数字电路与系统 第七章 脉冲波形的产生与变换(第1-2节)课堂笔记及练习题
《数字电路与数字逻辑》第七章
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15
③放电阶段：
u C 1 3 V C ， CR 0 则 (或 1 ) ， S 0 ， u o 0 ；第二暂稳态
u C 1 3 V C， CR 则 0 ， S 1 ， u o 1 ；第一暂稳态
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8
(3) 3脚—输出端
(4) 4脚—直接置0端
(5) 5脚—电压控制端UIC ①接UREF ，则高触发电平、低触发电平分别为
UREF 、12UREF ②不接UREF ，则高、低触发电平分别为
32VCC 、13VCC
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9
(6) 6脚—高触发输入端（阈值输入端） (7) 7脚—放电端 (8) 8脚—电源端
当ui为高电平时，uo为低电平； 当ui变为低电平时，uo变为高电平；
tr
tf
Um
tW
T
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4
P1
△U
P2
图 7.1.2Βιβλιοθήκη 矩形脉冲的参数ppt课件5
第二节 集成定时器
一、555定时器的结构
1.组成 分压器，电压比较器，基本SREF，集电极开 路输出的放电三极管。
2.各引脚功能 (1) 1脚—接地端 (2) 2脚—低触发输入端（触发输入端）
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6
V CC
16
3.矩形波参数
T P H 0 .7 (R A R B )C ;H (R A R B )C
T PL 0.7R BC
;LRBC
T T P T H P 0 L . 7 ( R A 2 R B ) C
qtW T PH R AR B T T PH T PLR A2R B
数字电路基础_D07-01脉冲波形发生器及整形电路
7.1脉冲波形发生器及整形电路7.1.1施密特触发器施密特触发器(Schmitt Trigger)是一种经常使用的脉冲波形变换电路。
它具有两个重要的特性：①施密特触发器是一种电平触发器，它能将变化缓慢的信号(如正弦波、三角波及各种周期性的不规则波形)变换为边沿陡峭的矩形波；②输入信号从低电平上升的过程中，电路状态转换时对应的触发转换电平(阀值电平)，与输入信号从高电平下降的过程中对应的触发转换电平是不同的，即电路具有回差特性。
由于施密特触发器的广泛应用，所以无论是在TTL还是CMOS电路中，都有集成施密特触发器产品。
下面以典型的TTL集成施密特触发器SN7413为例，分析施密特触发器。
1．电路结构及工作原理(1)电路结构典型的TTL集成施密特触发器SN7413的逻辑电路如图7-1-l(a)所示，图7-1-1(b)为逻辑符号图。
该电路由四部分组成：·输入级——由二极管与门电路构成，可完成对输入信号逻辑与的功能。
·施密特电路——由VTl和VT2管构成的射极耦合触发电路。
·倒相放大级——由VT3、VD5、VT4管构成，完成电平的偏移和倒相。
·输出级—由VT5和VT6构成推拉输出级。
图7-1-1 SN7413集成施密特触发器电路的输入级附加了与逻辑功能：在电路的输出级附加了反相的逻辑功能，所以它又称施密特触发器与非门。
(2)电路的工作原理从电路的组成可以看出，整个电路的核心部分是由VTl、VT2、R2、R3和R4组成的施密电路，设电路的输入电压为三角波，如图7-l-2(a)所示。
其工作原理如下：①当输入电压Ui为低电平时，电路中Pl点为低电平，VTl管截止，VT2管饱和导通，VT2管的发射极电流在电阻R4上的电压UR4＝Ie2R4，即为P2点的电压，VT2管的集电极电压Uc2(＝Uces2十Ie2R4)使VT3、VT4、和VT 6管均截止，电路的输出Uo为高电平。
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。
电子教案《数字电子技术》 第七章(教案)第7章 脉冲波形的产生与整形电路
《数字电子技术》教案第7章脉冲波形的产生与整形电路7.1脉冲信号1．脉冲信号概述从广义上讲，不具有连续正弦波形状的信号，几乎都可以称为脉冲信号，最常见的脉冲波形是方波和矩形波，如图7-1所示。
（a）方波（b）矩形波图7-1 方波和矩形波2．矩形脉冲的特性参数：如图7-2所示为矩形脉冲的实际波形图。
在描述矩形脉冲的特性时，通常会使用图7-2中所标注的参数。
图7-2 矩形脉冲实际波形图（1）脉冲幅度V：脉冲电压的最大变化幅度。
m（2）脉冲宽度t：从脉冲前沿到达0.5m V起，到脉冲后沿到达0.5wV为止的时间。
m（3）上升时间t：脉冲上升沿从0.1m V上升到0.9m V需要的时间。
r（4）下降时间t：脉冲下降沿从0.9m V下降到0.1m V需要的时间。
f（5）脉冲周期T：周期重复的脉冲序列中，两个相邻脉冲之间的时间间隔，有时也用频率f来表示。
（6）占空比q：脉冲宽度与脉冲周期的比值，即w tq。
T7.2施密特触发器施密特触发器具有以下特点：（1）电路状态转换时，输入信号在低电平上升过程或高电平下降过程中，其所对应的输入转换电平各不相同。
（2）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。
7.2.1门电路组成的施密特触发器1. CMOS反相器组成的施密特触发器如图7-3所示为CMOS反相器组成的施密特触发器的电路结构和逻辑符号图。
将两级反向器串联起来，同时通过分压电阻把输出端的电压反馈到输入端，就组成了施密特触发器。
（a）电路结构（b）逻辑符号图7-3 CMOS反相器组成的施密特触发器2.施密特触发器的电压传输特性（a）同相输出的施密特触发特性（b）反相输出的施密特触发特性图7-6 施密特触发器的电压传输特性（1）图7-6（a）中，v与I v的高低电平是同相的，所以也将这种O形式的电压传输特性称为同相输出的施密特触发特性。
（2）图7-6（b）中，O v与v的高低电平是反相的，所以也将这种I形式的电压传输特性称为反相输出的施密特触发特性。
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
第7章 用555定时器组成的脉冲电路 (2)
7.1
7.2 7.3
矩形脉冲
555定时器 多谐振荡器
7.4
7.5
施密特触发器
单稳态触发器
7.1 矩形脉冲
时序电路中的时钟信号即为矩形脉冲波。时钟脉冲的特 性直接关系着系统能否正常工作。
实际的矩形脉冲波形如图 9.1.1 所示，其特性可用以下指
脉冲周期T——周期性重复的脉冲序列中， 两个相邻脉冲 间的时间间隔。脉冲频率f=1/T, 表示单位时间内脉冲重复的次 数。
示为一种典型的石英晶体多谐振荡器电路。
x
电 感 性
R1 1 G 1 C1 C2
R2 1 G 2 uo
0
f0 电容性
f
(a)
(b)
图7.3.5 (a)石英晶体的符号和阻抗频率特性; （b）石英晶体多谐振荡器电路
图中，门 G1 、 G2 及 R1 、 R2 、 C1 、 C2 构成基本多谐振 荡器，它只有两个暂稳态：一个非门导通，另一个非门 截止。假设 G1 导通， G2 截止，则 C1 充电， C2 放电。当 C1 充电到使 G2输入端电平达到阈值电压 UT时， G2转到导通，
载能力， 同时也隔离负载对定时器的影响。
2． CC7555 表7.2.1是 CC7555的功能表。 高。
CC7555的静态电流约80 μ A， 输入电流约0.1 μ A， 输入阻抗很 表7.2.1 CC7555的功能表
3. 555定时器应用举例 【例7.2.1】 图9.2.2为CC7555接成的逻辑电平分析仪， 待测信号为 ui ，调节 CC7555 的 CO 端电压 uA ＝ 3 V ，试问：
OUT（uo）为高电平，MOS管截止，电源经R1、R2对C充电， 2 V DD uC逐渐升高。 当uC＞ 时，比较器A输出，即RS 3 触发器的R端跳变为高电平，比较器B输出,即RS S 端跳变为低电平，使RS触发器置 0，输出OUT（uo）跳变 1 V DD 3 为低电平，MOS管导通，电容C通过R2及MOS管放电，uC下降。 当uC＜ ，比较器 B的输出使 RS触发器的S跳变为高电平， 比较器A的输出使RS触发器的R跳变为低电平，输出OUT（uo）
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。
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数字电路与系统第七章脉冲波形的产生与变换（第1-2节）课
堂笔记及练习题
主题：第七章脉冲波形的产生与变换（第1-2节）
学习时间： 2016年6月20日—6月26日
内容：
一、本周知识点及重难点分布
表13-1 本周知识点要求掌握程度一览表
二、知识点详解
【知识点1】555定时器
555定时器是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合在一起的中规模集成电路。
该电路功能灵活、适用范围广，只要外围电路稍作配置，即可构成单稳触发器、多谐振荡器或施密特触发器，因而可用在定时、检测、控制、报警等方面。
1、555定时器分类
555定时器又称时基电路。
555定时器按照内部元件为双极型（又称TTL型）和单极型两种。
双极型内部采用的是晶体管；单极型内部采用的则是场效应管。
555定时器按单片电路中包括定时器的个数分为单时基定时器和双时基定时器。
常用的单时基定时器有双极型定时器5G555和单极型定时器CC7555。
双时基定时器有双极型定时器5G556和单极型定时器CC7556。
2、集成555定时器具体元件简介
双极型555工作电压4.5-15V，CMOS型为3-18V。
它们可以与模拟集成运算放大器和TTL、CMOS数字电路共用一个电源。
CMOS型最大输出电流可达200mA，可直接驱动小电机、继电器等负载。
555定时器是一种应用广泛、使用灵活的集成器件，多用于脉冲产生、整形及定时等。
3、555定时器的工作原理
555定时器主要由2个电压比较器、1个基本RS触发器、3个精密电阻、缓
冲器组成。
工作中不使用v
IC
时，一般都通过一个0.01μF的电容接地，以防高频干扰。
图13-1 555定时器符号图
5、555定时器的功能表
表13-2 555定时器功能表
【知识点2】施密特触发器
1、555定时器构成的施密特触发器
（1）电路结构
将555定时器的阈值输入端v
I1和触发输入端v
I2
端相连，便构成了施密特触
发器。
图13-2 555定时器构成的施密特触发器
（2）工作原理
由于比较器的参考电压不同，因而基本RS 触发器的置0信号和置1信号必然发生在输入信号的不同电平。
因此，输出电平由高到低和由低到高所对应的输出电压值也不同。
由于施密特触发器的滞后电压传输特性，它对触发器电平的上升沿和下降沿的反应不同。
（3）施密特触发器的电压传输特性 滞后特性：滞后电压传输特性，即输入电压的上升过程和下降过程的阈值电平不同。
这是施密特触发器固有的特性。
图13-3 施密特触发器传输特性和逻辑符号
回差电压（滞后电压）: T T T-U U U +∆=- 2、集成施密特触发器74132
图13-4集成施密特触发器管脚图
输入AB 中只要有一个或一个以上的电平低于下限阈值电压V T-,则Q ＝1；输入A 、B 电平皆高于上限阈值电压V T ＋，则Q ＝0。
3、施密特触发器用途
（1）波形变换：将一周期性信号变换为矩形波，其输出脉冲宽度t W 可通过改变进行调节ΔU T 。
T T T-U U U +∆=-
（2）信号整形：将不规则的信号波形整成矩形脉冲。
（3）幅度鉴别：施密特触发器的输出状态取决于输入信号的电压值，因此可用作幅度鉴别。
（4）构成多谐振荡器 4、小结：
施密特触发器是一种能够把输入波形整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲的电路。
而且由于具有滞回特性，所以抗干扰能力也很强。
(a) 7414的引脚排列图
14 13 12 11 10 9 8
7414
1 2 3 4 5 6 7
V CC 4A 4Y 5A 5Y 6A 6Y
1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y GND
14 13 12 11 10 9 8
74132
1 2 3 4 5 6 7
(b) 74132的引脚排列图
V CC 3A 3B 3Y 4A 4B 4Y 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND
施密特触发器可以由分立元件构成，也可以由门电路及555定时器构成。
施密特触发器在脉冲的产生和整形电路中应用很广。
三、重要理论
1、555定时器是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合在一起的中规模集成电路。
该电路可构成单稳触发器、多谐振荡器或施密特触发器，因而可用在定时、检测、控制、报警等方面。
（知识点1）
2、施密特触发器的电压传输特性（知识点2） 滞后特性：滞后电压传输特性，即输入电压的上升过程和下降过程的阈值电平不同。
这是施密特触发器固有的特性。
回差电压（滞后电压）:T T T-U U U +∆=-
3、施密特触发器用途：波形变换、信号整形、幅度鉴别、构成多谐振荡器。
（知识点2）
4、小结：（知识点2）
施密特触发器是一种能够把输入波形整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲的电路。
而且由于具有滞回特性，所以抗干扰能力也很强。
施密特触发器可以由分立元件构成，也可以由门电路及555定时器构成。
施密特触发器在脉冲的产生和整形电路中应用很广。
四、课后习题
习题13.1 填空题：施密特触发器的触发方式是用 触发，它有滞后电压传输特性，此特性称作 特性。
习题13.2 填空题：已知施密特触发器断开电平为3V ，接通电平为6V ，则其回差等于 V 。
习题13.3 填空题：施密特触发器，可以用于波形变换，脉冲幅度鉴别和脉冲波形 三种应用。
习题13.1-13.3答案：电平,回差；3；整形。