北京交通大学模拟电子技术研究论文流水控制电路的设计学院：电信学院专业：学号：学生：指导教师：2012年12月XXX：流水电路的设计目录1 单稳态电路 (1)1.1单稳态触发器的工作原理 (2)1.2555设计单稳态触发器 (2)1.2.1基于555定时器的单稳态触发器逻辑组成 (2)1.2.2单稳态触发器的特点及工作原理 (3)1.3单稳态触发器应用 (4)1.3.1定时 (4)1.3.2看门狗 (4)2 集成定时器 (4)2.1 概述 (4)2.2 工作原理 (5)2.3 引脚功能以及功能表 (6)2.4 555定时器的应用举例 (7)2.4.1多谐振荡器 (7)2.4.2单稳态电路 (8)3 流水控制电路的设计 (10)3.1时钟信号发生 (10)3.2电路实现方法一 (11)3.3电路实现方法二 (12)4 总结 (13)流水控制电路的设计XXX北京交通大学电子信息工程学院自动化1001班摘要：本文阐述了用集成555电路设计一流水自动控制生产线电路的设计原理和设计思路。

生产线有3道工序，第一道工序需要加工10s，第二道工序需要加工15s，第三道工序需要加工20s。

原理方面以单稳态电路和集成定时器的原理为重点。

关键字：流水电路单稳态电路集成定时器 5551单稳态电路在电路设计过程中，把只有一种稳定运行工作状态的触发器就称为单稳态触发器。

其在运行过程中的主要状态特征为：当电路外围没有接受到外加触发脉冲信号时，整个电路就处于一种稳定运行工况状态，即单稳态；而当电路接受到外部相关触发脉冲信号(包括上升沿或下降沿脉冲信号，具体由电路功能决定)时，触发器电路的输出状态就会间发生跳变，并进入一个暂时稳定工况状态，即暂稳态。

按照电路结构功能来划分，单稳态触发器包括微分型和积分型2大类。

前者主要适用于窄脉冲触发领域，后者主要适用于宽脉冲触发领域。

从单稳态触发器的工作原理来看，无论哪种结构的单稳态触发器，其单稳态状态的产生是通过外围电容充放电过程来实现的。

具有555定时器的单稳态触发器电路逻辑组成如图1所示。

1.1单稳态触发器的工作原理图11基本的单稳态触发器图12单稳态触发器工作波形当A=1时，由于B=0，因此Q=1，Q=0。

电路工作在稳定状态。

当A负跳变时，G1门输出为高电平，Q由0变为1，B跟随Q上升，Q维持1，电阻电压逐步下降。

Q由1变为0。

B点电压下降，达到阈值电压以下时，Q翻转回1，Q翻转为0。

单稳态触发器的一般特性:a.只有一个稳态，另有一个暂稳态。

b.何时翻转到暂稳态取决于输入信号c.何时翻转回稳态取决于电路参数R与C。

1.2555设计单稳态触发器1.2.1基于555定时器的单稳态触发器逻辑组成图13 基于555单稳态触发器原理图555定时器是一种多用途8脚的单片集成电路，555定时器的主要功能是由其内部2个比较器来共同决定的，2个比较器中输出电压直接控制单稳态触发器和放电管的运行状态。

为了防止触发器在运行过程中受外部电磁干扰，通常可以通过一个小电容(如0．01uF)来实现工作接地，以减少单稳态触发器外围旁路高频对整个电路的干扰。

1.2.2单稳态触发器的特点及工作原理从前面分析可知，单稳态触发器在运行过程中具有稳态、暂稳态和恢复稳态3种状态。

本文在时刻给单稳态电路一个外部脉冲，然后在时刻恢复到原稳定状态。

即0～f 时间范围内电路属于稳态工况，t ～时间范围内电路属于暂稳态工况，～时间范围内电路属于恢复稳态工况。

单稳态触发器的工作波形图如图1-4所示。

图14 单稳态触发器工作波形基于555定时器的单稳态触发器南输入脉冲信号(图中输入电压)的下降(从1状态变到0状态)触发，使整个电路输出工况状态产生翻转。

在触发器暂稳态工况结束前，输入脉冲信号必须恢复到稳定1状态，否则电路中的RS触发器将处于不确定状态工况，即输出电压不能维持到0状态工况。

也就是说图1所示的单稳态触发电路只能适用于负窄脉冲触发电路中。

如果需要输入脉宽大于输出脉宽的电路，则可以在单稳态触发器的输入端加相应的RC微分电路，从而使触发器输入脉宽变窄，以达到触发器电路功能需求。

1.3单稳态触发器应用1.3.1定时单稳态触发器输出端控制一个与门，在tW时间内与门输出CP脉冲。

图15 单稳态触发器定时1.3.2看门狗由可重复触发特性，只要定时间隔小于暂稳态时间，单稳态触发器就可连续输出高电平，系统工作正常；当“死机”发生后，单稳态触发器因得不到连续触发而输出低电平，系统复位，进入初始化程序。

1.3.2.1第四级图15 看门狗2集成定时器2.1概述555定时器是美国Signetics公司1972年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成电路，因输入端设计有三个5kΩ的电阻而得名。

此电路后来竟风靡世界。

555定时器常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。

目前，流行的产品主要有4个：BJT两个：555，556（含有两个555）；CMOS两个：7555，7556（含有两个7555）555集成定时器。

555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。

2.2工作原理555 定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图2.1 和图2.2 所示。

它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS 触发器，一个放电管T 及功率输出级。

它提供两个基准电压VCC /3 和2VCC /3。

555 定时器的功能主要由两个比较器决定。

两个比较器的输出电压控制RS 触发器和放电管的状态。

在电源与地之间加上电压，当5 脚悬空时，则电压比较器C1 的同相输入端的电压为2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为VCC /3。

若触发输入端TR 的电压小于VCC /3，则比较器C2 的输出为0，可使RS 触发器置1，使输出端OUT=1。

如果阈值输入端TH 的电压大于2VCC/3，同时TR 端的电压大于VCC /3，则C1 的输出为0，C2 的输出为1，可将RS 触发器置0，使输出为0 电平。

图21 555内部结构图22 555引脚2.3引脚功能以及功能表它的各个引脚功能如下：1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。

8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 ~ 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 ~ 18V。

一般用5V。

3脚：输出端Vo2脚：低触发端6脚：TH高触发端4脚：是直接清零端。

当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。

5脚：VC为控制电压端。

若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。

7脚：放电端。

该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。

在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下，555时基电路的功能表如表6—1示。

表23 555定时器的功能表2.4555定时器的应用举例2.4.1多谐振荡器多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。

在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。

两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。

多谐振荡器可用作方波发生器。

图24 555多谐振荡器接通电源后，假定是高电平，则T截止，电容C充电。

充电回路是VCC—R1—R2—C—地，按指数规律上升，当上升到时（TH、端电平大于），输出翻转为低电平。

是低电平，T 导通，C放电，放电回路为C—R2—T—地，按指数规律下降，当下降到时（TH、端电平小于），输出翻转为高电平，放电管T截止，电容再次充电，如此周而复始，产生振荡，经分析可得输出高电平时间T=(R1+R2)Cln2输出低电平时间T=R2Cln2振荡周期T=(R1+2R2)Cln22.4.2单稳态电路图25 单稳态电路及工作波形接通电源后，未加负脉冲，而C充电，上升，当时，电路输出为低电平，放电管T导通，C快速放电，使= 0。

这样，在加负脉冲前，为低电平，= 0，这是电路的稳态。

在t = t0时刻负跳变（端电平小于），而= 0（TH端电平小于），所以输出翻为高电平，T截止，C充电。

按指数规律上升。

t = t1时，负脉冲消失。

t = t2时上升到（此时TH端电平大于，端电平大于），又自动翻为低电平。

在这段时间电路处于暂稳态。

t > t2，T导通，C快速放电，电路又恢复到稳态。

由分析可得：输出正脉冲宽度tW = 1.1RC3流水控制电路的设计3.1时钟信号发生图31 原理图时钟信号时钟信号发生器如图3-1所示。

在这张电路图的上半部分用555芯片构成一个多谐振荡器，产生周期为0.5ms的方波。

在电路图的下半部分用74161计数器完成十分频功能。

最后输出周期为5s的脉冲信号。

图32 方法一原理图这种方法如图3-2所示，右下角为CP信号输入端。

这种方法使用了3个74194移位寄存器，共9个位。

初始化后，级联的移位寄存器获得初值100000000，由3.1中的电路提供周期为5s的时钟信号，进行移位。

图33 方法二原理图这种方法在3.1中提供的CP信号的基础上使用了三个74161计数器。

其态序表如图3-4所示：图34 方法二态序表图中自左而右三列分别对应图3-3中U1、U2、U3三个74161芯片的态序。

4总结1）555电路的应用非常广泛，它的基本应用方式是史密持触发器、单稳态触发器及自激多谐振荡器三类。

灵活的使用或组合这三类即可构成各种实用的电子电路，如分频器、定时器、脉冲信号发生器、告警电路、电源交换电路、自动控制电路等。

2）数字电子技术是一门很灵活的学科，同一个东西可以用很多种办法实现，思路越开阔，解决方案也就越多。

我们学数电，不应该局限于课本所讲授的方法，应该开阔自己的视野，获取更多的知识，带着创新的精神去学习。

3）实践出真知，刚开始做这个设计，把学到的知识勇于实践，我感到无从下手。

经过这次锻炼，我感觉自己更加牢固的掌握了知识，提高了实践能力。

4）我们应该辩证的看问题，在学习新事物的时候，我们要看到它的优越性，同时也应该看到它的局限性；看到它与其他事物的相似性，也应该看到它的特殊性。

这样我们才能把新事物牢牢把握住。

6）中国人说，站得越高，看得越远；牛顿说如果说我看得比别人更远些，那是因为我站在巨人的肩膀上。

作为学生，我们应该认真的学习前人留下的宝贵财富，虚心向老师学习。

不仅要学习技术知识，更要学习他们严谨治学的态度。

参考文献：[1]侯建军.数字电子技术基础[M]第二版.北京：高等教育出版社.2007[2]边靖洲.试论单稳态触发器工作原理及其在工程中的基本应用[J]机电信息.2012，十五期[3]徐姝雯.555定时器的工作原理特性及应用[J]科技风.2010,12期[4]贾哲.555定时器的应用研究[J]太原大学教育学院学报.2012,1期。