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1、第9章 脉冲波形的产生与变换,第9章 脉冲波形的产生与变换,9.1 555定时器介绍 9.2 555集成定时器应用,知识目标： 1.了解多谐振荡器、单稳态电路的电路特点，理解电路工作原理 2.掌握施密特触发器的电路特点及其工作原理 3.熟悉555集成定时电路的引脚功能 技能目标： 1. 掌握用 555 集成定时器构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的方法 2. 会装配、测试555集成定时器的应用电路,在日常生活中，我们经常看到或曾经使用过一些电子产品，如 图9-1所示。但是触摸式定时器为什么能在触摸开关后起定时控制灯亮 的作用，它能定时灯亮多长时间？防盗报警器是如何发出报警声的？救 护车
2、怎样会边闪烁边发出救护警笛声？梦幻彩灯为何能在商店、舞场、 家庭及节日里变化奇妙，闪耀发出漂亮的色光？是因为电路中产生 了不同频率、不同宽度的脉冲信号。,a）触摸式定时控制开关实物图 b）防盗报警器,C）救护车警笛 d）梦幻彩灯,在数字电路中，经常需要各种不同频率、不同要求的脉冲信号，而获 得脉冲信号的方法一般有两种： 一是利用振荡电路直接产生所需要的波形，这种电路不需要外加触发脉冲信号， 只要电源电压和电路参数合适，电路就能自动产生脉冲信号，这一类电路称为 多谐振荡器。 二是利用脉冲变换电路，将已有的性能不符合要求的脉冲信号变换成符合要求 的脉冲信号。变换电路本身不产生脉冲信号，它所做的工作
3、仅是变换波形，这 一类电路包括单稳态触发器和施密特触发器。,9.1 555集成定时器介绍,555集成电路是一种将模拟电路与数字电路结合在一起的中规模集成电 路，该电路功能灵活、适用广泛，只要外部配上几个阻容元件，就可以构成 多谐振荡器、单稳态电路及施密特触发器等多种电路。555电路型号很多， 但基本上可分为TTL型和CMOS型两种，属于TTL型的有NE555、LM555等，属 于CMOS型的有CC7555、CC7556等，虽型号不同，但内部结构、工作原理和 外部引线排列基本一致，功能完全相同。,9.1.1 555电路组成,图9-2所示为555集成定时器的内部结构和外引线排列图。,图9-2 55
4、5集成定时器,9.1.1 555电路基本功能,555定时器的功能见表9-1，表中0表示低电平，1表示高电平， 表示任意电平。,9.2 555集成定时器的应用 9.2.1 555集成定时器组成多谐振荡器,【555集成定时器阻成多谐振荡器的电路及工作波形】如图9-3所示。 电容 C 循环充电和放电，使电路产生振荡，输出矩形脉冲。,a）电路原理图 b）工作波形图 图9-3 555电路组成的多谐振荡器,【振荡周期】 （1）充电时间tWH和放电时间tWL分别为：tWH 0.7 (R1 + R2)C1 tWL 0.7 R2C1 （2）振荡周期为：T = tWH + tWL 0.7 (R1 + 2R2)C1
5、,【多谐振荡器特点】多谐振荡器是产生矩形脉冲的自激振荡器。 其特点是：电路一旦起振，就没有稳态，只有两个暂稳态，电路在两个暂 稳态间交替变化，输出连续的矩形脉冲信号。因此，它又叫无稳态电路， 常用做脉冲信号源。,9.2.2 555集成定时器组成单稳态触发器,【555集成定时器组成单稳态触发器的电路及工作波形】555电路构成的单 稳态电路触摸式定时控制开关组成及工作波形 如图9-5所示。,a）电路原理图 b） 实物图,c)工作波形图 图9-5 触摸式定时控制开关,【单稳态触发器特点】单稳态触发器电路是一种只有一个稳定状态的触发器， 在无外触发信号时，电路处于稳态,在外触发信号作用下，电路翻转为暂
6、稳态， 然后自动返回到稳态。暂稳态的持续时间取决于RC定时元件的参数，与外加 触发信号无关。,【应用举例】,（1）脉冲信号整形：就是把波形不规则的脉冲信号输入单稳态触发器， 在输出端获得具有一定的宽度和幅度，前后沿比较陡峭的矩形脉冲波。 如图9-6所示。,图9-6单稳态电路的整形作用,（2）脉冲信号延时：单稳态触发器在输入信号uI的下降沿被触发， 输出产生一个正脉冲，输出信号的下降沿比输入信号的下降沿延迟 了TW时间，改变RC时间常数改变延时时间。如图9-7所示。,图9-7单稳态电路的延时作用,（3）定时控制：利用电路的暂稳态脉冲信号可控制电子开关在规定的 时间动作，达到定时目的。如图9-8所
7、示。可用于自动熄灭路灯开关、 电子照相机的延时自动拍照等电路。,图9-8 单稳态电路的定时控制,9.2.3 555集成定时器组成施密特触发器,【555集成定时器组成施密特触发器的电路及工作波形】如图9-9所示。,a）电路原理图 b）工作波形图 图9-9 555电路构成的施密特触发器,【滞回特性】 （1）上限门槛电压（uT+）：是指在输入电压上升过程中，施密特触发器的输出电平由高变低时的输入电压，又称上触发电平，用uT+表示。 （2）下限门槛电压（uT）：是指在输入电压下降过程中，施密特触发器的输出电平由低变高时的输入电压，又称下触发电平，用uT-表示。 （3）滞回电压（ u）：uT+ 与 uT
8、-之间的 差值称为滞回电压（或回差电压）。即 u= uT+ uT-。,必须指出，滞回特性（回差现象）是施密特触发器的固有特性，可以根 据实际需要适当减小或增大 u。图9-10为施密特触发器电压传输特性曲线， 由uO随uI变化的电平高低关系可知，施密特触发器是一个具有滞回特性的反 相器，如果在施密特反相器的输入端加与门就构成与非施密特触发器。其逻 辑符号如图9-11所示。,图9-10施密特触发器的电压传输特性,a）施密特反相器 b）与非施密特触发器,图9-11施密特触发器的逻辑符号,【施密特触发器特点】电路有两个稳态，从第一稳态翻到第二稳态时及从 第二稳态再回到第一稳态时，均需外触发电平，而且两
9、次触发电平存在一定 的差值，即有回差现象，这是与一般的双稳态电路的区别之处。,技能训练 制作555多谐振荡器,【训练目标】 1、认识555定时电路，了解其使用方法。 2、会制作555多谐振荡器。 3、会用万用表和示波器测555电路的2脚、6脚和3脚的信号波形。 【训练材料】见教材。,【电路组成及工作原理】 1电路功能 本电路的核心元件是555集成电路，由图可知它工作于无稳态工作方式。 接通电源后，555集成电路的输出端3脚电平不断地出现高低变化。当3脚为高 电平时，LED1熄灭、LED2发光，同时电容器C2被充电，扬声器发出“嗒”响声； 当3脚为低电平时，LED2熄灭，、LED1发光，同时电容
10、器C2通过扬声器BL向集 成电路3脚、1脚放电，扬声器又发出一声“嗒”响声。所以发光二极管LED1、 LED2交替发光，扬声器BL就发出“嗒嗒”节拍声。,2电路图 电路原理图如图9-14所示。,图9-14 制作555多谐振荡器,【训练内容及步骤】 1电路元器件的检测 （1）色环电阻、瓷片电容、电解电容、发光二极管、扬声器的检测方法 同前面相关章节内容。 （2）NE555集成电路引脚的识别：将555电路表面缺口朝左，正向放置， 逆时针方向数引脚，依次为1脚8脚。 2电路制作与调试 （1）按工艺要求对元器件的引脚进行成形加工，按图9-10b） 在万能板 上合理布局元件并连接电路。 （2）连接电源及
11、检测端子。 （3）用万用表测NE555集成块的各脚电压。 （4）用示波器观测NE555集成块的2脚（或6脚）的电压并画出波形。,【实训结果】测试结果记入表9-3中。,表9-3 555多谐振荡器测试技训表,本章小结 555 定时器是一种多用途的集成电路。只需外接少量阻容元件便可构 成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等。 2. 多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳态。暂稳态间的相互转换完 全靠电路本身电容的充电和放电自动完成。因此，多谐振荡器接通电源 后就能输出周期性的矩形脉冲。改变 R、C定时元件数值的大小，可调 节振荡频率。 3. 单稳态触发器有一个稳定状态和一个暂稳态。输入信号只起到触发电 路进入暂稳态的作用。改变 R、C 定时元件的数值可调节输出脉冲的宽度。 单稳态触发器可将输入的触发脉冲变换为宽度和幅度都符合要求的矩形脉 冲，因此，常用于脉冲的定时、整形和展宽等。 4. 施密特触发器和单稳态触发器是两种常用的整形电路，可将输入的周 期信号整形成符合要求的同周期矩形脉冲。施密特触发器具有回差特性， 它有两个稳态，有两个不同的触发电平。施密特触发器可将任意波形变 换成矩形脉冲，输出脉冲宽度取决于输入信号的波形和回差电压的大小。,
