单稳态电路

二、单稳态电路
单稳态电路只有一个稳定状态。

在外界触发脉冲的作用下，电路从稳态翻转到暂态，在暂态维持一段时间之后，又返回稳态，并在输出端产生一个矩形脉冲。

1、单稳态的电路组成
它是由CC7555定时电路构成，电路图为：如图（1）所示
它的工作特点：
电路只有一个稳定状态；
当外界触发脉冲来后，电路从稳态翻转到暂态，并在暂态停留一段时间，而且在输出端产生一个宽度为
T W的矩形脉冲。

它的应用：
在数字系统中，单稳态电路常用于整形。

即：把不规则的波形转换成宽度、幅度相同的波形。

例1.怎样改变输出脉冲的宽度(即延迟时间)呢？
答：有三种方法1.改变电阻R；2.改变电容C；3.改变控制电压端的接法。

例2.如图(1)所示:改变控制电压端(引脚5)的电压值,可改变( ) 答案为：D A.输出电压的高低电平 B.输出电压的周期
C.对输出波形无影响
D.输出电压的脉冲的宽度
第21章单稳态触发器
内容提要：单稳态触发器是一种重要的时序数字电路，本章介绍单稳态触发器的电路构成、工作原理、特性和典型应用。

21.1 单稳态触发器
21.1.1 概述
单稳态触发器也是一种重要的时序逻辑电路，它和双稳态触发器不同，只有一个稳定状态，另一个是暂稳态，经过一段延迟时间后，将自动返回稳定状态。

这个延迟时间一般称为暂稳态时间，是由电路中有关的电阻电容时间常数确定
的。

单稳态触发器进入暂稳态要靠触发脉冲的触发才行，有的单稳态触发器是由触发脉冲的上升沿触发翻转的；有的单稳态触发器是靠触发脉冲的下降沿触发翻转的。

在触发方式是单稳态触发器和双稳态触发器的异同见图21-1-1。

双稳输出
单稳输出
触发触发暂稳时间
图21-1-1 单稳态和双稳态触发器触发方式的异同
21.1.2 集成单稳态触发器
21.1.2.1 集成单稳态触发器简介
产品集成单稳态触发器的型号有许多，如74121、74LS122、74LS123、CC4098、CC4538、CC14528、CC14538等，现以74LS122为例加以说明。

74LS122是双单稳态触发器，它的功能表见表21-1，逻辑符号见图21-1-2。

表和图中的d R 是直接清“0”端，2121B B A A 、和、是触发输入端，其中21A A 、是低电平信号触发端，21B B 和是高电平信号触发端，Q Q 和是输出端，R int 和C int 是外接定时电阻和定时电容的接入端。

表21-1 功能表
Q ↑d R 1A 2A 1B 2B Q ⨯H L ⨯⨯H H H H H H ↑
⨯⨯⨯⨯L H H H ⨯⨯L H L H L H
⨯⨯⨯⨯⨯⨯L L L ⨯H ↑L ⨯H ↑L ⨯
H ↑L ⨯H ↑H H H H H H H H H H
H L ⨯
↓↓↓↓H ⨯L
ext
ext /C R ext C int R d
R 2B 1
B 2A 1A ext
ext /C R ext C int R d
R 2B 1B 2A 1A
图21-1-2 74LS122的逻辑图 图21-1-3 不可重触发单稳态
当d R =0时，单稳态触发器清零，Q =0。

功能表中的符号↑和↓表示触发信号的触发边沿，2121B B A A 、和、都可以做触发输入端使用，d R 除了做清零端使用
外，也可以做触发端使用，见功能表的最后二行。

功能表中的符号表示单稳工作状态。

图21-1-2逻辑符号内部有符号，它代表内部的触发信号是上升边沿动作。

21A A 、是下降沿触发有效，21B B 和是上升沿触发有效。

所以，2121B B A A 、和、中
如果没有触发边沿，单稳态触发器的状态不会改变，见功能表的第二、三、四行。

21A A 、之间是或的关系，其中只要有一个有触发沿↓即可触发单稳态，当21A A 、之
中有↓时，其他触发端和、21B B d R 必须是高电平。

它们的关系在图21-1-2的逻辑符号中看的的比较清楚，触发信号的传递关系是d 2121)(R B B A A +。

所以21A A 、中的触发沿↓经或门变为↑，由于和、21B B d R 是高电平，这个触发沿可以通过与门对单稳态触发器进行触发。

21B B 和中有↑触发边沿时，21A A 、中至少有一个是低电平，经过或门后变为
高电平和21B B 和相与，才不至于影响21B B 和的↑触发边沿。

逻辑符号中的RI 、CX 、RX/CX 是外接定时元件的接入端，逻辑符号外部引线上有符号⨯，表示这个引线上的信号是模拟信号。

CX 、RX/CX 之间可以外接定时电容器C ext 。

RI 内部有一个定时电阻，可以使用这个定时电阻（不同型号这个电阻不同，74LS122大约为10k Ω），也可以不使用这个电阻，这时需要在RX/CX 与V CC 之间外加定时电阻。

由于外加定时电阻比内部的定时电阻更准确一些，所以可以获得比较准确的定时精度。

目前使用的集成单稳态触发器，在触发方式上分为可重触发和不可重触发两类，图21-1-2是可重触发型，图21-2-3是不可重触发型，它的逻辑符号只是在的左面加一个1。

不可重触发型单稳态触发器在一次触发信号作用后，电路进入暂稳态，在暂稳态没有结束之前，再来的触发信号不起作用。

对于可重触发型单稳态，当电路的暂稳态还没有结束之前，再来一次触发信号作用后，电路将对
这个新的触发信号进行响
应，还要再延迟一个暂稳态时间，电路才能返回稳态。

相位差测量方法的研究与应用
缪晓中，杜伟略
（无锡职业技术学院电子工程系，江苏 无锡214041）
摘 要：介绍一种用软件测量信号频率和相位差的方法，并提出对周期T 和时间差ΔT 扩展，进一步提高测量精度的方案。

关键词：频率；相位差；单片机
Research and Application of Phase Measurement
MIAOXiao －zhong ，DUWei －lue
（Departmentof Electronics Engineering ，WuxiInstitute of Technology ，Wuxi214041，
China ）
Abstract：According to the principle of indirect frequency measurement，the m ethod of testing frequency and phase of signals by software is presented．Toimpro ve accuracy of phase，the expansion of TandΔT is proposed．
Key words：frequency；phase；microprocessor
1 硬件设计
1．1 频率的测量
对频率的测量可采用先测周期T，然后通过公式f=1/T计算获得频率，即间接测量的方法。

采用该方法的原因是：根据测频的误差分析，在f较低的场合，f越低，则T越大，计数器计得数N也越大，±1误差对测量结果的影响将减小。

如图1所示，被测信号（正弦）TX从B端输入，经脉冲形成电路后变成方波，加至门控电路。

在此期间，石英晶体振荡器产生的时标脉冲通过主门，用计数器计脉冲个数。

实质上以比较法为基础，将被测信号与时标信号的周期相比，通过计数器计数并以数字的形式显示出来。

受单片机内部时钟频率的限制，本文中的时标脉冲由外部石英晶体振荡器产生，而不采用单片机内部时钟。

这样可以将精度提高一个数量级以上。

1．2 本文T和ΔT的测量原理
1．2．1 ΔT的实现过程
两个频率相同而相位不同的正弦信号V
i1＝Asinωt和V
i2
＝Asinω（t＋ΔT），
其波形如图3所示。

这两个信号分别送入同相比较器U
1B 和U
1A
（如图2），与零
电位比较，经整形后得到矩形脉冲V
1和V
2。

其中V1送入D触发器U
2A
的CLK时钟
端，于是得到图3中Q
1波形。

同理，V
2
送入D触发器U
3A
的CLK时钟端，得到Q2
和波形。

最后将Q1和送入与门U4A进行Q
*相与，得到时间差脉冲ΔT，
1
ΔT与相位差ΔΦ相对应（ΔΦ＝ωΔT）。

1．2．2 T的实现过程
测周期的方法是在一个被测信号的周期内，记录定时脉冲的个数。

用单片机89C52实现该法的关键是：准确检测出周期信号，并用该信号控制内部计数器T
0累计基准脉冲个数。

图2中，由U
2A 、U
2B
两个D触发器组成周期T测量电路，
在单片机P1．6、P2．4控制下完成周期信号检测。

当P2．4＝0时，触发器U
2 A
（对应Q
1）和U
2B
（对应Q
3
）清零，即Q
1
＝Q
3
＝0，如图4所示。

当P2．4由0→1
后，在被测信号V1上升沿时U2A翻转（Q
1＝1），此时Q
3
仍为0。

当被测信号V
1
第二次0→1时，U
2 A 再次翻转（Q
1
＝0），同时U
2B
也翻转（Q
3
＝1）。

单片机查询
到P1．6＝1时，让P2．4＝0，完成一次周期的检测。

其波形如图4所示。

1．2．3 ΔT的测量精度及f测量范围
当送入计数器的计数脉冲频率为10MHz时，若用0．1°来标度其相位差，即测量ΔΦ精度要求达到0．1°，则：在半个周期内（ΔΦ＝180°）必须要有f＝10MHz的计数脉冲1800个，
同理：当要求精度为1°时，fmax＝27kHz。

在硬件设计时，考虑到单片机内部计数器位数限制（最高为16位，所以扩展了一个8位外部计数器A或B，使计数位数达到24位，以此提高分辨率）。

2 软件设计
本系统的控制软件采用模块化结构设计，各个功能子模块独立。

整个软件分为主程序和频率测量子程序、相位差测量子程序。

由于篇幅所限，下面只将相位差测量子程序介绍如下：
3 T和ΔT扩展方法的研究
为了适用更高频率信号的相位差测量，本仪器采用T和ΔT扩展方法，来提高在较高频率信号测量时相位差的测量精度。

3．1 误差分析
周期T
X ＝T
S
＊N，根据误差传递公式，可得：
即测量误差一方面决定于时标信号TS准不准，另一方面决定于计数器计的数准
不准。

其中第一项ΔN／N是数字化仪器所特有的误差，而第二项ΔT
S ／T
S
是时
标信号的相对误差。

由上式可见，T
愈大（即被测频率愈低），±1误差对测周期精确度的影响愈小。

X
的方法。

所以，为了提高测量精度，可采用提高周期T
X
3．2 T和ΔT的扩展方法
方法一：每次先测出信号频率f，然后根据其频率高低由软件决定分频级数，单片机送出模拟开关的控制信号，选通第n级分频器通路，然后再将分频后的信号送入测量电路，完成T的扩展。

然而，对信号分频时，ΔT并未扩展。

例如对信号二分频（如图6所示），信号周期扩展了两倍，而ΔT仍然保持不变。

方法二：由于对ΔT不能直接进行扩展，所以我们采用以下方法：例如要对ΔT进行八分频扩展，用电路产生8个（T＋ΔT）时间，然后再用8（T＋ΔT）－8 T＝8ΔT，从而实现ΔT的8分频。

4 结束语
实践表明，该相位测量系统当精确到±0．1°时，被测信号频率范围1Hz～20kHz。

当精确到±1°时，被测信号频率范围1Hz～200kHz。

因此该方法只有快速、精度高、通用性的特点。