徐文寬，連龍剛，王保成，周江華

　?。ㄖ袊茖W(xué)院光電研究院，北京 100094）

　　摘要：設(shè)計了PWM信號轉(zhuǎn)I/O信號的電路，并進行了仿真和實驗。將可再觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器74HC123與上升沿觸發(fā)的Dtype觸發(fā)器74HC74配合使用，通過調(diào)節(jié)可變電阻來調(diào)節(jié)74HC123的時間參數(shù)，從而實現(xiàn)將PWM輸入信號轉(zhuǎn)換為I/O信號。通過純硬件電路實現(xiàn)了PWM信號轉(zhuǎn)I/O信號，仿真結(jié)果與電路實驗結(jié)果相符。

　　關(guān)鍵詞：脈沖寬度調(diào)制信號；I/O信號；振蕩器；觸發(fā)器；仿真

0引言

　　最近幾年，飛艇技術(shù)迅速發(fā)展，飛行控制技術(shù)的快速進步則起到了至關(guān)重要的作用。飛行控制計算機作為飛艇飛行的控制中心，負責(zé)艇上大多數(shù)關(guān)鍵設(shè)備的控制，包括鼓風(fēng)機、發(fā)動機、排氣閥、壓艙閥、撕裂幅等設(shè)備的開關(guān)。

　　MP2028是加拿大某公司設(shè)計的一款飛行控制計算機，其輸出信號只有脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation, PWM）信號。而飛艇上的大多數(shù)設(shè)備的控制需要的是一個I/O信號，因此需要設(shè)計一款電路將PWM信號轉(zhuǎn)換為I/O信號，根據(jù)PWM信號的脈寬來決定輸出信號電平的高低，從而實現(xiàn)被控設(shè)備的開啟和關(guān)閉。本文詳細介紹此電路的原理、仿真和實驗結(jié)果。

1電路原理［13］

　　在該電路中，控制電路為低電壓、小電流，被控電路為高電壓、大電流，因此需要通過繼電器來控制被控電路的開斷。

　　該電路主要通過兩款芯片74HC123和74HC74來實現(xiàn)PWM信號到I/O信號的轉(zhuǎn)換，原理圖如圖1所示。

　　1.1原理圖介紹

　　該電路可以分為四個模塊，分別是：電源模塊、信號輸入模塊、信號轉(zhuǎn)換模塊和輸出模塊。電源模塊由L7805電源芯片將5~24 V電壓轉(zhuǎn)化為5 V電壓；信號輸入模塊有兩路，由兩個三針接線端子J2、J3組成，電容C6、C7和下拉電阻R5、R6主要是為了濾除高頻干擾。信號轉(zhuǎn)換模塊是系統(tǒng)的核心，由可再觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器74HC123和上升沿觸發(fā)的Dtype觸發(fā)器74HC74兩個芯片實現(xiàn)兩路信號的轉(zhuǎn)換，每塊芯片內(nèi)部集成兩組完全相同的功能，C4、R1和C5、R2分別實現(xiàn)兩路信號的時間常數(shù)的調(diào)節(jié)。輸出模塊由三極管T1、T2分別驅(qū)動兩個電磁繼電器K1、K2實現(xiàn)，二極管D3、D4用來吸收電磁繼電器斷電瞬間線圈的感應(yīng)電流。

　　1.2時序分析

　　74HC123為可再觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，其功能表如表1所示。 

　　在本電路中，74HC123的引腳連接如下：nRD接高電平，nA接低電平，nB接輸入信號。74HC74的引腳連接如下：SD和RD接高電平，CP接74HC123的nQ圖2電路時序圖引腳的輸出信號，D接輸入信號。由此分析電路的時序圖如圖2所示。

　　從圖中可以看出，當(dāng)輸入信號nB的脈寬小于tW時，輸出信號Q變?yōu)榈碗娖?；?dāng)輸入信號nB的脈寬大于tW時，輸出信號Q變?yōu)楦唠娖?。因此，可以把輸出信號Q作為一個開關(guān)信號，其開關(guān)由輸入nB信號的脈寬和tW共同決定。

　　1.3參數(shù)計算

　　tW由74HC123芯片的外接電阻REXT和外接電容CEXT決定，公式如下：

　　tW=0.55×REXT×CEXT

　　MP2028的輸出脈寬信號可以在1 ms~2 ms間任意可調(diào)，所以可以選擇合適的REXT和CEXT的值，使tW在1.5 ms左右。根據(jù)公式計算選取C4和C5為0.01 μF，R1和R2為333 kΩ。在電路中可以把REXT設(shè)計為可調(diào)電阻，這樣就有很大的靈活性了。

2電路仿真

　　使用Multisim對電路進行仿真，仿真原理如圖3所示。分別設(shè)置輸入信號的脈寬為1.2 ms和1.8 ms的輸出信號,仿真結(jié)果分別如圖4和圖5所示。其中方波為輸入信號，另一條線為輸出信號。仿真結(jié)果與設(shè)計預(yù)期完全相符。

3電路實驗

　　按照電路原理圖設(shè)計了PCB，并制作了實際電路板進行實驗。實驗時輸入信號由信號發(fā)生器產(chǎn)生，輸出信號由示波器采集。輸入信號和輸出信號的波形分別如圖6~圖9所示。

　　由實驗結(jié)果可知，此電路的設(shè)計完全符合預(yù)期，實現(xiàn)了由PWM信號到I/O信號的轉(zhuǎn)換。

4結(jié)論

　　本文詳細介紹了PWM信號轉(zhuǎn)I/O信號電路的原理、仿真和實驗情況。通過可再觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器74HC123和上升沿觸發(fā)的Dtype觸發(fā)器74HC74配合使　

　　用，實現(xiàn)了脈寬閾值可調(diào)的PWM信號轉(zhuǎn)I/O信號電路。此電路為純硬件電路，具有簡單、可靠且參數(shù)可調(diào)的優(yōu)點。

參考文獻

　　［1］ 閆石等.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京：高等教育出版社，2008.

　?。?］ 吳征,蘇淑靖.基于FPGA+PWM的多路信號發(fā)生器設(shè)計［J］.電子技術(shù)應(yīng)用,2014,40(3):3840,44.

　?。?］ 郭林杰,趙建勇.基于雙PWM協(xié)調(diào)控制的永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究［J］.微型機與應(yīng)用,2013,32(8):6871.