第七章 脉冲波形的产生与变换
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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。
脉冲波形产生与变换电路(课件)
矩形脉冲波(简称矩形波)是数字系统中最 常用的工作波形。
2
矩形脉冲波形的主要参数
图6.1.2 矩形脉冲波形的主要特征参数
3
主要参数
六个特征参数定义： ①脉冲周期 T：周期性脉冲序列中，两个相邻脉冲 出现的时间间隔。 ②脉冲幅值Um ：脉冲信号的最大变化幅值。 ③占空比D ：脉冲信号的正脉冲宽度与脉冲周期的 比值，即 D＝tW / T 。 ④脉冲宽度 tW ：从脉冲波形上升沿的 0.5Um 到下降 沿的 0.5Um所需的时间。 ⑤上升时间tr：脉冲波形由0.1Um上升到0.9Um所 需的时间。 ⑥下降时间tf：脉冲波形由0.9Um下降到0.1Um所需 的时间。
4
6.2 单稳态触发器
特点： ①有一个稳态和一个暂稳态 ②在外界触发信号作用下，能从稳态→暂稳态 ，维持一段时间后自动返回稳态 ③暂稳态维持的时间长短取决于电路内部参数 单稳态触发器的暂稳态通常都由RC电路的充放电 过程来维持。按电路中决定暂态时间的电路连接形式 不同，单稳态触发器可分为积分型和微分型两种，如 图6.2.1、6.2.5所示。
41
随着充电过程的进行，电容电压逐渐升高， 因此uI也逐渐增大。一旦uI 达到非门G1的阈值 电压UTH，多谐振荡器必将发生如下正反馈过 程：
这一正反馈过程促使G1瞬间导通、G2瞬间截止，可
得uO1 =UOL， uO =UOH。该状态被定义为第二暂稳
态。
42
②第二暂稳态自动翻转至第一暂稳态
当多谐振荡器进入第二暂稳态的瞬间，电路输
其中，74121的电路符号如图。
14
图6.2.10 集成单稳态触发器的两种工作波形
15
图6.2.12 集成单稳态触发器74121 的外部元件连接方法 （a）使用外接电阻Rext 且采用下降沿触发 （b）使用内部电 阻Rint 且采用上升沿触发
2
矩形脉冲波形的主要参数
图6.1.2 矩形脉冲波形的主要特征参数
3
主要参数
六个特征参数定义： ①脉冲周期 T：周期性脉冲序列中，两个相邻脉冲 出现的时间间隔。 ②脉冲幅值Um ：脉冲信号的最大变化幅值。 ③占空比D ：脉冲信号的正脉冲宽度与脉冲周期的 比值，即 D＝tW / T 。 ④脉冲宽度 tW ：从脉冲波形上升沿的 0.5Um 到下降 沿的 0.5Um所需的时间。 ⑤上升时间tr：脉冲波形由0.1Um上升到0.9Um所 需的时间。 ⑥下降时间tf：脉冲波形由0.9Um下降到0.1Um所需 的时间。
4
6.2 单稳态触发器
特点： ①有一个稳态和一个暂稳态 ②在外界触发信号作用下，能从稳态→暂稳态 ，维持一段时间后自动返回稳态 ③暂稳态维持的时间长短取决于电路内部参数 单稳态触发器的暂稳态通常都由RC电路的充放电 过程来维持。按电路中决定暂态时间的电路连接形式 不同，单稳态触发器可分为积分型和微分型两种，如 图6.2.1、6.2.5所示。
41
随着充电过程的进行，电容电压逐渐升高， 因此uI也逐渐增大。一旦uI 达到非门G1的阈值 电压UTH，多谐振荡器必将发生如下正反馈过 程：
这一正反馈过程促使G1瞬间导通、G2瞬间截止，可
得uO1 =UOL， uO =UOH。该状态被定义为第二暂稳
态。
42
②第二暂稳态自动翻转至第一暂稳态
当多谐振荡器进入第二暂稳态的瞬间，电路输
其中，74121的电路符号如图。
14
图6.2.10 集成单稳态触发器的两种工作波形
15
图6.2.12 集成单稳态触发器74121 的外部元件连接方法 （a）使用外接电阻Rext 且采用下降沿触发 （b）使用内部电 阻Rint 且采用上升沿触发
脉冲波形的产生与变换z资料PPT课件
本章基本要 求
➢正确理解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发 器的电路组成及工作原理。 ➢掌握多谐、单稳、施密特MSI器件的逻辑功能及主 要参数计算。 ➢掌握555定时器的工作原理。 ➢了解由555定时器组成的多谐、单稳、施密特电路 工作原理。
第1页/共50页
§8-1 多谐振荡器
多谐振荡器是一种自激震荡电路，接通电源后 无需外接触发信号即能产生方波和矩形波，其不存 在稳定状态，又称无稳态电路。
vO1
v1(0 ) V 0V VDD
vI () VDD
RC
0
V vI
VDD
DD
V
Vth
0
根据RC电路瞬态 相应分析，
vO2
V
VDD
0
T1 T2
vO1 VDD
t
0
t
t1
t2
t
v(t) v() v(0 ) v() et
t ln v(0 ) v()
v(t) v()
T1
RC
C
1
0.01F
第31页/共50页 tPL tPH
出 T
导通
截截止止 导导通通 不变
一、555定时器组成多谐振荡器
——占空比可调
tpH = RAC1n2≈0.7RAC
R1
RA R2
84
RB
D1
RB
7
3
6
2 555 5
D2
vC +
1
C –
VCC R3
vO
0.01F
tPL=RBC1n2≈0.7RBC f 1 1.43
2 3 VCC
vIC (5) vI1 (6)
+
R
➢正确理解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发 器的电路组成及工作原理。 ➢掌握多谐、单稳、施密特MSI器件的逻辑功能及主 要参数计算。 ➢掌握555定时器的工作原理。 ➢了解由555定时器组成的多谐、单稳、施密特电路 工作原理。
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§8-1 多谐振荡器
多谐振荡器是一种自激震荡电路，接通电源后 无需外接触发信号即能产生方波和矩形波，其不存 在稳定状态，又称无稳态电路。
vO1
v1(0 ) V 0V VDD
vI () VDD
RC
0
V vI
VDD
DD
V
Vth
0
根据RC电路瞬态 相应分析，
vO2
V
VDD
0
T1 T2
vO1 VDD
t
0
t
t1
t2
t
v(t) v() v(0 ) v() et
t ln v(0 ) v()
v(t) v()
T1
RC
C
1
0.01F
第31页/共50页 tPL tPH
出 T
导通
截截止止 导导通通 不变
一、555定时器组成多谐振荡器
——占空比可调
tpH = RAC1n2≈0.7RAC
R1
RA R2
84
RB
D1
RB
7
3
6
2 555 5
D2
vC +
1
C –
VCC R3
vO
0.01F
tPL=RBC1n2≈0.7RBC f 1 1.43
2 3 VCC
vIC (5) vI1 (6)
+
R
《波形的产生与变换》PPT课件
7.4.3 施密特触发器的应用 1 波形变换
D
GND UCO
2 脉冲波的整形 数字系统中的矩形脉冲在传输中经常发生 波形畸变。经施密特触发器整形后便可获得较 理想的矩形脉冲波。
U+
U–
在传输的信号上出现附加噪声，经整形后 仍会得到较理想的矩形脉冲波。
U+ U–
3 脉冲鉴幅 将幅度不同、不规则的脉冲信号加到施密特触发器 的输入端时，能选择幅度大于U+的脉冲信号进行输出 ，具有脉冲鉴幅的功能。
第 7 章
波形的产生与变换
7.1 概述 7.2 RC正弦波振荡器 7.3 集成555定时器 7.4 施密特触发器 7.5 单稳态触发器
7.6 多谐振荡器
7.1概述
理想脉冲信号
tW
0.5Um
Um
脉冲幅度Um：脉冲电压的最大幅度值。
脉冲宽度tw：从脉冲前沿的0.5Um起到脉冲后沿的0.5Um 为止的一段时间。
7.4.2 由555定时器构成的施密特触发器
+VCC 8 4 6 7 555 3 5 1 (a) 电路 +VCC1 R
ui UT+ UT－
2VCC/3 VCC/3 t
uo1 uo uCO
控制电压 调节回差
uo
0
ui
2
0 (b) 工作波形
t
（1）当 ui ＝0 时，由于比较器 C1 =1、C2=0，触发器置 1，即 Q＝1、Q 0 ， uo1 ＝uo ＝1。ui 升高时，在未到达 2VCC/3 以前，uo1 ＝uo ＝1 的状态不会改变。
（2）ui 升高到 2VCC/3 时，比较器 C1 输出为 0、C2 输出为 1，触发器置 0，即 Q＝ 0 、 Q 1 ， uo1 =uo=0 。此后， ui 上升到 VCC，然后再降低，但在未到达 VCC/3 以前，uo1 ＝uo＝0 的状态不会改变。
第七章脉冲波形的产生和整形备课讲稿
(3)当VI2充至VTH时，再将起引起如下正反馈： VI2 VO2 VI1 VO1
使VO1迅速跳变为高，而VO2迅速跳变为低。 电路进入第二个暂稳态,C2开始充电，C1开始放电。
二、电压波形
7.4.2 非对称式多谐振荡器
一、工作原理（CMOS）
把对称式多谐振荡器电路中的C1和RF2去掉， 只要在电路中保留C2， 电路就仍然没有稳定状态， 而只能在两个暂稳态之间往复振荡。
V I ,使 电 路 状 态 发 生 转 变 的 值 V T? V I ,使 电 路 状 态 发 生 转 变 的 值 V T?
V CO
用555接成的施密特触发器 多谐振荡器（原理性电路）
R
R
VCC
8 47
6
3
vo
2 555 5
C
C
1
0.01F
7.5.3 用555定时器接成单稳态触发器
单稳态触发器的特点： ①有一个稳态和一个暂稳态。 ②在外界触发信号作用下，能从稳态→暂稳态，
VOH
VDD，VOL
0，VTH
1 2
VDD，且R1
R2
当 VI 0时 ， VO0。
当 VI 至 VAVTH时 ， 进 入 传 输 特 性 的 放 大 区 ， 故
VI VO 1 VO
使 电 路 迅 速 跳 变 到 V O V O H
V A V T H R 1 R 2 R 2V I V I V T (1 R R 1 2)V T H
2
15
RL
C1 0 .0 1 μ
该触摸开关可用于夜间定时照明， 定时时间可由RC参数调节。
4. 触摸、声控双功能延时灯
VDD （ +6V）
1N4004
第七章 脉冲波形产生与完整
2018/10/31 GUET School of Information & Communications 8
一、555定时器的电路结构
U CC 7 5k U CO (TH ) U R1 5 6 5k 2 U R2 5k 放电端 VT 7 1 RD 4 G1 ＋C 1 － R
清零端：0有效
基本触发器
7
GUET School of Information & Communications
7.2 555定时器
555电路又称为集成定时器。555定时器是一种多用途 的数字—模拟混合集成电路，可以方便地构成单稳态触发 器，施密特触发器和多谐振荡器。 1972年由Signetics公司推出。既有双极型产品，也有MOS 型产品。双极型产品型号的最后3位数码是555，单极型最 后数字是7555如： CB555 是国产双极型电路； CH7555是CMOS型电路。
RD 4 G1 R
随着TH端和TR端的电压不同， 其工作状态将发生变化： 555定时器功能表
uCO RD uCO 2 TR > u CC
u6 u2
& &
Q
&
Q
1
G4
(TR )
S
3
uo
G2
G3
0 1 1 1 1
>
3 3 u cc 输出 VT u 不变 截止 导通 × 1 0 输入 O 2 1 6 2 < 3 u cc > 3 u CC 1 2 < 3 u cc > 3 u CC 2 1 < 3 u cc < 3 ucc
U R1
5 6 5k 2 U R2 5k
u6
u2
一、555定时器的电路结构
U CC 7 5k U CO (TH ) U R1 5 6 5k 2 U R2 5k 放电端 VT 7 1 RD 4 G1 ＋C 1 － R
清零端：0有效
基本触发器
7
GUET School of Information & Communications
7.2 555定时器
555电路又称为集成定时器。555定时器是一种多用途 的数字—模拟混合集成电路，可以方便地构成单稳态触发 器，施密特触发器和多谐振荡器。 1972年由Signetics公司推出。既有双极型产品，也有MOS 型产品。双极型产品型号的最后3位数码是555，单极型最 后数字是7555如： CB555 是国产双极型电路； CH7555是CMOS型电路。
RD 4 G1 R
随着TH端和TR端的电压不同， 其工作状态将发生变化： 555定时器功能表
uCO RD uCO 2 TR > u CC
u6 u2
& &
Q
&
Q
1
G4
(TR )
S
3
uo
G2
G3
0 1 1 1 1
>
3 3 u cc 输出 VT u 不变 截止 导通 × 1 0 输入 O 2 1 6 2 < 3 u cc > 3 u CC 1 2 < 3 u cc > 3 u CC 2 1 < 3 u cc < 3 ucc
U R1
5 6 5k 2 U R2 5k
u6
u2
第七章脉冲波形的产生和整形电路
vE1
= (VCC
−
vCE1 )
R4 R2 + R4
≈ 0.8V
vB1− = vE1 + 0.7 ≈ 1.5V
2017-8-4
第七章 脉冲波形的产生和整形电路
6
§7.2 施密特触发电路
实例：7413
VT + = vB1+ −VD ≈ 2.4 − 0.7 = 1.7V VT − = vB1− −VD ≈ 1.5 − 0.7 = 0.8V ΔVT = VT + −VT − = 0.9V
2017-8-4
第七章 脉冲波形的产生和整形电路
3
§7.2 施密特触发电路
7.2.1 施密特触发电路的结构和工作原理 1 实例：集成施密特电路7413
2017-8-4
第七章 脉冲波形的产生和整形电路
4
§7.2 施密特触发电路
2 施密特电路工作原理
vB1 − vE = vBE1 < 0.7V时，T1截止，T2饱和导通
8
§7.2 施密特触发电路
∗当vI = 0时，vO = 0。
∗当vI ↑,至vA = VTH时，G1进入电压传输特性的转 折区，
故vA ↑→ vO1 ↓→ vO ↑
使电路迅速跳变到 vO = VOH = VDD
设输入vI上升过程中电路状态发生转换时对应的输入电平为
VT+，VT+称为正向阈值电压
vA
设输入vI下降过程中电路状态发生转换时对应的输入电平为
VT-，VT-称为负向阈值电压
vA
= VTH
= VDD
− (VDD
− VT
−
)
R1
R2 + R2
第七章-脉冲产生与整形电路
当 uI 从小增大时， 经过 UT+ 处才能使输 出发生跃变。
UT- UT+
uI
负向阈值电压 正向阈值电压
回差电压 UT = UT+ - UT-
施密特触发 器工作特点
(1)允许输入信号为缓慢变化的信号。 (2)有两个阈值电压。 (3)有两个稳态。
第 7 章 脉冲产生与整形电路
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7.3.2 用 555 定时器组成施密特触发器
7 DIS
CO 5
GND
1
第 7 章 脉冲产生与整形电路
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7.2.2 555 定时器的逻辑功能
定时器 CC7555 的工作原理 TR 端当电T压H大端于电U压R2大= 于31 VUDRD1时= ，32 V电DD压， 比较器 C1 和C2 分别输出 R=1、S=0， 基本 RS 触发器置 0，Q =0、Q = 1，
15
与非门 CT74LS132 8.8
1.6
0.8 0.8 15
15
双 4 输入 CT7413
42.5
1.7
0.9 0.8 15
18
与非门 CT74LS13 8.75
1.6
0.8 0.8 18
15
TTL 施密特触发器的特点
(1) 可将变化缓慢的信号变换成上升沿和下降沿都很 陡直的脉冲信号。 (2) 具有阈值电压和回差电压温度补偿。 (3) 具有很强的抗干扰能力。
态不变，输出 uO保持低电平 UOL不变。
当输入电压下降到 uI ≤ 31VDD时，
比较器 C1 和 C2 输出 R =0、S =1， 触发 器置 1 ， Q = 1，输出 uO 由低电平 UOL t 跃的到负高向电阈平值电UO压H。UT所- =以，V施DD31密。特触发器