定时器的应用

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1、 概述概述 单稳态触发器单稳态触发器 施密特触发器施密特触发器 555555定时器定时器 脉冲产生和整形电路 多谐振荡器多谐振荡器 数字电路常常需要用到各种幅度、宽度以及具有陡 峭边沿的脉冲信号，如触发器就需要时钟脉冲（CP）。脉冲信号产生要用多谐振荡器。本章将介绍常用的施密特触发器、单稳态触发器和 多谐振荡器，同时介绍一种多用途的定时电路555 定时器。获取这些脉冲信号的方法通常有两种：直接产生 ； 利用已有信号整形或变换得到。脉冲信号整形则要用单稳态触发器和施密特触发器本章基本内容本章基本内容一、脉冲信号的定义及参数（不对称方波） 三角波： 锯齿波： 微分窄脉冲： 概概 述述按非正弦规律变

2、化的信号均可称脉冲信号。 方波：（对称方波）脉冲信号的参数 q=TW/T 占空比TwTVmv0tT 脉冲周期 f=1/T 频率Tw 脉冲宽度Vm 幅值概概 述述二、微分电路（高通滤波电路） 概概 述述当微分电路输入方波信号时，输出波形应如何？设RC TW 概概 述述三、积分电路概概 述述施密特触发器施密特触发器 问题的提出电冰箱温控系统输入输出波形实际温控波形施密特触发器是具有滞后特性的数字传输门。 施密特触发器施密特触发器 什么是施密特触发器？逻辑符号 输入输出波形 思考：施密特触发器有什么特点？施密特触发器施密特触发器施密特触发器特点：（1）输出有两种状态（输出为数字信号）； （2）输入采

3、用电平触发（输入为模拟信号）；（3）对于正向和负向增长的输入信号，电路有不同的阈值 电平（VT+和VT-）。采用施密特触发器后的实际温控波形施密特触发器有同相传输和反相传输两种电路 施密特触发器的电压传输特性施密特触发器施密特触发器G1、G2为CMOS门电路，其阈值电压为1/2VDD。电路 中要求R1R2 。由由门电路构成的施密特触发器门电路构成的施密特触发器 电路构成 工作原理分析（教材P139）（1） 当vI=0V时，vO1 VDD ， vO 0V， vI 0V； 0100由由门电路构成的施密特触发器门电路构成的施密特触发器 （2）当vI升高时，vI 也升高。当vI 达到1/2VDD时，G

4、1、G2 输出状态将发生翻转。此时对应的vI值称为VT+。（3）当vI大于VT+时，电路转到另一稳态：vO1 0V ，vO VDD 。 VT+=1/2VDD010100（4）当vI由高变低时，vI 也由高变低。当vI 1/2VDD 时，电路又将发生转换。此时对应的vI称为VT。由由门电路构成的施密特触发器门电路构成的施密特触发器 （5）当vI小于VT时，电路转到另一稳态：vO1= VDD ， vO 0V。 0110 VT =1/2VDD 工作波形vIVT+ VT- 0t0tvO10tvO由由门电路构成的施密特触发器门电路构成的施密特触发器 施密特触发器施密特触发器 应用举例应用举例 脉冲变换

5、脉冲整形施密特触发器施密特触发器 应用举例应用举例 脉冲鉴幅 构成多谐振荡器施密特触发器施密特触发器 应用举例应用举例思考题思考题试举出施密特触发器在实际生活中的应用 实例，并尽可能说明其原理。有两种状态：0态和1态，但只有一种状态能长久保持， 故名单稳态触发器。 例子楼道灯控制系统 单稳态触发器的特点： （1）有稳态和暂稳态两种状态； （2）平时处于稳态，在外部触发脉冲作用下，由稳态进入暂稳态； （3）暂稳态维持一定时间后自动回到稳态。 单稳态触发器单稳态触发器 什么是单稳态触发器？单稳态触发器主要有以下三类：（1）微分型单稳态触发器（2）积分型单稳态触发器（3）集成单稳态触发器 单稳态触发

6、器的分类单稳态触发器的分类门电路+RC微分电路微分型单稳态触发器 G1、G2为CMOS或非门，vO1、vO分别为G1、G2的输出 ，vI2为G2输入。 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器 电路结构（教材P142） RC微 分电路 触发脉冲1.单稳态触发器的稳态 触发器的稳态为 vO1 VDD，vO 0V。此时，电容两端的电压相等，无充放电。 工作原理分析 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器稳态时，无触发脉冲输入，vI 为低电平，C 没有充放电，相当于断开。010 01作用：改善vO1、 vO边沿。 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器11001暂稳态：vO1= 0V，vO VDD2.当vI

7、 加一正脉冲时，由稳态进入暂稳态。这里有一正反馈现象： 工作原理分析（续） 01001vIvO1vI2vO3. 暂稳态自动回到稳态 作用：改善vO1、 vO边沿。 随着VDD通过电阻向电容C的充电，vI2逐渐上升，当vI2 上升到VT时，vO 0V ，vO1 VDD ，电路回到稳态。 正反馈现象： 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器010VT0 0110 工作原理分析（续） vO1vI2vO微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器 工作波形分析 VT1.暂稳态维持时间Tw电容C充电电压方程： 参数计算 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器将VC（0）0V，VC（）VDD，T=RC 代入上式得 ：

8、当vC（t）=VT=1/2VDD时，t=Tw，代入上式可求得 ：VTTwTre2.恢复时间TreTre（35）RC 3.最高工作效率fmaxTd=Tw+Trefmax= 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器在暂稳态期间Tw和恢复时间Tre内，电路不得响应触发信 号。因此，2个触发信号之间的最小时间间隔为： 参数计算（续） 思考题微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器若触发脉冲宽度大于TW时，电路能否正常工作？如何解决？静态时a、b、d、e各点的电位如何？控制电路用于产生窄脉冲。当输入满足以下条件时， 控制电路产生窄脉冲：（1）若A1、A2中至少有一个为0时，B由01； 74LS121的原理框图集

9、成单稳态触发器集成单稳态触发器微分型单稳 态触发器输出缓冲（2）若B=1，A1、A2中至少有一个由10。 74LS121内部结构和引脚图： 集成单稳态触发器集成单稳态触发器 74LS121的功能表（教材P144）集成单稳态触发器集成单稳态触发器两种不同接法（教材P145）正脉冲触发负脉冲触发集成单稳态触发器集成单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器应用应用 用于定时单稳态触发器单稳态触发器应用应用 用于整形单稳vOvItt00vOvI多谐振荡器就是方波发生器。由于方波中除基波外还包含了许多高次谐波，因此，又称为多谐振荡器。多谐振荡器多谐振荡器 什么是多谐振荡器？多谐振荡器不需要外加信号，只要一上

10、电就会产生方波信号。 电路组成及工作原理11G2G1RCvO1vO2vI1由门电路构成多谐振荡器由门电路构成多谐振荡器（1） 设电路的初态为vO1=1, vO2=0，这种状态下不可能持久维持；1001（2）通过vO1RCvO2向C充电，使vI1不断上升；（3）当vI1VT时，G1输出低电平，G2输出高电平，即 vO1=0， vO2=1。 工作原理11G2G1RCvO1vO2vI1由门电路构成多谐振荡器由门电路构成多谐振荡器（4） vO1=0， vO2=1这个状态也不能持久； 1001（5）通过vO2CRvO1对电容C反向充电，vI1逐步减少；（6）当vI1VT时，G1输出高电平， G2输出低电

11、平，即又回 到vO1=1，vO2=0的状态。 （7）周而复始产生方波。 工作波形11G2G1RCvO1vO2vI1由门电路构成多谐振荡器由门电路构成多谐振荡器T1T2tvO10tvO20vI1t0T1、T2的计算公式请同学自己推导。其它形式的多谐振荡器其它形式的多谐振荡器 环形多谐振荡器 石英晶体多谐振荡器R=5k2/3VDD1/3VDD 555定时器的内部结构及逻辑符号（教材P146）555555定时器的工作原理定时器的工作原理基本RS触发器比较器RDVDD DiscVCOvS GNDQvR555 555定时器的功能表555555定时器的工作原理定时器的工作原理 +C1R2/3VDD vR

12、+C2S1/3VDD vS输 入 输 出 R SQN1 0 导通0 11 截止1 00 导通0 0不变不变 2/3VDD1/3VDD2/3VDD1/3VDD2/3VDD1/3VDD2/3VDD1/3VDD01111 1 11 截止RDvRvS用用555555构成的施密特触发器构成的施密特触发器 电路结构 +C1R2/3VDD vI +C2S1/3VDD vI 2/3VDD1/3VDDvI0tvO0t（1）当vI1/3VDD时，R=0，S=1，Q=1，vO=1；（2）当1/3VDD vI2/3VDD时，R=0，S=0，Q=1，vO=1；（3）当 vI2/3VDD时，R=1，S=0，Q=0，vO=

13、0；（4）当1/3VDD vI2/3VDD时， R=0，S=0，Q=0，vO=0；（5）当vI1/3VDD时， R=0，S=1，Q=1，vO=1； 原理分析用用555555构成的施密特触发器构成的施密特触发器 主要参数用用555555构成的施密特触发器构成的施密特触发器 1. 阀值电平VT+=2/3VDDVT-=1/3VDD2. 回差电压= VT+ VT-=1/3VDD用用555555构成的多谐振荡器构成的多谐振荡器 电路结构（教材P148）用用555555构成的多谐振荡器构成的多谐振荡器 工作原理 +C1R2/3VDD vC +C2S1/3VDD vC1.上电时，vC=0，得R=0，S=1

14、，Q=1，N1管截止,vO=1。3.当vC 2/3VDD时，R=1，S=0，基本RS触发器被置0， Q=0，N1管导通，vO=0。2.当VDD通过R1、R2向C充 电，vC 逐渐上升;用用555555构成的多谐振荡器构成的多谐振荡器 工作原理（续） +C1R2/3VDD vC +C2S1/3VDD vC5.当vC下降到vC 1/3VDD时，R=0，S=1，RS 触发器置成 1态，Q=1，T1管截止， vO=1。对电容C充电又重新开始。 4.电容C将通过R2和N1管放电， vC逐渐下降；T1T2工作波形 用用555555构成的多谐振荡器构成的多谐振荡器主要参数计算从占空比q 的表达式可知，占空比

15、始终大于50 。通过vC的暂态方程，求得： T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C T1=0.7(R1+R2)C T2=0.7R2C 占空比任意可调的 多谐振荡器用用555555构成的多谐振荡器构成的多谐振荡器T1=0.7R1C T2=0.7R2C 思考题用用555555构成的多谐振荡器构成的多谐振荡器如图所示是一个由555定时器构成的防盗报警电路， a、b两端被一细铜丝接通，此铜丝置于盗窃者必经 之路，当盗窃者闯入室内将铜丝碰断后，扬声器即 发出报警声。说明本报警电路的工作原理。用用555555构成的单稳态触发器构成的单稳态触发器 电路结构最后又回vO=0V 。 10导通 工作原理分析接通电源时R=0, S=0； 假设RS触发器 初态为1；假设RS触发器 初态为0； 结论：接通电源后，不管起始状态如何，最终触发器处 于稳态 vO=0。 0100用用555555构成的单稳态触发器构成的单稳态触发器 01截止2/3VDD101导通00001.什么是稳态？vO=0V，此状 态能长久保持； 工作原理分析（续）截止1导通