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项目2 数字钟的设计与制作 任务6 秒脉冲发生器的制作——认识脉冲信号的产生与变 换电路 6.1 必备知识 6.1.1 多谐振荡器 6.1.2 555定时器构成的多谐振荡器 6.1.3 石英晶体多谐振荡器 一、脉冲信号 所谓脉冲信号，就是在瞬间突然变化、作用时间极短的电压或电流。它可能是周期性的，也可能是非周期性或单次的脉冲。 脉冲波形多种多样，一般包括矩形脉冲、锯齿波、尖脉冲、阶梯波、梯形波、方波和断续正弦波等，如图6.1.1所示。 图6.1.1 常见的脉冲波形 二、主要参数 实际的矩形脉冲并无理想跳变，顶部也不平坦，如图6.1.2所示。通常用以下参数来描述。 （1）脉冲幅度Um ： 脉冲电压变化的最大值。 （2）脉冲上升时间（前沿）tr ： 脉冲波形从0.1Um上升到0.9Um所需的时间。 （3）脉冲下降时间（后沿）tf ： 脉冲波形从0.9Um下降到0.1Um所需的时间。 （4）脉冲宽度tw： 从脉冲前沿到达0.5Um起，到脉冲后沿到达0.5Um为止的时间。 （5）脉冲周期T： 对重复性脉冲信号，相邻两个脉冲波形上对应点之间的时间间隔。 （6）脉冲频率f： 单位时间内脉冲出现的次数。 （7）占空比q： 脉冲宽度与脉冲周期的比值。即 三、脉冲波形的产生 一种是利用振荡器电路直接产生所需要的矩形脉冲，这种方式不需要外加触发信号，只需要电路的电源，这种电路称为多谐振荡电路。 另一种则是通过各种整形电路，把已有的周期性变化波形变换为符合要求的矩形脉冲，电路自身不能产生脉冲信号。 在数字电路中经常需要一种电路，不需外加触发信号就能产生具有一定频率和幅度的矩形脉冲，我们称这种电路为多谐振荡器，它常常用作脉冲信号源。 多谐振荡器没有稳态，只具有两个暂稳态，在自身因素的作用下，电路在两个暂稳态之间来回转换。 一、由门电路构成的多谐振器 1.对称式多谐振荡器 (1) 电路结构 (2) 工作原理 (3) 振荡周期 2. 带RC电路的环形振荡器 图6.1.3所示是带RC环形振荡器的电路结构图，uo为波形输出端，R为限流电阻，一般取100Ω，电位器Rw要求≤1KΩ。电路利用电容C的充放电来控制P点电压VP，从而控制与非门的开启，形成多谐振荡。 3. 石英晶体多谐振荡器 （1）石英晶体的选频特性 当振荡信号的频率和石英晶体的固有谐振频率f0相同时，石英晶体呈现很低的阻抗，信号很容易通过，而其它频率的信号则被衰减掉。图6.1.4所示为石英晶体的阻抗频率特性曲线和逻辑符号。 （2）石英晶体构成多谐振荡器 集成555定时器 一、概述 555定时器（又称时基电路）是一个模拟与数字混合型的集成电路。图6.2.1所示为555定时器的管脚排列图。 二、电路结构 图6.2.2是国产双极型定时器CB555的电路结构图，它由比较器C1和C2、基本RS触发器、集电极开路三极管T三部分组成。 三、工作原理 工作原理可由CB555定时器的逻辑功能表6.2.1描述。 555定时器构成的多谐振荡器 1. 电路结构 若将图6.2.2所示555定时器的端TR（2脚）和端TH（6脚）相连接，并作为触发信号的输入端，并将T管的DIS放电端（7脚）经电阻R1接至电源，同时端对地接入电容C，这就构成了如图6.2.3（a）所示的多谐振荡器，其工作波形如图6.2.3（b）所示。 2. 工作原理 （1）第一暂稳态 接通电源后，VCC经电阻R1、R2对电容C充电，当电容上的电压uc按指数规律上升到时，输出端uo翻转为低电平。同时，放电管T饱和导通，电容C经R2对DIS端放电。电路进入第一暂稳态。 （2）第二暂稳态 在电容C放电过程中，uc随之下降。当下降到1/3VCC时，输出uo由低电平翻转到高电平，放电管T截止，电路进入第二暂稳态。 （3）返回第一暂稳态 电路进入第二暂稳态后，放电管T处于截止状态。电源VCC又经电阻R1、 R2对电容C充电。当电容上的电压uc充到2/3VCC时，输出由高电平翻转到低电平，电路返回到第一暂稳态。 此后电路交替进行充、放电，使两个暂稳态相互交替，从而输出周期性的矩形脉冲。 3. 振荡周期和频率的估算 多谐振荡器的振荡周期T、频率f和占空比q可用下式估算 三、多谐振荡器的应用 图6.2.4是简易温控报警电路。利用555构成多谐振荡器电路控制音频振荡，用扬声器发声报警，可用于火警或热水温度报警，电路简单、调试方便。 6.1.2 石英晶体多谐振荡器 * * 6.1必备知识 图6.1.2 脉冲波形的参数 6.1必备知识 6.1必备知识 6.1必备知识 6.1必备知识 6.1.1 多谐振荡器