任駿原

(渤海大學 信息科學與技術學院, 遼寧 錦州 121000)

0 引 言

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是有一個穩(wěn)態(tài)、 一個暫穩(wěn)態(tài)輸出的邏輯器件[1-3], 是數(shù)字系統(tǒng)中的重要部件。555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是基于555定時器的一種單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路構成形式。

在555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的討論中, 一般認為觸發(fā)輸入信號有效使電路進入暫穩(wěn)態(tài), 在暫穩(wěn)態(tài)結束前輸入信號應返回無效電平, 即一次觸發(fā)工作過程中觸發(fā)輸入信號只變化一次。因此, 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只限于延時、 定時和整形等應用。

筆者通過對555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器觸發(fā)特性的分析得知, 電路的輸出信號uO對輸入信號uI有分頻作用, 從而擴展了應用方向。

1 555定時器及555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

表1 555定時器功能表

555定時器構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的一般電路組成如圖1所示。其中uI為輸入觸發(fā)信號, 低電平有效, 即uI≤VCC/3有效,uO為輸出信號,R為定時電阻,C為定時電容。

暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間tW的長短取決于電路內(nèi)部參數(shù), 計算公式為[1-3]

tW=1.1RC

(1)

在傳統(tǒng)的討論中, 認為在一次觸發(fā)工作過程中, 輸入觸發(fā)信號uI≤VCC/3時, 電路進入暫穩(wěn)態(tài), 在暫穩(wěn)態(tài)結束前輸入觸發(fā)信號返回大于VCC/3高電平； 在暫穩(wěn)態(tài)期間, DISC端截止, 定時電容C被充電, 兩端的電壓uC上升到2VCC/3時暫穩(wěn)態(tài)結束, 定時電容C放電恢復到穩(wěn)態(tài)。時序工作波形如圖2所示[1,2]。

圖1 555定時器構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的一般電路組成 圖2 555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器時序工作波形

2 555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器觸發(fā)特性分析

由555定時器的功能表可知, 電路進入暫穩(wěn)態(tài)的觸發(fā)條件為, 輸入觸發(fā)信號uI≤VCC/3； 暫穩(wěn)態(tài)結束條件為, 暫穩(wěn)態(tài)期間電容C充電uC↑=2VCC/3, 輸入觸發(fā)信號uI>VCC/3。

圖3 555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的觸發(fā)特性

結合555定時器的功能表, 若在暫穩(wěn)態(tài)期間uI≤VCC/3低電平、uI>VCC/3高電平周期性變化, 555定時器DISC端截止狀態(tài)不變, 電容C在暫穩(wěn)態(tài)期間仍被充電, 暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間tW符合式(1)條件, 電路仍可正常工作[3,4]。暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間tW和輸入觸發(fā)信號的周期T的關系可表述為

(n-1)T

(2)

其中n為輸入觸發(fā)信號的個數(shù)。555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的觸發(fā)時序特性如圖3所示。

圖3表明, 555定時器構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā), 不可重復觸發(fā), 輸出信號uO對輸入信號uI有n分頻作用,n取值不同, 可實現(xiàn)1分頻,2分頻,3分頻,……, 而傳統(tǒng)的二進制計數(shù)器只能進行2i(i=1,2,3,…)分頻。

3 555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器分頻作用的Multisim仿真

在仿真軟件Multisim10中構建圖1所示555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的仿真電路[5-8], 輸入觸發(fā)信號uI選擇Multisim10中時鐘電壓源, 設定參數(shù)使其幅度為5 V、 頻率為f=1 kHz、 周期T=1 ms； 用Multisim10中四蹤示波器顯示輸入觸發(fā)信號uI、 輸出信號uO及定時電容兩端電壓uC的波形。

當選取定時電阻R=500 kΩ、 定時電容C=0.01 μF時, 暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間tW=1.1RC=5.5 ms, 5T

圖4 Multisim10仿真波形

圖4波形中輸出信號的頻率為輸入信號頻率的1/6, 即實現(xiàn)輸出信號對輸入信號的6分頻。

4 結 語

通過555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的觸發(fā)特性分析, 全面、 定量地描述了電路的工作過程, 發(fā)現(xiàn)新的應用方向, 將有利于系統(tǒng)地研究電路的構成及設計。

參考文獻：

[1]閻石. 數(shù)字電子技術基礎 [M]. 北京： 高等教育出版社, 1998.

YAN Shi. Fundamentals of Digital Electronics [M]. Beijing: Higher Education Press, 1998.

[2]余孟嘗. 數(shù)字電子技術基礎簡明教程(第三版) [M]. 北京： 高等教育出版社, 2006.

YU Meng-chang. Fundamentals of Digital Electronics Technology [M]. Beijing: Higher Education Press, 2006.

[3]任駿原. 數(shù)字電子技術基礎 [M]. 北京： 清華大學出版社, 2012.

REN Jun-yuan. Fundamentals of Digital Electronic Technology [M]. Beijing: Tsinghua University Press, 2012.

[4]任駿原. 基于狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖的555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器設計方法 [J]. 浙江大學學報: 理學版, 2011, 38(2)： 177-181.

REN Jun-yuan. Design of 555 Monostable Flip-flop Based on State Diagram [J]. Journal of Zhejiang University: Science Edition, 2011, 38(2)： 177-181.

[5]任駿原. 用邏輯函數(shù)修改技術設計N進制同步計數(shù)器 [J]. 吉林大學學報: 信息科學版, 2012, 30(2)： 180-184.

REN Jun-yuan. Designing of Module-NSynchronous Counters Based on Logic Function Modification Technique [J]. Journal of Jilin University: Information Science Edition, 2012, 30(2)： 180-184.

[6]任駿原. 用Multisim仿真軟件分析觸發(fā)器的狀態(tài)變化過程 [J]. 實驗科學與技術, 2011, 9(1)： 53-56.

REN Jun-yuan. The State Transition Analyzing of Flip-Flop by Multisim [J]. Experiment Science & Technology, 2011, 9(1)： 53-56.

[7]任駿原. 74LS161異步置零法構成任意進制計數(shù)器的Multisim仿真 [J]. 電子設計工程, 2011, 19(14): 135-137.

REN Jun-yuan. Multisim Simulation for Modulo-NCounter Composed by 74LS161 with Asynchronous Reset Method [J]. Electronic Design Engineering, 2011, 19(14): 135-137.

[8]任駿原. 數(shù)字電子技術實驗教學模式的改革與實踐 [J]. 渤海大學學報: 自然科學版, 2010, 31(2): l65-167.

REN Jun-yuan. The Reformation and Practice of Digital Electronics Practice Teaching Mode [J]. Journal of Bohai University: Natural Science Edition, 2010, 31(2): 165-167.