ch定时器探素实用实用教案

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1、8.1 8.1 概述(i sh)(i sh)一、脉冲(michng)(michng)信号 脉冲是脉动和短促的意思，凡是(fnsh)(fnsh)具有不连续波形的信号均可称为脉冲信号。广义讲，各种非正弦信号都是脉冲信号。(a)(a)矩形波(b)(b)方波(c)(c)尖脉冲(d)(d)锯齿波第1页/共38页第一页，共39页。8.1 8.1 概述(i sh)(i sh) 在数字系统中常常需要用到各种幅度、宽度以及具有陡峭边沿的矩形脉冲信号，如触发器的时钟脉冲（CPCP）。获取这些脉冲信号的方法通常有两种： 脉冲产生电路直接产生； 利用已有的周期信号整形(zhng xng)(zhng xng)、变换得到

2、。脉冲整形、变换电路单稳态触发器 施密特触发器；脉冲产生电路多谐振荡器；多用途的定时电路555定时器。第2页/共38页第二页，共39页。8.1 8.1 概述(i sh)(i sh)二、脉冲信号(xnho)(xnho)的参数trtftWT0.9 Um0.5 Um0.1 UmUm矩形脉冲信号的主要参数 脉冲幅度 脉冲(michn(michng)g)周期脉冲宽度上升时间下降时间占空比D D脉冲宽度与脉冲周期的比值，D Dt tW W/T/T 。第3页/共38页第三页，共39页。8.1 8.1 概述(i sh)(i sh)三、脉冲产生(chnshng)(chnshng)电路的暂态分析脉冲波形(b xn

3、)(b xn)产生与整形电路多是由RCRC充放电电路构成的。 开关闭合的一瞬间，电容器上电压不能突变，满足开关定理U UC C(0(0+ +)=)=U UC C(0(0- -) )。 充电暂态过程结束后，流过电容器的电流i iC C()()为0 0，即电容器相当于开路。tMU(t )UTtU ()0U (0+)CCCUC(t)SUCR第4页/共38页第四页，共39页。令uC(tW)=UTuC(tW)=UT，则从暂态过程的起始值UC(0+)UC(0+)变到UTUT所经历的时间tWtW（脉冲宽度(kund)(kund)）可用下式计算： 电路的时间常数=RC=RC，决定了暂态时间的长短。根据三要素公

4、式，可以得到(d do)(d do)电压随时间变化的方程为 8.1 8.1 概述(i sh)(i sh)tWU(t )UTtU ()0U (0+)CCC第5页/共38页第五页，共39页。一、555555定时器的电路(dinl)(dinl)结构8.2 5558.2 555定时器 555 555定时器是一种多用途的数字模拟混合集成电路，可以方便地构成单稳态触发器，施密特触发器和多谐振荡器。 双极型产品型号最后(zuhu)(zuhu)数码为555555，CMOSCMOS型产品型号最后(zuhu)(zuhu)数码为75557555。其功能和外部引脚排列完全相同。TRC1UR15k5kC25kUR2&1

5、4G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端uu12348765地2oRDUCC放电端6UCO555uuu第6页/共38页第六页，共39页。8.2 5558.2 555定时器TRC1UR15k5kC25kUR2&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端uu1.1.分压器电压(diny)控制端55脚悬空时， ， ；55脚外接控制电压U UCOCO时， 。第7页/共38页第七页，共39页。8.2 5558.2 555定时器TRC1 1UR15k5kC2 25kUR2&14G1RQQG2SG3G43VT8UCC

6、UCOu6(TH)5()6217oRD2放电端uu2.2.电压(diny)(diny)比较器U U+ +U U- -时，C Ci i1 1；U U+ +U U- -时，C Ci i0 0。 阈值(y zh)输入端触发(chf)输入端3.3.基本RSRS触发器R SR SQ Qn+1n+10 00 0不定不定0 10 10 01 01 01 11 11 1Q Qn n异步清零端第8页/共38页第八页，共39页。8.2 5558.2 555定时器TRC1UR15k5kC25kUR2&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端uu4.4.放电(fng (

7、fng din)din)三极管VTVT是一个集电极开路(kil)(kil)的放电三极管。当u uO O0 0时，VTVT导通；当u uO O1 1时，VTVT截止。 第9页/共38页第九页，共39页。二、555555定时器的功能(gngnng)(gngnng)8.2 5558.2 555定时器TRC1 1UR15k5kC2 25kUR2&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端uu5 5脚不外接控制(kngzh)(kngzh)电压。 定时器的主要(zhyo)(zhyo)功能取决于两个比较器输出对RSRS触发器和放电管VTVT状态的控制。第10页/

8、共38页第十页，共39页。8.2 5558.2 555定时器不变不变不变不变1 1 1 1导通导通0 0 0 01 1 1 1截止截止1 1 1 11 1 1 1导通导通0 0 0 00 0 0 0VTVTu uOOu u2 2u u6 6输出输出输入输入555555定时器功能表5 5脚不接控制电压，则 ， 。第11页/共38页第十一页，共39页。8.3 8.3 单稳态触发器单稳态触发器是一种常用的脉冲单稳态触发器是一种常用的脉冲(michng)(michng)(michng)(michng)整形电路，简称单稳。整形电路，简称单稳。由外界由外界(wiji)触发触发自动自动(zdng)返回返回稳

9、定状态稳定状态稳定状态稳定状态暂稳态暂稳态恢复期工作特性： 它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态； 在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，电路能自动返回稳态； 暂稳态不能长久保持，其维持时间的长短取决于电路自身参数，与外界触发脉冲无关。第12页/共38页第十二页，共39页。8.3 8.3 单稳态触发器一、555555定时器构成(guchng)(guchng)的单稳态触发器48762315uCCuouIRUCC0.01F5555 5脚经过0.010.01FF电容接地，则 ， 。第13页/共38页第十三页，共39页。恢复期： VT VT导通，电容(dinrng)C(d

10、inrng)C迅速放电，直到使uC0uC0，电路又恢复到稳态。暂稳态：u u2 2触发脉冲下降沿到达时（ ），电路进入暂稳态，u uO O1 1。当 时，u uO O0 0，暂稳态结束。8.3 8.3 单稳态触发器1.1.工作(gngzu)(gngzu)原理 稳态： 无触发信号时，uIuI为高电平。电容先充电后放电， 当uCuC0 0时，电路(dinl)(dinl)进入稳态：uOuO0 0。第14页/共38页第十四页，共39页。8.3 8.3 单稳态触发器TuI13UCC0uo0tWTWuC023UCCtttUCC48762315uCCuouIRUCC0.01F555波形图 电路对输入(shr

11、)(shr)触发脉冲的宽度有一定要求，它必须小于tWtW。若输入(shr)(shr)触发脉冲宽度大于tWtW时，应在u2u2输入(shr)(shr)端加入微分电路。 第15页/共38页第十五页，共39页。因此(ync)(ync)可得 8.3 8.3 单稳态触发器2.2.输出(shch)(shch)脉冲宽度tW tW 输出脉冲宽度t tW W是暂稳态的停留时间，即电容C C的电压从0 0充电到 所需的时间。根据电容C C的充电过程可知： 上式说明：单稳态触发器输出脉冲宽度tWtW仅决定于定时元件R R、C C的取值，且成正比关系，而与输入触发信号和电源电压无关(wgun)(wgun)，因此调节R

12、 R、C C的大小，即可方便地改变tWtW。矩形脉冲的周期与输入的触发信号周期相同。第16页/共38页第十六页，共39页。8.3 8.3 单稳态触发器二、单稳态触发器的应用(yngyng)(yngyng)1.1.脉冲(michng)(michng)整形IutWOu 单稳态触发器能够把输入(shr)(shr)的不规则脉冲信号uIuI，整形为具有一定幅度和一定宽度的标准矩形脉冲uOuO。uOuO的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度tWtW决定于定时元件R R和C C。单稳态触发器的整形波形第17页/共38页第十七页，共39页。8.3 8.3 单稳态触发器2.2.脉冲(michng)(mic

13、hng)延时 脉冲延时电路一般要用两个单稳态触发器完成。延时时间为tW1tW1，它决定于第一级单稳态触发器的定时(dn sh)(dn sh)元件R R和C C。11uIu0（tW1）（tW2）单稳态触发器的延时波形(b xn)第18页/共38页第十八页，共39页。8.3 8.3 单稳态触发器3.3.定时(dn sh)(dn sh) 由于单稳触发器可产生宽度为tWtW的矩形脉冲，利用这个矩形脉冲去控制某电路使它在tWtW的时间(shjin)(shjin)内动作或不动作，这就是单稳态触发器的定时作用。定时时间(shjin)(shjin)为tWtW，可通过调节定时元件R R和C C来调节定时时间(s

14、hjin)(shjin)。1&uIOuuO单稳与门uFtWuIuOuFOu单稳态触发器的定时(dn sh)波形第19页/共38页第十九页，共39页。8.4 8.4 施密特触发器施密特触发器是又一种施密特触发器是又一种(y zhn)(y zhn)(y zhn)(y zhn)常用的脉冲信号整形电路。常用的脉冲信号整形电路。工作(gngzu)特性： 具有两个稳态； 属于电平触发，缓慢变化的信号也可以作为输入信号，当输入信号达到某一特定值时，输出电平就发生突变； 输入信号从低电平上升时，电路状态转换(zhunhun)(zhunhun)时对应的输入电平，与输入信号从高电平下降时对应的输入转换(zhunh

15、un)(zhunhun)电平不同。uo0UU+uI电压传输特性输入信号上升时对应的转换电平U U+ + ，称为正向阈值电压；输入信号下降时对应的转换电平U U ，称为负向阈值电压；差值U UU U+ +U U- -，称为回差电压。第20页/共38页第二十页，共39页。反向(fn xin)(fn xin)输出施密特触发器8.4 8.4 施密特触发器一、555555定时器构成(guchng)(guchng)的施密特触发器1.1.电路结构和逻辑(lu j)(lu j)符号846210.01F3UCCuIuo5555第21页/共38页第二十一页，共39页。综之： 当5 5脚不接控制电压时， 当5 5脚

16、接控制电压U UCOCO时，比较电压变为U UCOCO和（1/21/2）U UCOCO， uot00uI13UCC23UCCtUU+uOHuOL2.2.工作(gngzu)(gngzu)原理8.4 8.4 施密特触发器(1)(1)上升过程： 时，u uO O1 1； 时，u uO O保持不变； 时，输出翻转u uO O0 0。(2)(2)下降过程： 时，u uO O0 0； 时，u uO O保持不变； 时，输出翻转u uO O1 1。5 5脚经过0.010.01FF电容接地，则 ， 。第22页/共38页第二十二页，共39页。8.4 8.4 施密特触发器二、施密特触发器的应用(yngyng)(yn

17、gyng)1.1.波形(b xn)(b xn)变换 施密特触发器可以(ky)将边沿变化缓慢的周期性信号变换成边沿陡峭的矩形脉冲信号。第23页/共38页第二十三页，共39页。8.4 8.4 施密特触发器2.2.波形(b xn)(b xn)整形 施密特触发器可以将不规则的波形整形为矩形波。若适当增大(zn d)回差电压，可提高电路的抗干扰能力。回差电压是由5脚接入的控制电压UCO来控制的。uot0uot0uIt0U+UU(a)(b)(c)第24页/共38页第二十四页，共39页。 从一系列幅度(fd)(fd)不同的脉冲信号中选出幅度(fd)(fd)大于正向阈值电压U+U+的输入脉冲， 即对幅度(fd

18、)(fd)进行鉴别。 8.4 8.4 施密特触发器3.3.幅度(fd)(fd)鉴别uIU+Ut0uo0t同向输出(shch)(shch)施密特触发器第25页/共38页第二十五页，共39页。8.4 8.4 施密特触发器4.4.构成(guchng)(guchng)多谐振荡器工作(gngzu)(gngzu)原理： 电容上初始电压为零，即uIuI0 0，则uOuO1 1，并经R R向C C充电，当充至uIuIU+U+时，输出翻转uOuO0 0。电容C C又经R R进行放电，当放电至uIuIU-U-时，输出翻转uOuO1 1。第26页/共38页第二十六页，共39页。8.5 8.5 多谐振荡器多谐振荡器是

19、一种常用多谐振荡器是一种常用(chn yn)(chn yn)(chn yn)(chn yn)的脉冲信号产生电路。的脉冲信号产生电路。工作(gngzu)特性： 无稳态，具有两个暂稳态； 自激振荡器在接通电源后，不需外加(wiji)(wiji)触发信号，便能自动产生矩形脉冲； 矩形波中除基波外，还含有丰富的高次谐波故称为多谐振荡器。自动触发自动触发自动返回自动返回暂稳态暂稳态0暂稳态暂稳态1暂稳态暂稳态0第27页/共38页第二十七页，共39页。8.5 8.5 多谐振荡器一、555555定时器构成(guchng)(guchng)的多谐振荡器1.1.电路(dinl)(dinl)结构48762315CU

20、CCR1R2555uo0.01FuC第28页/共38页第二十八页，共39页。8.5 8.5 多谐振荡器uC13UCCuo0T123UCCttUCCT202.2.工作(gngzu)(gngzu)原理 接通电源后，电容C C来不及充电(chng din)(chng din)，ucuc0 0，则uOuO1(1(第一个暂稳态) )，VTVT截止。这时UccUcc经R1R1和R2R2向C C充电(chng din)(chng din)，当充至ucuc2/3Ucc2/3Ucc时，输出翻转uOuO0(0(第二个暂稳态) )，VTVT导通；这时电容C C经R2R2和VTVT放电，当降至ucuc1/3Ucc1/

21、3Ucc时，输出翻转uOuO1 1。第29页/共38页第二十九页，共39页。8.5 8.5 多谐振荡器3.3.参数(cnsh)(cnsh)的估算电容(dinrng)(dinrng)充电时间T1T1：电容放电(fng (fng din)din)时间T2T2：电路振荡周期T T：uC13UCCuo0T123UCCttUCCT20T第30页/共38页第三十页，共39页。电路(dinl)(dinl)振荡频率f f：通过改变R R、C C的参数(cnsh)(cnsh)可改变振荡周期和振荡频率。输出(shch)(shch)波形占空比D D：8.5 8.5 多谐振荡器若R R2 2RR1 1，则D D1/2

22、1/2，即输出为对称方波。（D50）第31页/共38页第三十一页，共39页。8.5 8.5 多谐振荡器4.4.改进(gijn)(gijn)电路占空比可调的多谐振荡器 利用二极管的单向导电性，把电容C C充电和放电(fng din)(fng din)回路隔离开来，再加上一个可调电位器RWRW，便可构成占空比可调的多谐振荡器。电容(dinrng)(dinrng)充电时间T1T1： T1 T10.7R1C0.7R1C电容放电时间T T2 2： T T2 20.7R0.7R2 2C C输出波形占空比D D：电路振荡周期T T： T TT T1 1+T+T2 20.7(R0.7(R1 1+R+R2 2)

23、C)C若R R1 1=R=R2 2，则D=50%D=50%。847623UCCR1R2555RWuo0.01FCVD2VD151第32页/共38页第三十二页，共39页。8.5 8.5 多谐振荡器5.5555.555定时器构成的振荡器应用实例(shl)(shl)模拟声响发生器 将振荡器A A的输出电压uo1uo1，接到振荡器B B中555555定时器的复位端（4 4脚）。当uo1uo1为高电平时振荡器B B振荡，当uo1uo1为低电平时555555定时器复位，振荡器B B停止振荡。这样，扬声器便发出“呜呜”的间歇(jin xi)(jin xi)声响。84762351555A0.01FCR1AR2

24、A847623155550.01FCR1BR2BRduo18uo25FUCCuo1uo2(a)(b)B第33页/共38页第三十三页，共39页。 当频率为谐振频率f0f0时，石英晶体的等效阻抗最小，信号(xnho)(xnho)最容易通过，而其它频率信号(xnho)(xnho)均被衰减掉。晶体的选频特性极好。 为了提高振荡器的频率稳定度，往往使用石英(shyng)(shyng)晶体多谐振荡器。8.5 8.5 多谐振荡器二、石英(shyng)(shyng)晶体多谐振荡器555555构成的多谐振荡器的特点： 优点：工作可靠，调节方便。 缺点：振荡频率不能太高，一般不超过几百千赫； 受电源波动、温度变化

25、等影响，频率稳定性较差。 f f0 0只与晶体的材料、几何形状和尺寸大小有关， 而与电路中的R R、C C数值无关。输出频率稳态性很高。X0f0f石英晶体的图形符号和电抗频率特性石英晶体的固有频率或谐振频率第34页/共38页第三十四页，共39页。8.5 8.5 多谐振荡器石英(shyng)(shyng)晶体振荡器电阻R1R1、R2R2的作用：保证两个(lin (lin )反相器在静态时都能工作在线性放大区。对TTLTTL反相器，常取R R0.7k0.7k2k2k，而对于CMOSCMOS门，则常取R R10M10M；C1C1是耦合电容；C2C2的作用：抑制高次谐波。电路的振荡频率等于(dngy)

26、(dngy)石英晶体的谐振频率f0f0。11RRC1f0G1G2C2第35页/共38页第三十五页，共39页。8.5 8.5 多谐振荡器秒脉冲(michng)发生器CMOSCMOS石英晶体多谐振荡器产生f=32768Hzf=32768Hz的基准信号；经TT触发器构成的1515级异步计数器分频后，便可得到稳定度极高的秒脉冲信号。这种秒脉冲发生器可做为各种( zhn)( zhn)计时系统的基准信号源。第36页/共38页第三十六页，共39页。第8 8章 小结(xioji)(xioji)1.1.熟练掌握555555定时器的工作原理(yunl)(yunl)及应用；2.2.正确理解单稳态触发器、施密特触发器

27、和多谐振荡器的工作原理(yunl)(yunl)及应用。第37页/共38页第三十七页，共39页。感谢您的欣赏(xnshng)！第38页/共38页第三十八页，共39页。内容(nirng)总结8.1 概述。广义讲，各种非正弦信号都是脉冲信号。第1页/共38页。脉冲产生电路直接产生。脉冲整形、变换电路单稳态触发器。脉冲产生电路多谐振荡器。多用途的定时电路555定时器。双极型产品型号最后数码为555，CMOS型产品型号最后数码为7555。 它有稳态和暂稳态两个不同的工作(gngzu)状态。若输入触发脉冲宽度大于tW时，应在u2输入端加入微分电路。 矩形波中除基波外，还含有丰富的高次谐波故称为多谐振荡器第三十九页，共39页。