《数字电子技术 》课件第5章 (9).ppt

1、第5章脉冲产生与变换电路 第第5章脉冲产生与变换电路章脉冲产生与变换电路 5.1概述概述 5.2555定时器定时器 5.3555定时器的应用定时器的应用 5.4技能训练技能训练 本章小结本章小结 习题习题 第5章脉冲产生与变换电路 5.1 概概 述述在数字系统中，不仅有数字信号“0”和“1”，还存在同步脉冲控制信号（CP信号），它是具有一定幅度和频率的矩形波。通常获得矩形波的方法有很多，目前应用比较广泛的是用555定时器来实现。555定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路，利用它可以方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。由于使用灵活、方便，所以555定时器在波形的产生与变换、测

2、量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到了应用。第5章脉冲产生与变换电路 正因为如此，世界上各主要电子器件公司都生产了各自的555定时器产品。尽管型号繁多，但几乎所有双极型产品型号的最后三位数码均为555，所有CMOS产品型号的最后四位数码均为7555。而且，它们的逻辑功能与外引线排列都完全相同。为了提高集成度，随后又生产了双555定时器产品，双极型的为556，CMOS的为7556。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定时器的电源电压工作范围比较宽，双极型定时器为516 V，CMOS定时器为318 V。555定时器可以承受较大的负载电流

3、，双极型的可达200 mA，CMOS的可达4 mA。第5章脉冲产生与变换电路 5.2 555定时器定时器5.2.1 电路组成电路组成 555定时器内部结构的简化原理图如图5.1(a)所示。它由3个阻值为5 k的电阻组成的电阻分压器、2个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、集电极开路的放电三极管V以及缓冲器等组成。图5.1(b)为555定时器的外引线排列图。第5章脉冲产生与变换电路 图5.1 555定时器(a)原理图;(b)外引线排列图第5章脉冲产生与变换电路 1）电阻分压器由3个5 k的电阻R组成，为电压比较器C1和C2提供基准电压。2）电压比较器由C1和C2组成，当控制电压输入端CO悬空时

4、，C1和C2的基准电压分别为和。C1的反相输入端TH称为555定时器的高触发端，C2的同相输入端 称为555定时器的低触发端。CC23VCC13VTR第5章脉冲产生与变换电路 3）基本RS触发器 基本RS触发器由两个与非门G1和G2构成。比较器C1的输出作为置0输入端，若C1输出为0，则Q=0；比较器C2的输出作为置1输入端，若C2输出为0，则Q=1。是定时器的复位输入端，只要=0，定时器的输出端OUT则为0。正常工作时，必须使处于高电平。4）放电管V V是集电极开路的三极管，V的集电极作为定时器的引出端D。5）缓冲器缓冲器由G3和G4构成，用于提高电路的负载能力。RRR第5章脉冲产生与变换电

5、路 5.2.2 工作原理工作原理555定时器的工作原理比较简单。为置0输入端，当=0时，定时器的输出OUT为0；当=1时，555定时器具有以下功能：（1）当高触发端THVCC，且低触发端VCC时，比较器C1输出低电平；C1输出的低电平将RS触发器置为0状态，即Q=0，使得定时器的输出OUT为0，同时放电管V导通。RRR3213TR第5章脉冲产生与变换电路（2）当低触发端VCC，且高触发端THVCC时，比较器C2输出低电平；C2输出的低电平将RS触发器置为1状态，即Q=1，使得定时器的输出OUT为1，同时放电管V截止。（3）当THVCC，且VCC时，定时器的输出OUT和放电管V的状态保持不变。根

6、据以上分析，可以得出555定时器的功能表(见表5.1)。13TR2313TR23第5章脉冲产生与变换电路 表5.1 555定时器的功能表 第5章脉冲产生与变换电路 5.3 555定时器的应用定时器的应用5.3.1 施密特触发器施密特触发器将高触发端TH(6脚)和低触发端(2脚)连在一起作为输入端uI，就可以构成一个施密特触发器。具体电路如图5.2(a)所示。不难看出，当UIC悬空时，上限触发转换电平UT+为VCC，下限触发转换电平UT为VCC。电路的工作波形如图5.2(b)所示。如果给UIC加上控制电压，则可以改变电路的UT+和UT。23TR13第5章脉冲产生与变换电路 图5.2 555定时器

7、构成的施密特触发器（a）电路图;（b）工作波形图第5章脉冲产生与变换电路 5.3.2 单稳态触发器单稳态触发器 将低触发端 作为触发信号uI的输入端，再将高触发端TH和放电管输出端D接在一起，并与定时元件R、C连接，则可以构成一个单稳态触发器。具体电路及工作波形如图5.3所示。TR第5章脉冲产生与变换电路 图5.3 555定时器构成的单稳态触发器（a）电路图;（b）工作波形图第5章脉冲产生与变换电路 555定时器构成的单稳态触发器的工作原理如下：当触发脉冲uI下降沿到来时，由于 VCC，而TH=uC=0，从555定时器的功能表不难看出，输出端OUT为高电平，电路进入暂稳态，此时放电管V截止。由

8、于V截止，通过R对C充电，当TH=uC VCC时，输出端OUT跳变为低电平，电路自动返回稳态，此时放电管V导通。电路返回稳态后，C通过导通的放电管V放电，使电路迅速恢复到初始状态。可以算出，输出脉冲的宽度tw1.1RC。13TR23第5章脉冲产生与变换电路 5.3.3 多谐振荡器多谐振荡器 图5.4(a)所示是用555定时器构成的多谐振荡器。接通电源后，电容C被充电，uC上升。当uC上升到 VCC时，电路被置为0状态，输出端uO=0，同时放电管V导通。此后，电容C通过R2和V放电，使得uC下降。当uC下降到 VCC时，电路被置为1状态，输出uO=1，放电管V处于截止状态。此后，电容C被VCC通

9、过R1和R2充电，使uC上升，当uC上升到 VCC时，电路又发生翻转。如此周而复始，电路便振荡起来。232313第5章脉冲产生与变换电路 图5.4(b)所示是555定时器构成的多谐振荡器的工作波形。可以计算出振荡器输出脉冲uO的工作周期为T0.7(R1+2R2)C第5章脉冲产生与变换电路 图5.4 555定时器构成的多谐振荡器（a）电路图；（b）工作波形图第5章脉冲产生与变换电路 5.4 技能训练技能训练实训实训 555时基电路的应用时基电路的应用1.实训目的实训目的(1)熟悉555时基电路逻辑功能的测试方法。(2)熟悉555时基电路的工作原理及其应用。2.实训器材实训器材(1)数电实验箱一台

10、。(2)万用表一只。(3)双踪示波器一台。(4)元器件：NE555一块。(5)电阻、电容、导线若干。第5章脉冲产生与变换电路 3.实训内容和步骤实训内容和步骤1)555时基电路逻辑功能测试(1)将R端接实验箱的逻辑电平开关，输出端OUT接LED电平显示，用万用表测放电管输出端DIS，检查无误后，方可进行测试。（注：放电管导通时灯灭，因为输出状态是低电平；放电管截止时灯也灭，因为是高阻状态，所以不能用电平显示而要用万用表的电压挡来判断其状态。）(2)用万用表测出TH和TR端的转换电压，与理论值VCC和VCC进行比较。2313第5章脉冲产生与变换电路 2)555时基电路的应用用555时基电路设计一

11、个多谐振荡器，频率不限（可为1 kHz）。若为高频振荡器，用示波器观察得到的矩形波；低频则用电平显示。4.实训报告实训报告(1)整理实训测试数据，列表说明结果。(2)总结555时基电路的逻辑功能。第5章脉冲产生与变换电路 本章小结本章小结555定时器主要由比较器、基本RS触发器、门电路构成。基本应用形式有三种：施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。施密特触发器具有电压滞回特性，某时刻的输出由当时的输入决定，即不具备记忆功能。当输入电压处于参考电压U1和U2之间时，施密特触发器保持原来的输出状态不变，所以具有较强的抗干扰能力。第5章脉冲产生与变换电路 在单稳态触发器中，输入触发脉冲只决定暂稳态

12、的开始时刻，暂稳态的持续时间由外部的RC电路决定，从暂稳态回到稳态时不需要输入触发脉冲。多谐振荡器又称无稳态电路。在状态变换时，触发信号不需要由外部输入，而是由其电路中的RC电路提供；状态的持续时间也由RC电路决定。第5章脉冲产生与变换电路 习习 题题5.1 已知施密特触发器的输入波形如图5.5所示。其中uT=20 V，电源电压UDD=18 V，定时器控制端S通过电容接地，试画出施密特触发器对应的输出波形；当定时器控制端S外接控制电压US=16 V时，试画出施密特触发器对应的输出波形。第5章脉冲产生与变换电路 图5.5 题5.1图第5章脉冲产生与变换电路 5.2 单稳态触发器如图5.3(a)所

13、示，其中R为20 k，C为0.5 F，试计算此触发器的暂稳态持续时间。5.3 多谐振荡器如图5.4(a)所示，图中C为0.2 F，要求输出矩形波的频率为1kHz，占空比为0.6，试计算电阻R1和R2的数值。5.4 试用555定时器设计一个单稳态触发器，要求输出脉宽在110 s范围内连续可调。5.5 图5.6是一个简易触摸开关电路，当手触摸金属片时，发光二极管LED亮，经过一定时间后，LED灭。试分析其工作原理。若图中R100 k，C50 F，R11 k，LED约亮多长时间？第5章脉冲产生与变换电路 图5.6 题5.5图第5章脉冲产生与变换电路 5.6 分析图5.7所示的断线光电隔离式保护电路的工作原理。第5章脉冲产生与变换电路 图5.7 题5.6图第5章脉冲产生与变换电路 5.7 图5.8所示是一个水位监控器。当水位下降到与探测电极脱离接触时，扬声器发出报警声响；当探测电极浸在水中时，扬声器不报警。试分析其工作原理。第5章脉冲产生与变换电路 图5.8 题5.7图第5章脉冲产生与变换电路 5.8 分析图5.9所示的555定时器换气扇自动控制电路。说明电路中的两个555定时器分别是哪一种基本连接形式？各有什么功能？第5章脉冲产生与变换电路 图5.9 题5.8图