CH08.ppt
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8.1单稳态触发器单稳态触发器8.2施密特触发器施密特触发器8.3多器多器谐振荡谐振荡8.4555定时器及其应用定时器及其应用8脉冲波形的变换与产生脉冲波形的变换与产生44、掌掌握握由由555555定定时时器器组组成成的的多多谐谐、单单稳稳、施施密密特特触触发发器器的的电电路路、工工作作原原理理及及外外接接参参数数及及电电路路指指标标的的计计算。
算。
11、正确了解单稳态触发器、施密特触发器、多、正确了解单稳态触发器、施密特触发器、多谐振荡器的电路组成及工作原理。
谐振荡器的电路组成及工作原理。
22、了解单稳、多谐、施密特触发器、了解单稳、多谐、施密特触发器MSIMSI器件的逻辑器件的逻辑功能及主要指标计算。
功能及主要指标计算。
33、掌握、掌握555555定时器的工作原理。
定时器的工作原理。
教学基本要求教学基本要求8.1单稳态触发器单稳态触发器8.1.1用门电路组成的微分型单稳态触发器用门电路组成的微分型单稳态触发器8.1.2集成单稳态触发器集成单稳态触发器8.1.3单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用电路在没有触发信号作用时处于一种稳定状态。
电路在没有触发信号作用时处于一种稳定状态。
单稳态触发器的工作特点:
单稳态触发器的工作特点:
在外来触发信号作用下,电路由稳态翻转到暂稳态在外来触发信号作用下,电路由稳态翻转到暂稳态;由于电路中由于电路中RC延时环节的作用,暂稳态不能长保持延时环节的作用,暂稳态不能长保持,经过一段时间后,电路会自动返回到稳态。
暂稳态的经过一段时间后,电路会自动返回到稳态。
暂稳态的持续时间仅取持续时间仅取与与RC参数值有关。
参数值有关。
8.1单稳态触发器单稳态触发器门电路组成的单稳态触发器门电路组成的单稳态触发器MSI集成单稳态触发器集成单稳态触发器不可重复触发不可重复触发单稳态触发器单稳态触发器可重复触发可重复触发单稳态触发器单稳态触发器用用555定时器组成的单稳态触发器定时器组成的单稳态触发器按电路形式不同按电路形式不同单稳态触发器的单稳态触发器的分类分类工作特点划分工作特点划分8.1.1用用CMOS门电路组成的微分型单稳态触发器门电路组成的微分型单稳态触发器1.1.电路电路CMOS与非门构成的微分型与非门构成的微分型单稳态触发器单稳态触发器CMOS或非门构成的微分型或非门构成的微分型单稳态触发器单稳态触发器稳态为稳态为1负脉冲触发负脉冲触发稳态为稳态为0正脉冲触发正脉冲触发电路处于一种稳态:
电路处于一种稳态:
0000111100o=0c=0a)没有触发信号时,没有触发信号时,I=0设定设定CMOS反相器的阈值电压反相器的阈值电压工作原理:
工作原理:
b)b)外加触发信号外加触发信号dd=VTH产生如下正反馈过程:
产生如下正反馈过程:
迅速使迅速使o1=0o=1电路进入暂稳态电路进入暂稳态电容充电电容充电I21100-+1vO1vOG2G1CDRVDDvIvI2vC1RdCdvd1100c)c)电容充电电容充电,电路由暂稳态自动返回到稳态电路由暂稳态自动返回到稳态0011I2I2=VTH产生如下正反馈过程:
产生如下正反馈过程:
迅速使迅速使o1=1o=0电容放电电容放电c=0vo2vO1vRvO1vOvI20ttt0VTHVDDt1t20tw0011tw0.7RC
(1)输出脉冲宽度输出脉冲宽度tw
(2)恢复时间恢复时间tretre3(3)最高工作频率最高工作频率fmax3、主要参数的计算主要参数的计算vC(0+)=0;vC()=VDD=RC,VTH=VDD/2=RCln24.讨论讨论在暂稳态结束在暂稳态结束(t=t2)瞬间,门瞬间,门G2的输入电压的输入电压I2达到达到VDD+VTH,可能损坏可能损坏G2门,怎么办?
门,怎么办?
8.1.2集成单稳态触发器集成单稳态触发器vvOOvvIIttwwttwwvOvItwtw不可重复触发不可重复触发可重复触发可重复触发被重复触发被重复触发没有被重复触发没有被重复触发1.不可重复触发的集成单稳态触发器不可重复触发的集成单稳态触发器74121触发信号控制电路触发信号控制电路微分型单稳触发器微分型单稳触发器电路的连接:
电路的连接:
R:
外接电阻或采用内部电阻外接电阻或采用内部电阻C:
外接电容外接电容输出脉冲宽度:
输出脉冲宽度:
tw0.7RC电路的不可重复触发特性电路的不可重复触发特性
(1)工作原理工作原理在暂稳态期间即使有触发信号输入,但由于在暂稳态期间即使有触发信号输入,但由于G4门在门在此期间关闭,不会被再次触发,电路属于不可重复触发此期间关闭,不会被再次触发,电路属于不可重复触发单稳态触发器。
单稳态触发器。
暂稳态暂稳态:
Q=1Q=01000
(1)工作原理1G8G4G1G2G3G5G6G7G9&B&1111RextRintCextRintCext/RextA1A2a电路稳态:
Q=0,01000在暂稳态期间即使有触发信号输入,在a点不产生触发脉冲,只有等电路返回稳态后,电路才会被再次触发,电路属于不可重复触发单稳态触发器。
9.2.2集成单稳态触发器1.不可重复触发的集成单稳态触发器74121电路暂稳态:
Q=1,输出脉冲宽度:
tw0.7RC74121功能表功能表HHA1A2BQLHLLHLLLHHHLHHHHHHLL逻辑功能表逻辑功能表不可触发,保持稳态不变不可触发,保持稳态不变A1、A2中有一个或两个为低电平,中有一个或两个为低电平,在在B端输入上升沿时电路被触发。
端输入上升沿时电路被触发。
B和和A1、A2中有一个或两个为高中有一个或两个为高电平,输入端有一个或两个下降电平,输入端有一个或两个下降沿时电路被触发。
沿时电路被触发。
8.1.3单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用1.定时定时该电路可用于频率计该电路可用于频率计2.延时延时3.噪声消除电路噪声消除电路单稳触发器的输出脉宽应大于噪声宽度而小于信号脉宽,才单稳触发器的输出脉宽应大于噪声宽度而小于信号脉宽,才可消除噪声。
可消除噪声。
如用如用I作为下降沿触发的计数器触发脉冲作为下降沿触发的计数器触发脉冲,干扰加入干扰加入,就会造就会造成计数错误成计数错误.CPUCPU的的“看门狗看门狗”电路电路带有带有CPUCPU的系统有时会陷入死循环,即发生的系统有时会陷入死循环,即发生“死机死机”。
使用可重复触发的单稳态触发器,可做成监控器,使用可重复触发的单稳态触发器,可做成监控器,俗称俗称“看门狗看门狗”(WatchingDogWatchingDog),),如图所示,假设如图所示,假设CPUCPU低电平复位。
正常运行时低电平复位。
正常运行时,CPU,CPU的某一的某一I/OI/O口定时给单稳口定时给单稳送出触发信号,单稳连续输出高电平,系统工作正常;送出触发信号,单稳连续输出高电平,系统工作正常;当当“死机死机”发生后,单稳因得不到连续触发而输出低发生后,单稳因得不到连续触发而输出低电平,系统复位,进入初始化程序。
电平,系统复位,进入初始化程序。
8.2施密特触发器8.2.1用门电路组成的施密特触发器用门电路组成的施密特触发器8.2.2集成施密特触发器集成施密特触发器8.2.3施密特触发器的应用施密特触发器的应用8.2施密特触发器施密特触发器11、施密特触发器、施密特触发器电压传输特性电压传输特性及工作特点:
及工作特点:
施密特触发器属于电平触发器件,当输入信号达到某一定电压施密特触发器属于电平触发器件,当输入信号达到某一定电压值时,输出电压会发生突变。
值时,输出电压会发生突变。
电路有两个阈值电压。
电路有两个阈值电压。
输入信号增加和减少时,电路的阈值输入信号增加和减少时,电路的阈值电压分别是正向阈值电压电压分别是正向阈值电压(VT+)和负阈值电压(和负阈值电压(VT-)。
同相输出施密特触发器同相输出施密特触发器反相输出施密特触发器反相输出施密特触发器oVT+vOVOHVOLVT-vI1、电路组成、电路组成2、工作原理、工作原理I18.2.1用门电路组成的施密特触发器用门电路组成的施密特触发器R1R2I为三角波为三角波假定:
假定:
vI1001
(1)I上升上升当当vI1=0,=0VvO正向阈值电压正向阈值电压(VT+):
I值在增加值在增加过程中,使输出电压产生跳变时过程中,使输出电压产生跳变时所对应所对应I的的值。
值。
只要只要I1VTH,I1(4)当当I下降下降,也下降也下降则保持则保持=VOHo当当=VTH,电路产生如下正反馈电路产生如下正反馈:
I1vI1vvoovvII8.2.2集成施密特触发器集成施密特触发器8.2.3施密特触发器的应用施密特触发器的应用VT+VT_vvTT+vvTT-1.1.波形变换波形变换2.波形的整形波形的整形vvoovvII合理选择回差电压,可消合理选择回差电压,可消除干扰信号。
除干扰信号。
3.3.消除干扰信号消除干扰信号ooII4.幅度鉴别幅度鉴别8.3多谐振荡器8.3.1由门电路组成的多谐振荡器8.3.2由门电路组成的多谐振荡器8.3.3用施密特触发器构成波形产生电路多谐振荡器VCC开开关关电电路路RC延时环节延时环节多谐振荡器的基本组成:
多谐振荡器的基本组成:
开关器件:
产生高、低电平开关器件:
产生高、低电平反馈延迟环节(反馈延迟环节(RC电路):
利用电路):
利用RC电路的充放电特性实现电路的充放电特性实现延时,输出电压经延时后,反馈到开关器件输入端,改变电延时,输出电压经延时后,反馈到开关器件输入端,改变电路的输出状态,以获得所脉冲波形输出。
路的输出状态,以获得所脉冲波形输出。
概述概述8.3.1由由CMOS门门电路组成的多谐振荡器电路组成的多谐振荡器1.电路组成电路组成vID1D2TPTNvO1RCD4D3TPTNvOG1G2+VDDVC组成的多谐振荡器组成的多谐振荡器o1=1,o=0时时,电容充电电容充电,I增加增加;o1=0,o=1时时,电容放电电容放电,I下降下降;o1与与o反相,电容接在反相,电容接在o与与I之间之间:
2.工作原理工作原理假定假定电路初态:
电路初态:
=1vO1=0vOvC=0V电容充电电容充电vCvIvI当当=VTH时,时,迅速使迅速使G1导通导通、G2截止截止电路进入第二暂态电路进入第二暂态vO2=1vO1=0=0vO1=1vO
(1)第一暂稳态(初态)电容充电,电路自动翻转到第二暂稳态)第一暂稳态(初态)电容充电,电路自动翻转到第二暂稳态vIvO1vOvIVDDVTH0ttvOVDD0
(2)第二暂稳态电容放电,电路自动翻转到第一暂稳态)第二暂稳态电容放电,电路自动翻转到第一暂稳态电容放电电容放电vCvIvI当当=VTH时时,迅速使得迅速使得G1截止、截止、G2导通导通电路返回第一暂稳态电路返回第一暂稳态O2=0O1=1vIvO1vOTRC1n41.4RC由门电路组成的多谐振荡器的由门电路组成的多谐振荡器的振振荡周期荡周期T取决于取决于R、C电路和电路和VTH,频率稳定性较差。
频率稳定性较差。
3.振荡周期的计算振荡周期的计算vI(0+)0;vC()VDD=RC,t=t2-t1T1:
vI(0+)VDD;vC()0=RC,t=t3-t2T2:
vvoovvIIVVT+T+VVT_T_VVOLOLVVOHOHTT11TT2200tt00ttCCvvoovvIIRR118.3.2用施密特触发器构成波形产生电路用施密特触发器构成波形产生电路8.3.3石英晶体振荡器石英晶体振荡器1、石英晶体电路符号和选频特性、石英晶体电路符号和选频特性电路符号电路符号阻特性阻特性fXf0电电感感性性电电容容性性电电容容性性当当f=f0时时,
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