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1、1 2016 -#10 数字系统设计数字系统设计 Digital System Design Digital System Design -脉冲电路 Prerequisites预修课程 电电子电电路基础础 电电子线线路 C语语言 How to learn this Course? Not only listening, thinking and waiting . But Exercise, Simulation, Practice! 课程简介 课程代码：111C0120 参考书 阎石, 数字电子技术基础, 第5版, 高等教育出版社, 2006. 王金明著，数字系统设计与Verilog HDL
2、，电子工业出版社，第5版 补充讲义/期中考试前预备 Stanford 大学 108A课程notes. R.H.Katz, G.Borriello, Contemporary Logic Design, second edition, 电子工业出版社, 2005. M.M.Mano, 数字设计(第四版), 电子工业出版社, 2010. 3 2016 -#10 Other Course Info Website: ftp:/10.13.71.58/数字系统设计 /2016/, 暂停 Check frequently 答疑 玉泉信电楼308室/周四下午2:30-5:00 上课课间、课后均可 Emai
3、l，微信群，短信均可 Grading (考核) Final grades will be computed approximately as follows: 期中考试-10% 课程作业+小测验+上课出勤率+Project - 20% Class Room Check Homework Sets 作业上交截止期为课后一周内有效 Project 2 projects (1 or 2 members team) Project-2可选选（总评总评 加分35分，但不超过过平时时成绩绩范围围） Finial Exam期末闭卷考试 - 70% 授课时间和地点： 2016年春夏学期， 周二上午，第3、4节
4、(9:50-11:25) 星期四上午，第1、2节(08:00-09:35) 地点：紫金港西1-520(多) 6 7 2016 -#10 课程结构 数字理论知识(必备) 数字系统和编码、逻辑代数、门电路 数字电路分析与设计 组合逻辑电路 触发器、半导体存贮器、可编程器件 时序逻辑电路 脉冲电路与接口 控制器与数字系统 状态机 控制器 微码控制器 测试和验证 微处理器简介 Monostable Multivibrator -脉冲电路 （1） 9 概述 施密特触发器 单稳态触发器 -微分型 -积分型 10 概述 参数 脉冲周期T 脉冲幅度Vm 脉冲宽度Tw 上升时间tr 下降时间tf 占空比q q=
5、 Tw/T 获取矩形波形 多谐振荡器电路 整形电路变换已有的周期性波形 描述矩形脉冲特性的主要参数描述矩形脉冲特性的主要参数 一阶线性电路的暂态分析 1.什么叫一阶电路？ 一个独立的储能元件的电路。即经串、并联可化简为RC （或RL）电路。 例： R1 R2 C2 C1 E K R1 R2 C2 C1 E K R1 +R2 一价电路 R1 R2 C2 C1 高价电路 12 2. 一阶电路的分析 解微分方程法 三要素法前提？阶跃信号 （1）三要素 时间常数： 初始值x(0+)： 趋向（稳态）值x()：电容不再充放电，ic=0.此时，电容可视为开路。 电感电流不再变化，vL=0.此时，电感可视为短
6、路。 13 施密特触发器Schmitt-trigger circuit 特点特点 输入信号从低电平上升的过程中，电路状态转换时对应的输入电平，与 输入信号从高电平下降过程中对应的输入转换电平不同。 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。 将边沿变换缓慢的信号波形整形为边沿陡峭的矩形波， 将叠加在矩形脉冲高、低电平上的噪声有效地清除。 it does exhibit a type of memory characteristic that makes it useful in certain special situations. 14 10.2 施密特触发器
7、 一.CMOS非门构成 10.2.1 用门电路组成施密特触发器 1 . 1 . 电路组成电路组成 2 . 2 . 符号符号 3 . 3 . 原理原理 条件： 假设：CMOS为理想器件，即 (1) 与vi、vo均有关 当 电路输出低电平 当 电路输出高电平 正向阈值电压 负向阈值电压 15 O O 当vI1k,分析时可怱略ROH 、ROL的影响 对于CMOS门，可作以下近似 ： 输入微分作用： 使触发信号对暂稳持续时间不影响 2.原理： （1）求稳态： 电路不再充放电，电路可视为 开路。 为下一阶段服务 29 O O 稳态 O O O vc O (2)准稳态：加入触发脉冲 保证， Vd可撤 准稳
8、态等效电路 充电 VTH 准稳态 启动正反馈过程，电路进入准稳态 保证 当 VI2上升至略VTH时，启动正反馈过程 ，准稳态结束 30 准稳态等效电路 充电 求准稳态持续时间tw ？ tw O O O O O VTH O 31 恢复期等效电路 （3）恢复期 O O O O O VTH O 恢复期 vc 放电 求恢复期Tre，电路达到稳态的时间 1.5VD D 理论上，达到稳态需时间； 一般认为，（35）时间基本上达到稳态 趋向VDD 32 二、积分型单稳态触发器 1.电路组成（TTL门和RC积分电路） 原理： O t O t t O O t VTH 计算tw ？ tw 等效电路 在tw期间，V
9、A为高电平 33 10.3.2 10.3.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器 电路结构与工作原理 (74 121) 微分型单稳 控制附加电路 34 35 可重复触发？ 不可重复触发？ 36 Nonretriggerable One-Shot Retriggerable One-Shot 37 The 74121 is a single nonretriggerable one-shot IC; the 74221, 74LS221, and 74HC221 are dual nonretriggerable one-shot ICs; the 74122 and 74LS122 are si
10、ngle retriggerable one-shot ICs; the 74123, 74LS123, and 74HC123 are dual retriggerable one-shot ICs. Logic symbols 74121 nonretriggerable one-shot 38 (a) traditional; (b) IEEE/ANSI. 39 40 One-shots find limited application in most sequential clock-controlled systems, and experienced designers gener
11、ally avoid using them because they are prone to false triggering by spurious noise. When they are used, it is usually in simple timing applications that utilize the predetermined interval. CLOCK GENERATOR CIRCUITS -脉冲电路 （2） 42 2. 一阶电路的分析 解微分方程法 三要素法前提？阶跃信号 （1）三要素 时间常数： 初始值x(0+)： 趋向（稳态）值x()：电容不再充放电，i
12、c=0.此时，电容可视为开路。 电感电流不再变化，vL=0.此时，电感可视为短路。 43 多谐振荡器多谐振荡器multivibratormultivibrator -对称式多谐振荡器 -非对称式多谐振荡器 -环形振荡器 -施密特触发器组成的多谐振荡器 555555定时器及其应用定时器及其应用555 Timer555 Timer - 555定时器的电路结构与功能 - 555定时器构成施密特触发器 - 555定时器构成单稳态触发器 - 555定时器构成多谐振荡器 44 10.4 10.4 多谐振荡器多谐振荡器multivibratormultivibrator（自激振荡，不需外加触发信号） 10.
13、4.1 对称式多谐振荡器 一、工作原理（TTL） (1)静态（未振荡） 时应是不稳定的 45 46 二、电压波形 47 三、振荡频率计算 10.4.2非对称式多谐振荡器电路 1.电路组成 ： 2. 原理 以CMOS器件为例分析 O t O t O t O t VTH 电路分析起点： 开机瞬间：v(0-)=0 假设 VO1=0 第一 暂稳 第二 暂稳 V C 充电 放电 假设VO1=0 分析起点 10.4多谐振荡器multivibrator 对于TTL要求： RFROFF,RpROFF 49 3.计算振荡周期 O t O t O t VTH tw2 tw1 （1） 计算tw1： 充电 VDD 5
14、0 O t O t O t VTH tw2 tw1 （2） 计算tw2： 0V 放电 周期 51 10.4.3 环形振荡器 1.电路组成 ： 2.波形分析:以VO从0变为1开始 O t O t O t tpd tpd tpd 3.周期： 4.推广： 其中：n为奇数，且n3 52 频率高，获取低频脉冲困难。 频率不稳定，且频率不易调节。 5.特点 ： 6.带RC延时的环形振荡器： 目的：获取较低振荡频率 （1）原理性电路 （2）实用电路 振荡周期： CMOS TTL（估算） 对于TTL要求： RROFF,RSROFF 与R、RS及TTL类型有 关 53 10.4.4 用施密特触发器构成的多谐振荡
15、器用施密特触发器构成的多谐振荡器 Schmitt-Trigger OscillatorSchmitt-Trigger Oscillator 1.电路结构 t O VT- VT+ t O VOH VOL 2.原理 3.振荡周期 4.改进型 目的，调节占空比。 54 Schmitt-trigger oscillatorSchmitt-trigger oscillator using a 7414 INVERTER.using a 7414 INVERTER. Note the maximum limits on the resistance value for each device. The circuit will fail to oscillate if R is not kept below these limits. 10.4.5 石英晶体多谐振荡器 crystal-controlled clock generator 二、石英晶体特性曲线 工作区（很窄）： 并联型振荡电路 串联型振荡电路短路区：晶体作短路线用 感性区：晶体作电感用 一、RC振荡器的缺点 频率稳定性差 原因 f与VT有关，因此频率 受温度、电源电压影响 易受干扰 RC本身也不稳定 解决方法： 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器 56 quartz crystal Frequencies
