基于EDA技術(shù)的555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器設(shè)計(jì)與仿真

當(dāng)前電子線路已大量采用計(jì)算機(jī)輔助仿真設(shè)計(jì)，尤其是電子設(shè)計(jì)EDA仿真技術(shù)。EDA仿真軟件中Electronics Workbench仿真設(shè)計(jì)分析軟件是計(jì)算機(jī)數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)模擬和仿真的軟件包，是實(shí)用的電子電路在線仿真工具，可加快產(chǎn)品的開發(fā)速度，提高工作效率。這里介紹一種基于EDA技術(shù)的555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器設(shè)計(jì)與仿真。

　　2 電路設(shè)計(jì)原理

　　2．1 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器概述

　　電路中只有一種穩(wěn)定工作狀態(tài)的觸發(fā)器叫做單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，其特點(diǎn)：在無外加觸發(fā)信號作用時，電路處于一種穩(wěn)定工作狀態(tài)，稱為穩(wěn)態(tài)；當(dāng)輸入端有外加觸發(fā)脈沖信號的上升沿或下降沿(由電路而定)作用時，輸出狀態(tài)立即發(fā)生跳變。電路進(jìn)入暫時穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，稱為暫穩(wěn)態(tài)。電路自動恢復(fù)原先的穩(wěn)態(tài)，其暫穩(wěn)態(tài)時間與電路閾值電壓及外接R、C參數(shù)有關(guān)。按電路結(jié)構(gòu)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可分為微分型和積分型兩種。前者適用于窄脈沖觸發(fā)，后者適用于寬脈沖觸發(fā)。無論哪種電路結(jié)構(gòu)，其單穩(wěn)態(tài)的產(chǎn)生都源于電容的充放電原理。圖1為用555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路。

　　2．2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路的工作原理

　　用555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，圖2為其波形圖。圖中，t0～t1為穩(wěn)態(tài)，t1～t3為暫穩(wěn)態(tài)，t3時刻恢復(fù)穩(wěn)態(tài)。

　　由上述可知，555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)電路由輸入脈沖信號的下降沿觸發(fā)，使其輸出狀態(tài)產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)，另外，在暫穩(wěn)態(tài)過程結(jié)束前，u1必須恢復(fù)為1，否則電路內(nèi)的RS觸發(fā)器為不確定狀態(tài)，輸出不能維持0狀態(tài)。因此這種單穩(wěn)態(tài)電路只能用負(fù)窄脈沖觸發(fā)。如果輸入脈寬大于輸出脈寬，則輸入端可加RC微分電路，使輸入脈寬變窄。

　　2．3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路輸出脈沖寬度的計(jì)算

　　輸出u0的脈沖寬度tW也就是暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間，可根據(jù)uC的波形計(jì)算。根據(jù)RC電路瞬態(tài)過程的分析，可得到：

　　這種電路產(chǎn)生的脈沖寬度可以從幾微秒到數(shù)分鐘。可通過改變R、C元件參數(shù)調(diào)節(jié)脈沖寬度，精度可達(dá)0．1％。綜上所述，用555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是負(fù)脈沖觸發(fā)形式，且暫穩(wěn)態(tài)維持時間為TW=lnRC≈1．1RC，僅與電路本身的參數(shù)R、C有關(guān)。

　　3 采用EWB對電路設(shè)計(jì)過程仿真

　　3．1 計(jì)算機(jī)輔助分析與設(shè)計(jì)

　　計(jì)算機(jī)輔助分析與設(shè)計(jì)主要依靠計(jì)算機(jī)模擬軟件，其主要設(shè)計(jì)過程如圖3所示。

　　3．2 仿真單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實(shí)驗(yàn)電路

　　圖4為仿真單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實(shí)驗(yàn)電路，圖5為示波器輸出波形。在圖4的電阻、電容取值下，移動示波器的1、2兩個游標(biāo)測得暫穩(wěn)態(tài)的維持時間為550．702 1μs，利用公式計(jì)算：TW=1．1RC=550μs，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果基本一致。

　　555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是負(fù)脈沖觸發(fā)形式，穩(wěn)態(tài)時輸出為低電平，暫穩(wěn)態(tài)時輸出為高電平，且其在暫穩(wěn)態(tài)維持時間僅與電路本身的參數(shù)R、C有關(guān)，與外界觸發(fā)脈沖的幅值和寬度無關(guān)。

　　4 結(jié)束語

　　運(yùn)用EDA技術(shù)對555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真研究，極大方便了電路設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)效率和準(zhǔn)確性。 EWB作為EDA軟件，功能強(qiáng)大，可視化界面清晰，且易學(xué)易用，可作為高校電路實(shí)驗(yàn)和綜合電路設(shè)計(jì)等配套軟件，在該實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，設(shè)計(jì)者不僅可精確地進(jìn)行電路分析，深入理解電子電路原理，同時也可設(shè)計(jì)電路與系統(tǒng)，有利于培養(yǎng)設(shè)計(jì)者的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。實(shí)踐證明運(yùn)用EDA技術(shù)對555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)行設(shè)計(jì)與仿真的研究方案可行，該實(shí)驗(yàn)可節(jié)省大量時間且易于改正錯誤，降低設(shè)計(jì)成本，也使實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果更加形象化。