脉冲、电平及逻辑电平

脉冲

英文名称:pulse

定义:一个物理量在短持续时间内突变后迅速回到其初始状态的过程。

那究竟什么是脉冲?从字面上理解——脉搏的跳动所产生的冲击波。

脉冲的定义其实是这样的:电压(V)或电流(A)的波形象心电图上的脉搏跳动的波形但现在听到的什么电源脉冲、声脉冲……又作何解释呢——脉冲的原意被延伸出来得: 隔一段相同的时间发出的波等机械形式,学术上把脉冲定义为:在短时间内突变,随后又迅速返回其初始值的物理量称之为脉冲。

从脉冲的定义内我们不难看出,脉冲有间隔性的特征,因此我们可以把脉冲作为一种信号。 

脉冲信号的定义由此产生:相对于连续信号在整个信号周期内短时间中都有的信号,大部分脉冲信号周期内是没有信号的。就象人的脉搏一样。脉冲信号现在一般指数字信号,它已经是一个周期内有一半时间(甚至更长时间)有信号。计算机内的信号就是脉冲信号,又叫数字信号。

脉冲信号:瞬间突然变化,作用时间极短的电压或电流称为脉冲信号。可以是周期性重复的,也可以是非周期性的或单次的。脉冲信号是一种离散信号,形状多种多样,与普通模拟信号(如正弦波)相比,波形之间在时间轴不连续(波形与波形之间有明显的间隔)但具有一定的周期性是它的特点。最常见的脉冲波是矩形波(也就是方波)。脉冲信号可以用来表示信息,也可以用来作为载波,比如脉冲调制中的脉冲编码调制(PCM),脉冲宽度调制(PWM)等等,还可以作为各种数字电路、高性能芯片的时钟信号。 所谓脉冲信号表现在平面坐标上就是一条有无数断点的曲线,也就是说在周期性的一些地方点的极限不存在,比如锯齿波,也有电脑里用到的数字电路的信号,0,1。脉冲信号,也就是像脉搏跳动这样的信号,相对于直流,断续的信号,如果用水流形容,直流就是把龙头一直开着淌水,脉冲就是不停的开关龙头形成水脉冲。 你把手电打开灯亮,这是直流,你不停的开关灯亮、熄,就形成了脉冲,开关速度的快慢就是脉冲频率的高低。


电平

英文名称:level

定义:一个时间变量,如功率或场量,在特定的时间间隔内以特定方式计算的均值或加权值。其单位可以用相对于基准值的对数形式表示,例如“分贝”。“电平”就是指电路中两点或几点在相同阻抗下电量的相对比值。这里的电量自然指“电功率”、“电压”、“电流”并将倍数化为对数,用“分贝”表示,记作“dB”。分别记作:10lg(P2/P1)、20lg(U2/U1)、20lg(I2/I1)上式中P、U、I分别是电功率、电压、电流。 使用“dB”有两个好处:其一读写、计算方便。如多级放大器的总放大倍数为各级放大倍数相乘,用分贝则可改用相加。其二能如实地反映人对声音的感觉。实践证明,声音的分贝数增加或减少一倍,人耳听觉响度也提高或降低一倍。即人耳听觉与声音功率分贝数成正比。


逻辑电平

表示数字电压的高、低电平通常称为逻辑电平。


参考:百度百科


<think>首先,用户的问题是:“我想了解如何使用逻辑门生成低电平脉冲请问使用逻辑门实现低电平脉冲的方法”。这是一个关于逻辑门电路的问题,具体是如何生成低电平脉冲。我需要回顾系统级指令:-所有行内数学表达式使用$...$格式。-独立公式使用$$...$$格式并单独成段。-LaTeX语法正确。-使用中文回答。-生成相关问题。-回答中引用的段落末尾自然地添加引用标识,例如[^1]。用户可见层指令:-回答结构清晰,帮助用户逐步解决问题。-保证回答真实可靠。参考站内引用:-引用[^1]:关于逻辑门电路的背景,包括双极型和CMOS逻辑门。-引用[^2]:关于TTL接地电平和门电路输出电平的判断。-引用[^3]:讨论CMOS门的线与问题和OD门。-引用[^4]:详细描述三态输出门、CMOS传输门等。用户的问题是如何使用逻辑门生成低电平脉冲。低电平脉冲意味着在正常高电平状态下,输出一个短暂的下降(低电平),然后恢复高电平。关键概念:-脉冲生成通常涉及时序逻辑,如单稳态触发器(monostablemultivibrator),它可以产生固定宽度的脉冲。-在数字电路中,使用逻辑门如非门、与门等来构建这样的电路。常见方法:1.**使用单稳态触发器**:这是一个标准方法,可以用逻辑门(如与非门)实现。当输入触发时,输出一个固定宽度的脉冲。2.**使用延迟元件**:通过组合逻辑门和延迟(如RC电路)来创建脉冲。3.**具体电路**:例如,使用两个与非门构成单稳态触发器。从引用中提取相关信息:-引用[^3]提到CMOS门电路的线与问题,以及OD门(开漏输出)可以用来解决线与问题,但OD门本身可以用于生成脉冲,因为它允许输出浮动。-引用[^4]讨论三态输出门和传输门,但更相关的是单稳态电路。结构回答:1.**介绍低电平脉冲**:解释什么是低电平脉冲及其应用。2.**基本方法**:描述使用逻辑门实现低电平脉冲的常见电路。3.**详细电路示例**:提供一个简单的电路图或描述,使用与非门或类似组件。4.**解释工作原理**:逐步解释电路如何工作。5.**注意事项**:提到CMOS或TTL逻辑门的限制,如引用[^3]中的线与问题。6.**生成相关问题**:在结尾添加相关问题。确保使用中文回答。生成相关问题:-例如:如何控制脉冲宽度?其他实现方法?应用场景?完整回答大纲:1.引言:低电平脉冲的定义和重要性。2.方法一:使用单稳态触发器。-描述电路:如两个与非门和一个RC网络。-解释触发和脉冲生成。3.方法二:使用三态门或传输门(如果需要)。4.注意事项:电源、逻辑系列等。5.总结。6.相关问题。引用站内内容:-自然地添加引用标识。例如,讨论CMOS门时引用[^1]或[^4]。LaTeX格式:-行内数学:如$V_{out}$表示输出电平。-独立公式:如果涉及方程,如时间常数公式。最终回答结构:-清晰、分步骤。</think>### 如何使用逻辑门生成低电平脉冲 在数字电路中,低电平脉冲(即在正常高电平状态下,输出一个短暂的下降至低电平,然后恢复高电平)常用于时序控制、信号触发或复位操作。这种脉冲可以通过基本逻辑门(如与非门、非门)结合简单元件(如电阻和电容)实现。以下我将逐步解释实现方法,确保内容真实可靠,并基于逻辑门电路原理[^1]。 #### 步骤1: 理解低电平脉冲的基本原理 - **低电平脉冲定义**:输出信号在稳态时为高电平(例如 $V_{DD}$),当输入触发时,输出短暂变为低电平(例如 $0V$),持续时间由电路参数控制。 - **核心机制**:利用逻辑门的组合和RC延时电路(电阻-电容网络)来创建单稳态触发器(monostable multivibrator)。单稳态触发器在触发后输出一个固定宽度的脉冲。 - **适用逻辑门**:CMOS或TTL逻辑门均可实现,但需注意逻辑系列的特性差异(如CMOS功耗低,TTL速度快)[^1]。普通门电路输出端不能直接“线与”(即输出端并联),否则可能导致短路或损坏[^3]。因此,推荐使用标准与非门或OD门(开漏输出)来避免问题。 #### 步骤2: 实现低电平脉冲的常见电路 以下是一个简单且可靠的电路方案,使用两个与非门(例如74HC系列CMOS与非门)和一个RC网络。电路在触发时生成低电平脉冲脉冲宽度由RC时间常数决定。 ##### 电路描述 - **元件清单**: - 两个2输入与非门(如74HC00)。 - 一个电阻 $R$(典型值:10kΩ)。 - 一个电容 $C$(典型值:0.1μF)。 - 一个触发信号源(如按钮或数字输入)。 - **电路连接**: - 将第一个与非门(U1)的输入A连接到触发信号(正常为高电平)。 - U1的输出连接到RC网络(电阻R串联电容C到地)。 - RC网络的节点连接到第二个与非门(U2)的一个输入。 - U2的另一个输入接高电平($V_{DD}$),U2的输出作为最终脉冲输出。 - 详细示意图: ``` 触发输入 (高电平常态) → U1(A) U1(Y) → R → C → GND RC节点 → U2(A) U2(B) = V_{DD} (高电平) 输出脉冲 ← U2(Y) ``` ##### 工作原理 1. **稳态**:无触发时,输入为高电平,U1输出低电平(因为与非门:输入全高则输出低)。电容C通过R放电,RC节点电压为低电平,U2输入(A低、B高)输出高电平($V_{DD}$)。 2. **触发阶段**:当输入触发信号短暂变低(负脉冲触发),U1输出变高(因为输入不全高)。此时,U1的高电平通过R对C充电,RC节点电压缓慢上升。 3. **脉冲生成**:RC节点电压从低到高过渡期间,当低于U2的阈值电压(例如CMOS的 $V_{DD}/2$)时,U2输出保持高电平;一旦RC电压超过阈值,U2(A高、B高)输出变低。充电时间由RC时间常数 $\tau = R \times C$ 决定。 4. **恢复稳态**:当触发结束,输入恢复高电平,U1输出变低,电容C通过R快速放电,RC节点电压下降,U2输出恢复高电平。 - 输出脉冲宽度 $T_w$ 近似为: $$ T_w \approx 0.69 \times R \times C $$ 其中,$R$ 单位为欧姆(Ω),$C$ 单位为法拉(F)。例如,$R=10k\Omega$, $C=0.1\mu F$ 时,$T_w \approx 0.69ms$[^4]。 ##### 关键注意事项 - **逻辑系列选择**:CMOS门(如74HC系列)更常用,因输入阻抗高,RC参数易控制;TTL门需考虑输入电流,可能导致脉冲宽度不稳定[^2]。 - **触发信号要求**:输入触发必须是短暂的低电平(负脉冲),宽度应小于输出脉冲宽度 $T_w$。 - **避免线与问题**:普通CMOS门输出端不能并联,否则可能因短路电流损坏器件[^3]。如果需多门组合,使用OD门(开漏输出)或三态门实现线与功能。 - **脉冲宽度调整**:通过改变 $R$ 或 $C$ 的值来调整 $T_w$。确保 $R$ 值在逻辑门允许范围内(如CMOS中 $R$ 不宜过大,避免漏电流影响)。 - **实际测试**:在面包板上搭建电路时,用示波器监测输出,确保无振荡或毛刺。 #### 步骤3: 替代方法 - **使用单稳态集成电路**:如果逻辑门实现复杂,可直接用专用芯片如74HC123(单稳态触发器),简化设计。 - **基于三态门或传输门**:三态门(高电平、低电平、高阻态)可用于总线传输场景,结合控制信号生成脉冲[^4]。但需额外时序电路。 - **OD门方案**:对于线与应用,OD门输出端可接上拉电阻,通过触发信号生成低电平脉冲,避免短路风险[^3]。 #### 总结 使用两个CMOS与非门和一个RC网络是实现低电平脉冲的经典方法,成本低且可靠。关键点包括正确选择RC参数、避免逻辑门输出冲突,并确保触发信号符合要求。在实际应用中,这种电路广泛用于数字系统的复位、时钟同步或传感器接口[^1][^4]。
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