”的传统方式具有其独特的灵活性。
教师在课堂上如果只是照本宣科，即使是非常好的教案也缺乏生气。
同一内容与不同授课对象交流，将会碰撞出不同的火花，这种即兴的东西往往使学生和老师均受益匪浅，而“粉笔＋黑板”是最好的表述方式。
此外，还可以通过实物投影增强学生的感性知识。
这样，使得课堂教学生动。
本章学时4学时12.1555集成定时器本节学时1学时本节重点555集成定时器电路组成及基本功能教学内容555定时器是一种应用极为广泛的中规模集成电路。
该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。
因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。
目前生产的定时器有双极型和CMOS两种类型，其型号分别有NE555(或5G555)和C7555等多种。
它们的结构及工作原理基本相同。
通常，双极型定时器具有较大的驱动能力，而CMOS定时器具有低功耗、输入阻抗高等优点。
555定时器工作的电源电压很宽，并可承受较大的负载电流。
双极型定时器电源电压范围为5～16V，最大负载电流可达200mA；CMOS定时器电源电压范围为3～18V，最大负载电流在4mA以下。
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555定时器功能表
输
阈值输入
ui1
×
入
触发输入 复位
ui2
RD
×
0
输出
输出 放电管
UO
T
0 导通
＜2/3VCC
＞2/3VCC
＜2/3VCC
＜1/3VCC
＞1/3VCC ＞1/3VCC
1
1 截止
1
0 导通
1 不变 不变
复位RD=0时， G3“有0出1”， 经反相器，使
UO=0，T 基极 为高电平，饱 和导通。
+R
- C1
＆
电 源 电 压 分 压 ， C1 同 相 输 入 端 对 地 电 位 为 2 ／ 3VCC ， C2反相输入端对地电位为 1／3VCC。
R 5KΩ
-
+
C2
S
＆
Q G2
＆
1
UO(3)
G3 C1和C2为电压比较
R 5KΩ
T
R
器，当u+＞u-时输出 为 1 ； u+＜u- 时 输 出
接地(1)
引入改变了两个比较器的比
VCO 较电位，使回差调节更加方
施密特触发器应用： 便。 △UT =1/2VCO 。
1.波形变换 将缓慢变化的三角波、锯齿波、正弦
波（P405）等非矩形波变换为矩形波。
2.整形（改善脉冲波形的上升下降沿）与抗干扰
消除顶部振整理荡课件。
8
3.幅度鉴别
UT+ UT-
如果将输入信号视为
ui2
2
7 放电
UO
3
6 ui1
R
4
5 uiC
触发输入 ui2(2)
-
+
C2
S
＆
Q G2
＆
G3
R 5KΩຫໍສະໝຸດ 放电端(7)TR
1
UO(3)
555定时器 端口图
接地(1)
电路有八个端口，复位端除复位时为0，其余均为1；控 制电压端uiC(5) ，外接其它电源可以改变比较器的基准电 压。不使用时，为防止干扰整，理课需件 0.01µF电容接地。 3
有双极型和CMOS两种类型的产品。前者驱动 能力强（最大负载电流达200mA）；后者电源电 压范围宽（3～18V）、功整理课耗件 低、输入阻抗高。 1
电源Vcc(8)
复位(4)
由分压器(三个5KΩ电阻) 对
控制电压 uiC(5)
阈值输入 ui1(6)
触发输入 ui2(2)
放电端(7)
R 5KΩ
G1
Uo
2∕3 VCC以前，电路的这种状态
0.01µF 不会改变。该状态为稳态Ⅰ（1
态）；
2) Ui继续升高，一旦超过2∕3 VCC时，定时器中C1 输出 “0”， C2 输出“1”，使SR锁存器置0（Q=0,UO=0,放电 管T 饱和），Ui开始下降，在未达到1∕3 VCC以前，电路
的这种状态也不会改变。该整理状课件态为稳态Ⅱ（0态）。 5
△UT =VT+-VT- =1/3VCC。整回理课差件 愈大，抗干扰能力愈强7。
VCC1
ui 8 4
6
7
555 3
2
5
1
VCC2
增加了两个电源VCC2、VCO
R
和一个输出端UO2。当UO为1 时，T 截止，R上无电压降，
Uo2 UO2=VCC2，若VCC2＞VCC1，
Uo1 提高了输出的幅度； VCO的
3
V
CC
时， uoH
才产生负跳变；
同样当输入电压由较大值开始 uoL
0
ui
减小时，达到
2 3
V
CC
时，不产生
正跳变，直至减小到
1 3 V CC
时，
才产生正跳变。均有“迟滞”，
1 3
V
CC
电
2 3
V
CC
路 符 ui
1
uo
曲线类似铁磁材料的“磁滞回 号
线”两。次翻转的电压（阈值电压）之差，称之为“回差”。
ui
2 3 V CC
1 3
V
CC
0
uo
0
电路将三角波变换为矩
形波，电路是一种波形
变换电路。
t
电路亦可将正弦波、
锯齿波等非矩形波变换
整理课为件 矩形波。
6
t
施密特触发器的传输特性具有
电压传输特性:
“迟滞”现象：当输入电压由零
指输出电压随输入
开始增大时，达到1 V
3
CC
时，不
电压变化的特性。
uo
产生负跳变，直至增大到2
为0。
G1和G2组成基本SR锁存器；三极管T为放电管，当T饱和时C、E
极间电阻很小，C极通过E极对地放电；G3为具有缓冲作用的与非门，
无复位信号时就是一反相器，U整O理=课Q件 。
2
电源Vcc(8)
复位(4)
地
1
8 VCC
控制电压 uiC(5)
阈值输入 ui1(6)
R 5KΩ
G1
+R
- C1
＆
R 5KΩ
第八章 脉冲波形的变换与产生
数字电路中，常需要各种脉冲波形。这些波形 的获取，有两种方法：通过波形变换获得；由产 生电路直接得到。
555定时器是一种集模拟、数字一体的中规模集 成电路。其应用极为广泛。不仅广泛应用于信号 的产生（产生多谐振荡器、单稳态触发器和施密 特触发器）和变换,还常用于控制和检测电路中。
uuui1ii11＜＞＜222//3/33VVVCCCCCC，，，比比比较较较器器器CCC111输输输出出出“““110”””；；；uuui2ii22＞＜＞11/3/3VVCCCC，，比比
较较器器CC22输输出出““101””。。基基本本SSRR锁锁存存器器状置置态““不10””变，，，UUOOU==OQQ状==10态，，不TT变，
3) Ui 继续升降低，一旦低于1∕3 VCC时，定时器中C2 输 出“0”，使SR锁存器置1（Q=1,UO=1,放电管T 截止）。
又回到稳态Ⅰ（1态）。
电路有两个稳定的工作状态，称为“双稳态”触发器。
电路的工作归结为两个稳定的工作状态和两个稳态之间
的转换过程 。状态转换完全由输入电平控制（触发）。
基T基状极极态为为也低高不电变平。，截饱止和。导通。整理课件
4
一、用555定时器组成施密特触发器（双稳态电路）
VCC
工作原理：1) 当u6i＜脚1与∕3 2V脚CC时相，接定时器C1
输出“1”， C2 输出“0”，使
ui
84
6
7
555 3
2
5
1
SR锁存器置1（Q=1,UO=1,放电
管T 截止）ui升高，在未达到
9
VCC 电路只有一个电阻R 和
R
84
电容C 作为定时元件。
6 3
工作原理：
7 555
ui
2
5
+
1
C -uC
Uo
1、稳态（0态）
0.01µF 无触发信号时，ui为高
电平( ＞
2 3
V
CC
)，电
电路若为1态，T截止， 路若为0态，T 导通， 电 当 器 路源输uCC1V出输＞C为出C通0为过态0R。，32时对V仍C，CC 使充比电电较整，理课件电 u较 电C=器容 路0CC保，1通持.定C过为2时输T0器放出态内电均；部，为比使110，
干 扰 信 号 ， 并 以 UT+ 作 为能够容忍的干扰幅度，
可以鉴别出超过容忍幅
度的干扰信号，接入计
数器后可统计出干扰信
4.组成多谐振荡器（P411）号的数量。
二、用555定时器组成单稳态触发器
单稳态:电路只有一个稳定的工作状态和一个不
稳定的“暂态”。其工作原理主要是讨论触发翻
转后，电路自动返回的整过理课渡件 过程。