脈沖波的產(chǎn)生與555應(yīng)用ppt課件

1、實(shí)驗(yàn)七實(shí)驗(yàn)七 脈沖波的產(chǎn)生與脈沖波的產(chǎn)生與555555運(yùn)用運(yùn)用 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康? 1、掌握石英晶體振蕩器及集成分頻器的運(yùn)用方法、掌握石英晶體振蕩器及集成分頻器的運(yùn)用方法2 2、熟習(xí)、熟習(xí)555555電路的任務(wù)原理及分析方法。電路的任務(wù)原理及分析方法。3 3、掌握、掌握555555集成定時(shí)器構(gòu)成脈沖電路的方法及設(shè)計(jì)過程。集成定時(shí)器構(gòu)成脈沖電路的方法及設(shè)計(jì)過程。4 4、掌握定時(shí)元件、掌握定時(shí)元件RCRC對(duì)振蕩周期和脈沖寬度的影響及對(duì)振蕩周期和脈沖寬度的影響及tWtW計(jì)算。計(jì)算。二、實(shí)驗(yàn)器材二、實(shí)驗(yàn)器材 數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱、雙蹤示波器、頻率計(jì)各一臺(tái)；數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱、雙蹤示波器、頻率計(jì)各一臺(tái)；

2、CD4060CD4060、 32.768KHz32.768KHz晶振、晶振、NE555NE555各一只；各一只；10K10K、100K100K電阻；電阻；1uF1uF、0.1uF0.1uF電容；電位器。電容；電位器。三、實(shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)原理1 1、脈沖波的獲得、脈沖波的獲得 在數(shù)字系統(tǒng)中，常需求各種不同頻率的在數(shù)字系統(tǒng)中，常需求各種不同頻率的脈沖信號(hào)，或者需求一定寬度和幅度的脈沖脈沖信號(hào)，或者需求一定寬度和幅度的脈沖信號(hào)，來完成各種不同的控制要求。有如下信號(hào)，來完成各種不同的控制要求。有如下兩種方法獲得脈沖波：兩種方法獲得脈沖波： 1 1自激多諧振蕩器自激多諧振蕩器 多諧振蕩器是一種自激振蕩器

3、，在接通多諧振蕩器是一種自激振蕩器，在接通電源以后，不需求外加觸發(fā)信號(hào)，便能自動(dòng)電源以后，不需求外加觸發(fā)信號(hào)，便能自動(dòng)地產(chǎn)生矩形脈沖。由于矩形波中含有豐富的地產(chǎn)生矩形脈沖。由于矩形波中含有豐富的高次諧波分量，所以習(xí)慣上又把矩形波振蕩高次諧波分量，所以習(xí)慣上又把矩形波振蕩器叫做多諧振蕩器。器叫做多諧振蕩器。 常用門電路和單片集成電路組成多諧振常用門電路和單片集成電路組成多諧振蕩器、環(huán)形振蕩器和石英振蕩器，它不需求蕩器、環(huán)形振蕩器和石英振蕩器，它不需求外接輸入信號(hào)。外接輸入信號(hào)。 2 2脈沖整形電路脈沖整形電路 它是把外界輸入信號(hào)如正弦波等變它是把外界輸入信號(hào)如正弦波等變換成為脈沖波。常用門電路和

4、單片集成電路換成為脈沖波。常用門電路和單片集成電路組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器。組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器。下面給出了三種由下面給出了三種由TTLTTL門門構(gòu)成的多諧振蕩器電路構(gòu)成的多諧振蕩器電路1 1、對(duì)稱式多諧振蕩器電路、對(duì)稱式多諧振蕩器電路 2 2、非對(duì)稱多諧振蕩器電路、非對(duì)稱多諧振蕩器電路 3 3、最簡(jiǎn)單的環(huán)形振蕩器、最簡(jiǎn)單的環(huán)形振蕩器 這種由門電路構(gòu)成的幾種多諧振蕩器電路難以這種由門電路構(gòu)成的幾種多諧振蕩器電路難以滿足要求。由于在這些多諧振蕩器中振蕩頻率主滿足要求。由于在這些多諧振蕩器中振蕩頻率主要取決于門電路輸入電壓在充、放電過程中到達(dá)要取決于門電路輸入電壓在充、放電過程中到

5、達(dá)轉(zhuǎn)換電平所需求的時(shí)間，所以頻率穩(wěn)定性不能夠轉(zhuǎn)換電平所需求的時(shí)間，所以頻率穩(wěn)定性不能夠很高。很高。由于：由于：1 1這些振蕩器中門電路的轉(zhuǎn)換電平這些振蕩器中門電路的轉(zhuǎn)換電平VTHVTH本身就不夠本身就不夠穩(wěn)定，容易受電源電壓和溫度變化的影響；穩(wěn)定，容易受電源電壓和溫度變化的影響；2 2 這些電路的任務(wù)方式容易受干擾，呵斥電路形這些電路的任務(wù)方式容易受干擾，呵斥電路形狀轉(zhuǎn)換時(shí)間的提早或滯后；狀轉(zhuǎn)換時(shí)間的提早或滯后；3 3 在電路形狀臨近轉(zhuǎn)換時(shí)電容的充、放電曾經(jīng)比在電路形狀臨近轉(zhuǎn)換時(shí)電容的充、放電曾經(jīng)比較緩慢，在這種情況下轉(zhuǎn)換電平微小的變化或細(xì)微較緩慢，在這種情況下轉(zhuǎn)換電平微小的變化或細(xì)微的干擾都

6、會(huì)嚴(yán)重影響振蕩周期。的干擾都會(huì)嚴(yán)重影響振蕩周期。所以：所以：TTLTTL門多諧振蕩器只適用于對(duì)頻穩(wěn)度要求不高門多諧振蕩器只適用于對(duì)頻穩(wěn)度要求不高的場(chǎng)所。的場(chǎng)所。 在許多運(yùn)用場(chǎng)所下都對(duì)多諧振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)在許多運(yùn)用場(chǎng)所下都對(duì)多諧振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定性有嚴(yán)厲的要求。例如在將多諧振蕩器作為數(shù)字定性有嚴(yán)厲的要求。例如在將多諧振蕩器作為數(shù)字鐘的脈沖源運(yùn)用時(shí)，它的頻率穩(wěn)定性直接影響著計(jì)鐘的脈沖源運(yùn)用時(shí)，它的頻率穩(wěn)定性直接影響著計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確性。時(shí)的準(zhǔn)確性。對(duì)頻率穩(wěn)定度有較高要求時(shí)，必需采取穩(wěn)頻措施。目對(duì)頻率穩(wěn)定度有較高要求時(shí)，必需采取穩(wěn)頻措施。目前普遍采用的一種穩(wěn)頻方法是在多諧振蕩器電路中前普遍采用的一種穩(wěn)

7、頻方法是在多諧振蕩器電路中接入石英晶體，組成石英晶體多諧振蕩器。接入石英晶體，組成石英晶體多諧振蕩器。2 2、石英晶體多諧振蕩器、石英晶體多諧振蕩器石英晶體的諧振頻率由石英晶體的結(jié)晶石英晶體的諧振頻率由石英晶體的結(jié)晶方向和外形尺寸所決議，具有極高的方向和外形尺寸所決議，具有極高的頻率穩(wěn)定性。它的頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定性。它的頻率穩(wěn)定度( (fofofo)fo)可達(dá)可達(dá)10-610-610-1110-11，足以滿足大多，足以滿足大多數(shù)數(shù)字系統(tǒng)對(duì)頻率穩(wěn)定度的要求。數(shù)數(shù)字系統(tǒng)對(duì)頻率穩(wěn)定度的要求。石英晶體多諧振蕩器的振蕩頻率取決于石英晶體多諧振蕩器的振蕩頻率取決于石英晶體的固有諧振頻率石英晶體的固有諧振頻

8、率fofo，而與外，而與外接電阻，電容無關(guān)。接電阻，電容無關(guān)。 圖示電路中，假設(shè)取圖示電路中，假設(shè)取TTLTTL電路電路74LS0474LS04用作用作G1G1和和G2G2兩個(gè)反相器，兩個(gè)反相器，RF=1K,C=0.01FRF=1K,C=0.01F，那么其任務(wù)，那么其任務(wù)頻率可達(dá)幾十頻率可達(dá)幾十MHzMHz，頻率穩(wěn)定度，頻率穩(wěn)定度可保證頻率偏向在數(shù)十可保證頻率偏向在數(shù)十HzHz以下。以下。 3 3、集成振蕩、集成振蕩/ /分頻集成電路分頻集成電路CD4060CD4060 CD4060CD4060是是CMOS14CMOS14位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)分頻器，任位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)分頻器，任務(wù)電壓范圍務(wù)電壓范圍

9、3-15V3-15V。 CD4060CD4060片內(nèi)集成了振蕩電路，在其外引腳上只需片內(nèi)集成了振蕩電路，在其外引腳上只需接一個(gè)晶振和兩個(gè)電容、一個(gè)電阻即可很容易地接一個(gè)晶振和兩個(gè)電容、一個(gè)電阻即可很容易地起振。起振。 右圖中右圖中Q4Q4、Q5Q5、Q14 Q14 分別對(duì)應(yīng)分別對(duì)應(yīng)于晶振頻率的于晶振頻率的2n2n分頻方波頻率輸出；分頻方波頻率輸出； Reset Reset為復(fù)位端，高電平復(fù)位，運(yùn)為復(fù)位端，高電平復(fù)位，運(yùn)用時(shí)接低電平；用時(shí)接低電平； Clock Clock與與OUT1OUT1是外部振蕩電路輸入是外部振蕩電路輸入端，端，OUT2OUT2為振蕩反向輸出端。為振蕩反向輸出端。CD406

10、0的外引腳圖。的外引腳圖。CD4060CD4060內(nèi)部構(gòu)造詳圖內(nèi)部構(gòu)造詳圖 從圖中可見，最大從圖中可見，最大214214分頻實(shí)踐上是經(jīng)過分頻實(shí)踐上是經(jīng)過1414位異位異步計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)的。步計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)的。CD4060CD4060內(nèi)部未將內(nèi)部未將2121、2222、2323分頻引出分頻引出CD4060CD4060構(gòu)成振蕩器典型電路構(gòu)成振蕩器典型電路 RC振蕩器振蕩器 晶體振蕩器晶體振蕩器從圖中可見從圖中可見CLOCKCLOCK、OUT1OUT1、OUT2OUT2的內(nèi)部銜接與外引腳關(guān)系的內(nèi)部銜接與外引腳關(guān)系 555555定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字- -模擬混合集成電模擬混

11、合集成電路，利用它能極方便地構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)路，利用它能極方便地構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。 由于運(yùn)用靈敏、方便，所以由于運(yùn)用靈敏、方便，所以555555定時(shí)器在波形的產(chǎn)定時(shí)器在波形的產(chǎn)生與變換、丈量與控制、家用電器、電子玩具等生與變換、丈量與控制、家用電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中都得到了運(yùn)用。許多領(lǐng)域中都得到了運(yùn)用。 4 4、555555定時(shí)器定時(shí)器1 1 用用555555定時(shí)器接成的施密特觸發(fā)器定時(shí)器接成的施密特觸發(fā)器 將將555555定時(shí)器的定時(shí)器的UI1UI1和和UI2 UI2 兩個(gè)輸入端連在一同兩個(gè)輸入端連在一同 2 2腳與腳與6 6腳作為腳

12、作為UIUI信號(hào)輸入端，即構(gòu)成施密特觸信號(hào)輸入端，即構(gòu)成施密特觸發(fā)器。發(fā)器。 電路的回差電壓為電路的回差電壓為 假設(shè)參考電壓由外接的電壓假設(shè)參考電壓由外接的電壓VCCVCC供應(yīng)，那么不難看供應(yīng)，那么不難看出這時(shí)：出這時(shí)： 經(jīng)過改動(dòng)經(jīng)過改動(dòng)VCOVCO值可以調(diào)理回差電壓的大小。值可以調(diào)理回差電壓的大小。13TTTCCVVVVTCOVV12TCOVV12TCOVV2 2用用555555定時(shí)器接成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時(shí)器接成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 假設(shè)以假設(shè)以555555定時(shí)器的定時(shí)器的UI2UI2端作為觸發(fā)信號(hào)的輸入端，端作為觸發(fā)信號(hào)的輸入端，并將由并將由TDTD和和R R組成的反相器輸出電壓組成的反相器輸出

13、電壓UCUC接至接至UI1UI1端，同端，同時(shí)在時(shí)在UI1UI1對(duì)地接入電容對(duì)地接入電容C C，就構(gòu)成了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。，就構(gòu)成了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。 電壓波形圖電壓波形圖 輸出脈沖的寬度輸出脈沖的寬度twtw等于暫穩(wěn)態(tài)的繼續(xù)時(shí)間，而暫等于暫穩(wěn)態(tài)的繼續(xù)時(shí)間，而暫穩(wěn)態(tài)的繼續(xù)時(shí)間取決于外接電阻穩(wěn)態(tài)的繼續(xù)時(shí)間取決于外接電阻R R和電容和電容C C的大小。的大小。由電壓波形圖可知，由電壓波形圖可知，twtw等于電容電壓在充電過程中等于電容電壓在充電過程中從從0 0上升到上升到 所需求的時(shí)間，因此得到：所需求的時(shí)間，因此得到：23CCV0ln23ln 31.1CCwCCCCVtRCVVRCRC 通常通常R的取值

14、在幾百歐姆到幾兆歐姆之間，電容的取值范的取值在幾百歐姆到幾兆歐姆之間，電容的取值范圍為幾百皮法到幾百微法，圍為幾百皮法到幾百微法，tw的范圍為幾微秒到幾分鐘。但必的范圍為幾微秒到幾分鐘。但必需留意，隨著需留意，隨著tw的寬度添加它的精度和穩(wěn)定度也將下降。的寬度添加它的精度和穩(wěn)定度也將下降。3 3用用555555定時(shí)器接成的多諧振蕩器定時(shí)器接成的多諧振蕩器 將555定時(shí)器的UI1和UI2連在一同接成施密特觸發(fā)器，然后再將UO經(jīng)RC積分電路接回輸入端就構(gòu)成了多諧振蕩器。 分析電路可知，電容上的電壓分析電路可知，電容上的電壓UCUC將在將在VT+VT+與與VT-VT-之間之間往復(fù)振蕩，往復(fù)振蕩，UC

15、UC和和UOUO的波形如下圖。的波形如下圖。 C 由由 的波形求得電容的波形求得電容C的充的充電時(shí)間電時(shí)間T1和放電時(shí)間和放電時(shí)間T2各為：各為：11212()ln()ln2CCTCCTVVTRR CVVRR C2220ln0ln 2TTVTR CVR C故電路的振蕩周期為：故電路的振蕩周期為：1212(2)ln2TTTRR C振蕩頻率為：振蕩頻率為： 1211(2)ln2fTRR C經(jīng)過改動(dòng)經(jīng)過改動(dòng)R R和和C C的參數(shù)即可改動(dòng)振蕩頻率。的參數(shù)即可改動(dòng)振蕩頻率。 輸出脈沖的占空比為：輸出脈沖的占空比為： 112122TRRqTRR四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 1、晶體振蕩器及分頻實(shí)驗(yàn)、晶體振蕩

16、器及分頻實(shí)驗(yàn) 在實(shí)驗(yàn)箱上完成以下圖電路銜接在實(shí)驗(yàn)箱上完成以下圖電路銜接 CD4060 CD4060外引腳圖外引腳圖 CD4060CD4060振蕩電路銜接圖振蕩電路銜接圖 測(cè)試內(nèi)容：測(cè)試內(nèi)容：1 1用示波器依次察看用示波器依次察看Q4Q4、Q5Q14Q5Q14輸出端輸出端波形，記錄周期，并計(jì)算出頻率；并畫出波形，記錄周期，并計(jì)算出頻率；并畫出Q4Q4、Q5Q5端波形端波形2 2用頻率計(jì)依次丈量用頻率計(jì)依次丈量Q4Q4、Q5Q14Q5Q14輸出信輸出信號(hào)的頻率，并與前面的計(jì)算值比較；號(hào)的頻率，并與前面的計(jì)算值比較；3 3Q14Q14輸出端所接的輸出端所接的D D觸發(fā)器構(gòu)成二分頻電觸發(fā)器構(gòu)成二分頻電

17、路，在其輸出接路，在其輸出接LEDLED，Q14Q14、Q13Q13分別接分別接2 2個(gè)個(gè)LEDLED，察看并定性記錄實(shí)驗(yàn)景象。，察看并定性記錄實(shí)驗(yàn)景象。4 4經(jīng)過計(jì)算，得出經(jīng)過計(jì)算，得出CD4060CD4060各輸出端實(shí)際上各輸出端實(shí)際上的輸出頻率，與前面的測(cè)試值列表比較。的輸出頻率，與前面的測(cè)試值列表比較。 留意：示波器在測(cè)留意：示波器在測(cè)試很低的頻率時(shí)，掃試很低的頻率時(shí)，掃描線呈閃爍狀，此時(shí)描線呈閃爍狀，此時(shí)估算周期即可。估算周期即可。 想想這是為什么？想想這是為什么？2 2、555555多諧振蕩器多諧振蕩器對(duì)照以下圖接線，輸出端對(duì)照以下圖接線，輸出端3 3接接LEDLED和示波和示波器

18、；器；接通電源，仔細(xì)調(diào)整接通電源，仔細(xì)調(diào)整47K47K電位器電位器RW RW ，使使555555起振，這時(shí)可看到起振，這時(shí)可看到LEDLED發(fā)光管閃發(fā)光管閃爍，調(diào)理爍，調(diào)理RWRW的值，可從示波器上觀測(cè)的值，可從示波器上觀測(cè)到脈沖波形的周期發(fā)生變化；到脈沖波形的周期發(fā)生變化；(3)(3)向兩個(gè)方向分別調(diào)理向兩個(gè)方向分別調(diào)理RWRW，在示波器上，在示波器上讀出使電路起振時(shí)所對(duì)應(yīng)的信號(hào)波形讀出使電路起振時(shí)所對(duì)應(yīng)的信號(hào)波形的最大周期與最小周期，并計(jì)算出此的最大周期與最小周期，并計(jì)算出此振蕩器所對(duì)應(yīng)的頻率。振蕩器所對(duì)應(yīng)的頻率。(4)(4)調(diào)理調(diào)理RWRW使占空比使占空比 為為50%,50%,記錄此時(shí)記

19、錄此時(shí) 的波形周期，計(jì)算的波形周期，計(jì)算 頻率。頻率。3 3、555555施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器對(duì)照以下圖接線。其中對(duì)照以下圖接線。其中555555的的2 2和和6 6腳接在腳接在一同，用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器提供一同，用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器提供Vp-pVp-p為為5V5V，頻率為，頻率為1KHz1KHz的三角波，的三角波，UIUI和和UOUO端端接雙蹤示波器。接雙蹤示波器。(2) (2) 接線無誤后，接通電源，在示波器接線無誤后，接通電源，在示波器的跟蹤下，將輸入三角波加適當(dāng)?shù)闹钡母櫹?，將輸入三角波加適當(dāng)?shù)闹绷髌剖蛊錇閱螛O性三角波；流偏移使其為單極性三角波； (3) (3) 調(diào)理調(diào)理RWRW，察看示

20、波器輸出波形的變，察看示波器輸出波形的變化。察看并畫出輸入、輸出波形的外化。察看并畫出輸入、輸出波形的外形。形。留意：由于函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出留意：由于函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出的三角波為雙極性的，而的三角波為雙極性的，而555555為為單電源供電，因此需求給輸出三單電源供電，因此需求給輸出三角波加直流偏移，使其恰好為單角波加直流偏移，使其恰好為單極性三角波，才干提供應(yīng)極性三角波，才干提供應(yīng)555555做做整形用，否那么回出現(xiàn)底部切頂整形用，否那么回出現(xiàn)底部切頂景象。景象。4 4、555555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(1) (1) 按以下圖接線，按以下圖接線，UIUI接接1KHz1KHz延續(xù)脈沖，延續(xù)脈沖，輸出輸出UOUO接示波器。接示波器。(2) (2) 調(diào)理調(diào)理10k10k電位器，在電位器的兩個(gè)電位器，在電位器的兩個(gè)臨界位置點(diǎn)，察看并畫出輸入、輸出臨界位置點(diǎn)，察看并